بخشی از مقاله
چکیده
آشکارساز نوري مادون قرمزچاه کوانتومیGaAs/Ga0.51In0.49P در ناحیه طیفی3-5 µm از تحریک نوري الکترون از حالت پایه به اولین حالت برانگیخته در نوار هدایت چاه کوانتومی استفاده می کند.ساختار چاه کوانتومی چنان طراحی می شود که حاملهاي تحریک شده بتوانند از چاه خارج شده و به عنوان جریان نوري جمع آوري شوند. با انجام محاسبات ضخامت چاه را 96Å و مقدار x ، 0.51 به دست می آوریم. همچنین با در نظر گرفتن آلایش در حدود - 6,1017 - 1/ cm3 ، مقدار آشکارپذیري تقریباً Hz / w 4,109 cm در دماي 77 کلوین به دست می آید.
مقدمه
مطالعه و تحقیق بر روي آشکارسازهاي مادون قرمز چاه کوانتومی به عنوان نسل جدید آشکارسازها، رو به گسترش هستند، این آشکارسازها بر پایه گذار نوري در داخل یک باند انرژي - باند هدایت یا ظرفیت - کار می کنند وبنابراین مستقل از مقدار گاف انرژي آشکارساز هستند. یکی ازسیستم هاي خوب براي ساختن این آشکارسازها ماده GaAs / Alx Ga1−x As است. یکی از بهترین نامزدها براي جایگزینی ماده AlGaAs ، ماده GaInP است.
زیرا GaAs وGaInP تطابق شبکه اي خیلی خوبی با هم دارند. همچنین پایداري بیشتر و واکنش پذیري خیلی پایین با اکسیژن از دیگر مزیت هاي GaInP نسبت به AlGaAs استGaAs .[1] ماده چاه و x - Gax In1− x P کسر مولی - Ga به عنوان ماده سد است، که گاف نوار Gax In1−x P به طور پیوسته با تغییر x - ارتفاع چاه - تغییر می کند. اکثر آشکارسازهاي مادون قرمز براي کاردر پنجره هاي اتمسفري 3-5 μm و8-12 μm طراحی می شوند.
طراحی آشکارساز
در این مقاله عرض چاه براي آشکارسازي طول موج - 7μmطول موج قطع - تنظیم و آشکارساز از نوع مقید به مقید انتخاب می شود. ترازهاي انرژي E1 و E2 در داخل چاه قرار می گیرند.[2] فاصله دومین تراز را از لبه سد برابر با kT در نظر می گیریم k - ثابت بولتزمن و Tدما بر حسب کلوین است - . با در نظر گرفتن این وضعیت، دوحالت مقید به پیوسته و مقید به مقید، به هم نزدیک می شوند. که در آن مکانیسم جذب از نوع مقید به مقید و مکانیسم جریان از نوع مقید به پیوستار است.
محاسبه ترکیب و ضخامت چاه کوانتومی
روشهاي مختلفی براي محاسبه ترازهاي انرژي و توابع موج مربوطه مثل روش تحلیلی، تقریب 1WKB، مدل کرونیگ – پنی و روش ماتریس تبدیل وجود دارند.[3,4] مدل کرونیگ – پنی اغلب براي ساختارهاي چاه کوانتومی متناوب به کار می رود. تقریب WKB حل تحلیلی تقریبی است. زمانی که ساختار مورد نظر شامل بیش از دو یا سه چاه کوانتومی باشد، مسئله پیچیده تر می شود. و روشهاي بالا دقت کافی را براي اهداف مورد نظر نخواهند داشت. اما روش ماتریس تبدیل روش دقیق و مناسبی در محاسبه ترازهاي انرژي و توابع موج مربوط به آنها است. ابتدا با استفاده از روش تحلیلی مقدار ترکیب و ضخامت چاه مورد نظر را به دست آورده و سپس روش ماتریس تبدیل را توضیح داده و ضریب عبور را به دست می آوریم. با استفاده نتایج به دست آمده آشکارسازي ویژه آشکارساز را محاسبه می نمائیم.
روش تحلیلی
وقتی که ماده GaAs بین دو مادهGax In1−x P قرار گیرد، به سبب اختلاف گافهاي انرژي در دو سطح مشترك، سد پتانسیل Hدر باند هدایت شکل می گیرد. معادله شرودینگر براي یک سیستم با جرم متغیر به صورت زیر بیان می شود.
