شبیه سازی و تحلیل آشکارسازهای حلقه کوانتومی در محدوده طیف تراهرتز مبتنی بر نانو ساختار فلزی متناوب

آشکارسازی در محدوده طیف فرکانسی تراهرتز دارای کاربردهای زیادی در فن آوری اطلاعات و ارتباطات، تصویر برداری پزشکی، امور نظامی و .... است. به همین دلیل طراحی آشکارسازی با طیف پاسخ در این ناحیه از اهمیت فراوانی برخوردار است. استفاده از حلقه های کوانتومی که نوع جدیدی از نانو ساختارهای کوانتومی به حساب می آیند در منطقه ی فعال آشکارساز، این امکان را فراهم می کند که بتوانیم پاسخی در فرکانس کمتر از 10 تراهرتز داشته باشیم. در این پژوهش تلاش خواهیم کرد آشکارساز حلقه کوانتومی را برای طیف فرکانسی کمتر از10 تراهرتز بررسی و برای بهبود ویژگی های عملکردی آن ساختاری را پیشنهاد کنیم. حلقه های کوانتومی از جنس inas/gaas برای بررسی در نظر گرفته می شوند. پارامترهای مهم آشکارساز از جمله ضریب جذب، بازده کوانتومی و پاسخ دهی محاسبه و با تکرار آنالیزهای فوق برای ابعاد مختلف حلقه کوانتومی اندازه حلقه ای با ارتفاع 6/1 نانومتر برای جذب در ناحیه مورد نظر تعیین و چندین لایه آن برای ایجاد ناحیه فعال آشکارساز مورد استفاده قرار می گیرد. پهنای باندی در حدود 100 گیگا هرتز برای آشکارساز بدست می آید. برای کاهش جریان تاریک آشکارساز و همچنین طراحی آشکارسازی با دو پیک پاسخ، ساختار حلقه درون چاه پتانسیل طراحی می شود. به دلیل پایین بودن بازده کوانتومی درآشکارساز یک کاواک تشدیدگر با نانو نوارهایی از جنس طلا برای بهبود عملکرد آشکارساز پیشنهاد و نشان داده می-شود که با انتخاب بهینه پارامترهای کاواک در فرکانس 1/7 تراهرتز نزدیک به 60 مرتبه افزایش جذب رخ می دهد که منجر به افزایش بازده و پاسخ دهی آشکارساز می گردد. در انجام محاسبات، از روش های عددی مختلفی استفاده شده است. در تحلیل آشکارساز و حل معادله شرودینگر، روش تفاضل محدود و ماتریس انتقال استفاده می شود. برای تحلیل افزایش جذب و توزیع میدان الکتریکی در آشکارساز ارتقا یافته با کاواک فلزی نرم افزار comsol مورد استفاده قرار می گیرد.