طراحي، شبيه‏سازي، ساخت و بهينه‏سازي مشخصه‏هاي الكتريكي و اپتيكي آشكارسازهاي مدرن ماوراءبنفش مبتني بر نانوساختارهاي ZnO

دكتري

چكيده در سال هاي اخير، بسياري از تحقيقات بر روي آشكارسازهاي نوري ماوراء بنفش با كارايي بالا متمركز شده است. كاربردهاي اين ادوات در زمينه‏هاي نظامي و غيرنظامي كاملا مشهود است. از ميان نيمه‏هادي‏هاي مورد استفاده، ZnO، با داشتن شكاف باند مستقيم و بزرگ، داراي مزيت‏هاي ويژه‏اي در زمينه الكترونيك نوري و به‏ويژه در زمينه آشكارسازي نور ماوراء بنفش است. با توجه به اهميت اين موضوع، طراحي و ساخت اين نوع آشكارسازها امري ضروري است. در اين پروژه، به منظور ارتقاي عملكرد آشكارساز، به‏جاي استفاده از ماده حجيم ZnO، از نانوساختارهاي ZnO كه به¬دليل افزايش نسبت سطح به حجم خواص الكتريكي و اپتيكي بهتري دارند، استفاده مي‏شود. در اين كار، با هدف بهبود مشخصه‏هاي الكتريكي و اپتيكي، ساختارهاي MSM مبتني بر نانوساختارهاي ZnO موردمطالعه، تحليل و شبيه‏سازي قرار گرفته است. همچنين،عوامل موثر بر پارامترهاي نوري و الكتريكي آنها مورد بررسي قرار گرفتند و طراحي اوليه به منظور دستيابي به پارامترهاي ساخت صورت گرفت. سپس با استفاده از پارامترهاي بدست آمده و روش هيدروترمال، نانوميله‏هاي ZnO سنتز شده و اثر PH، محلول‏هاي دانه‏گذاري اسيدي، بازي و الكلي و دماي رشد بررسي گرديده و الكترود مناسبي نيز براي ساخت آشكارساز انتخاب شد. آشكارسازهاي ساخته، در حالت معمولي پاسخ¬دهي بيشينه A/W 02581/0 را در باياس V1 نشان دادند. اعمال تغييرات بر روي آنها منجر به افزايش پاسخ¬دهي و در عين حال افزايش ميزان جريان تاريكي و نويز مي گردد. بازپخت گرمايي باعث افزايش پاسخ¬دهي تا بيشينه A/W 12/0 در باياس V2 مي شود. درواقع، بازپخت گرمايي منجر به بازسازي شبكه كريستالي و حذف بعضي نقص‏هاي شكل گرفته در حين رشد مي‏گردد. در ادامه كار، سعي شد كه با استفاده از لايه‏نشاني مواد با شكاف باند وسيع بر روي نانوميله‏هاي ZnO، ميزان جذب نور ماوراء بنفش را افزايش داده و مشخصه هاي آشكارساز را بهبود بخشيد. نتايج اين پايان نامه نشان مي دهد كه حضور نانوذراتي از مواد با شكاف باند وسيع بر روي نانوميله هاي ZnO منجر به افزايش جريان نوري مي گردد ولي جريان تاريكي افزايش مي يابد، به همين دليل در اين نوع ساختارها، نسبت جريان نوري به تاريكي اهميت پيدا مي كند. در اين راستا، نانوذرات CdS بر روي نانوميله هاي ZnO رشد داده شد و نسبت جريان نوري به تاريكي 4 بدست آمد. در ادامه كار نيز تلاش شد كه با استفاده از اثر پلاسمون هاي سطحي نانوذرات نقره و نيز رسانايي بالاي گرافن، مشخصات الكتريكي آشكارسازهاي ساخته شده بهبود داده شود. نتايج بدست آمده نشان مي دهند كه پلاسمون هاي سطحي ناشي از نانوذرات نقره نسبت جريان نوري به تاريكي را به مقدار زيادي بهبود مي بخشند بطوريكه نسبت جريان نوري به تاريكي قبل و بعد از حضور نانوذرات نقره 50 و 250 اندازه گيري شد. نشاندن لايه گرافن بر روي نانوميله ها منجر به افزايش نسبت جريان نوري به تاريكي تا 6 برابر مي گردد. در اين حالت، جريان تاريكي بدست آمده در مرتبه ميكروآمپر است كه شايد به دليل عدم يكنواختي لايه گرافن رشد يافته با اسپين كوتر و نقص هاي موجود در ساختار باشد. بهينه سازي و بكارگيري همزمان اين روش ها، راهي است كه به نظر آينده اين نوع آشكارسازها و بطور كلي ادوات مبتني بر نانوالكترونيك را مشخص مي نمايد. واژه‌هاي كليدي: آشكارسازهاي ماوراء بنفش، نانوميله هاي ZnO، سنتز هيدروترمال

188643

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر حسن يوسفي

الكترونيك

دكترشهرام محمدنژاد