شبیه سازی و تحلیل عملکرد نور گسیلی ترانزیستور مبتنی بر نانولوله های کربنی

در این پایان نامه، در ادامه روند حرکت ادوات نوری به سمت مقیاس نانو، یک ساختار اهمی کانال کوتاه را پیشنهاد کردیم. سپس با کمک فرمول بندی تابع گرین غیر تعادلی، مدلی ارائه کردیم تا بتواند عملکرد نور گسیلی این ساختار را با در نظر گرفتن آثار کوانتومی پیش بینی نماید. مدل ارائه شده علاوه بر در نظر گرفتن آثار کوانتومی قادر است رخدادهای فیزیکی موجود در فرآیند نورگسیلی را به خوبی پیش بینی و بسیاری از ابهامات موجود در آزمایشات تجربی را روشن نماید. همچنین، برای در نظر گرفتن اثر بازترکیب حامل های موجود در کانال بر روی جریان عبوری از افزاره، از مفهوم ماتریس سلف انرژی و تابع گرین با اتلاف استفاده کردیم. نتایج بدست آمده از این مدل، در تطبیق با نتایج تجربی، وابستگی شدید کاهش جریان افزاره به نورگسیلی ترانزیستور را تایید می کنند. در مقالات موجود، محققان برای بدست آوردن ضریب بازترکیب دو مولکولی از برازش اطلاعات تجربی بهره برده اند، اما در این پایان نامه ما از تئوری لنجوین برای محاسبه ضریب بازترکیب دو مولکولی استفاده کردیم که توانست نتایج تجربی را به خوبی پیش بینی کند. در این پایان نامه مشخصه بازترکیب نوری افزاره با توجه به تغییرات ولتاژ گیت و درین بدست آمده است که بیانگر وابستگی شدت نورگسیلی ساختار به ولتاژ اعمالی است، با افزایش ولتاژ اعمالی، شدت پیک نورگسیلی افزایش می یابد. طیف نورگسیلی افزاره دو پیک نوری lc و fc را نشان می دهد که این دو پیک به ترتیب به حامل های محصور شده و حامل های آزاد وابسته اند. با تغییر بایاس افزاره شیفت پیک نورگسیلی دیده می شود. با افزایش ولتاژ درین-سورس شیفت قرمز پیک lc مشاهده می شود. در حالیکه با کاهش ولتاژ گیت-سورس شیفت آبی پیک fc دیده می شود. بررسی جریان و نرخ بازترکیب نوری افزاره در حالت بالستیک و غیر بالستیک وابستگی شدید مشخصه الکتریکی و نوری افزاره را نشان می دهد. به علاوه، عواملی همچون کرنش طولی و کرنش پیچشی به شدت بر عملکرد الکتریکی افزاره موثر اند. با تغییر میزان کرنش، گاف نوار انرژی افزاره تغییر می کند که در نتیجه میزان حامل های تزریقی به کانال و جریان عبوری از افزاره نیز تغییر می کنند. البته این تغییرات به قطر و کایرالیتی افزاره شدیدا وابسته اند. در ساختارهایی با نانولوله کربنی (16و0)، مقدار کمی کرنش فشردگی یا کرنش پیچشی موجب کاهش گاف نوار انرژی و افزایش جریان می شود، در حالیکه در ساختارهایی با کایرالیتی (17و0) این تغییرات نتایجی معکوس در بر دارند. البته تفاوت اساسی کرنش طولی و پیچشی در میزان آزادی تغییرات ایجادی بر گاف انرژی افزاره است، کرنش پیچشی فقط می تواند گاف نوار ساختاری با کایرالیتی (16و0) را افزایش و گاف نوار ساختاری با کایرالیتی (17و0) را کاهش دهد، در حالیکه تغییرات گاف انرژی با اعمال کرنش طولی به نوع کرنش یعنی کشش یا فشردگی وابسته است و می تواند موجب کاهش یا افزایش گاف نوار شود. با توجه به وابستگی شدید گاف نوار انرژی به کرنش، سرعت حامل ها و در نتیجه مشخصه الکتریکی افزاره با اعمال کرنش تغییر می کند و از آنجاییکه مشخصه نوری به مشخصه الکتریکی وابسته است، پس اعمال کرنش می تواند بر مشخصه نوری افزاره نیز اثر گذار باشد. با بررسی مشخصه نوری افزاره تحت کرنش طولی و پیچشی، تغییرات چشمگیری در شدت پیک نورگسیلی و شیفت طیف نورگسیلی دیده می شود. با افزایش میزان کرنش کششی با توجه به افزایش گاف انرژی، از شدت نورگسیلی کاسته می شود، از سوی دیگر با افزایش کرنش فشردگی نیز میزان بازترکیب کم می شود که به دلیل افزایش سرعت حامل ها و افزایش مشارکت الکترون ها در تولید جریان است. با افزایش میزان کرنش کششی از 1% به 2% گاف انرژی بزرگتر شده و تعداد حامل های کمتری به کانال تزریق می گردد که در نتیجه میزان بازترکیب 35% کاهش می یابد. با افزایش فشردگی از 1-% به 2-% گاف انرژی کوچکتر می شود و حامل های بیشتری به کانال تزریق می گردد، اما به دلیل افزایش سرعت حامل ها، میزان بازترکیب نوری حدود 23% کاهش می یابد. میزان تغییرات بازترکیب نوری با اعمال کرنش پیچشی در حدود 1 درجه نامحسوس است. اما با افزایش کرنش به 2 درجه میزان نرخ بازترکیب نوری با افت ناگهانی 33% روبرو می شود. البته این افت با رسیدن به پیچشی در حدود 3 درجه متوقف می شود و افزایش بیشتر کرنش پیچشی دیگر نقش چشمگیری بر نرخ بازترکیب نوری ندارد. بنابراین با تغییر بایاس یا اعمال کرنش می توان افزاره ی نورگسیل کوک پذیری طراحی کرد.