بلور های فوتونی ساختار هایی هستند که ضریب شکست آنها در یک، دو و سه بعد بطور متناوب با دوره تناوبی در حدود طول موج نور تغییرمی کند.این تناوب در ضریب شکست باعث بوجود آمدن شکاف یا باند توقف درنمودار باند میشود که ویژگی بارز بلور های فوتونی است. آنچه مسئله را جالب تر میکند تغییر باند توقف فوتونی و ایجاد حالت های مجاز در آن با وارد کردن نقص در ساختاراست که پایه کاربرد های فراوانی است.کاربردهای بلور فوتونی که میتوانند ازساختارهای چون موجبر، فیبر نوری، صافی نوری ،کوپلر،تشدیدگر،مالتی پلکسر، دی مالتی پلکسر و تاخیر دهنده هاشروع شده وتا مباحثی چون طراحی گیتهای اپتیکی ،فلیپ فلاپ های نوری ،ترانزیستور های نوری و مدارهای مجتمع اپتیکی پیش رود همکنون نیز در حال گسترش است. امروزه ساختارهای بلور فوتونی برای پیاده سازی برخی عملگرهای کوانتومی مانند هادمارد استفاده شده است و ساختارهای مناسبی برای بحث در مورد پردازش کوانتومی هستند.روش های مختلفی چون بسط امواج تخت ،تفاضل متناهی در زمان ،تفاضا متناهی در فرکانس،ماتریس پراکندگی و چند قطبی های متعدد برای تحلیل و شبیه سازی های ساختار های بلور فوتونی وجود دارد که هر یک دارای مزیت و معایب خاص خود و در جایی قابل استفاده است. در این پایان نامه در ابتدا ساختا رهای متفاوتی از بلور های فوتونی مانند موجبر ساده w1 ،موجبر t شکل،انواع فیلتر و تشدیدگر با نرم افزار rsoft با بهره گیری از روش های بسط امواج تخت و تفاضل متناهی در زمان شبیه سازی شده و سپس با تاکید بر ویژگی موجبری بلور فوتونی نحوه ورود ،انتشار و نهایتا خروج و کوپلینگ نور از افزاره که با تغییر مشخصه های بلور فوتونی مانند نوع ساختار،ضرایب شکست و... میتواند تغییر می کند مورد بررسی قرار گرفته است . با کنترل این مشخصه ها نمودار شدت میدان را در راستای دلخواه بهینه شده است بطوری که نور خروجی با 92 درصد میدان کل در جهت عمودی کوپل شده است. با کنترل این ویژگی بویژه در هنگام خروج نور از افزاره، میتوان افزاره هایی مثل مالتی پلکسر، دی مالتی پلکسر ،مبدل آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ نوری، آنتن های مخابراتی،گیت های اپتیکی و ... با مشخصات بهتر طراحی نمود .از طرفی خود مسئله کوپلینگ بین ادوات مختلف مثل انواع فیبرها،تقسیم گر های نوری و... به جهتمندی پرتو نوری وابسته است که بر اهمیت موضوع مورد بررسی می افزاید.

ساختارهای جدید یک بعدی مانند ترانزیستورهای اثر میدانی نانوسیمی و نانولوله های کربنی بطور گسترده ای به عنوان جایگزینی برای ماسفت های مسطح مورد بررسی و کاوش قرار گرفته اند. در سیمهای کوانتومی شاهد قابلیت حرکت الکترون بیشتری نسبت به چاههای کوانتومی هستیم. زیرا پراکندگیهای الکترون – الکترون در نانوسیمها از اهمیت کمتری نسبت به چاههای کوانتومی برخوردارند. روش مونت کارلو از جمله روشهای نیمه کلاسیکی حل دقیق معادلات انتقال بولتزمن است که در آن حرکت حاملها در فضای حقیقی کلاسیکی در نظر گرفته می شود و اثرات کوانتومی در فرآیندهای پراکندگی لحاظ می گردد. در شبیه سازی ترانزیستورهای نانوسیمی به روش مونت کارلو باید روابط فرآیندهای پراکندگی با در نظر گرفتن حرکت یک بعدی حاملها اصلاح شوند. در نانوسیمها پراکندگی از فونونها، از فرآیندهای غالب است. در این پایان نامه روابط بسته ای برای پراکندگی فونونهای صوتی و فونونهای نوری غیرقطبی درون دره ای و بین دره ای و پراکندگی فونونهای نوری قطبی در ساختار یک بعدی نانوسیم gaas/algaas ارائه کرده ایم. یک رابطه جدید برای چگالی حالات یک بعدی با در نظر گرفتن اثر غیر سهمی بودن نوار انرژی بدست آورده ایم. روابط بسته ما را از محاسبات زمان برحل عددی انتگرالهای پیچیده در روابط پراکندگی نانوسیمها بی نیاز می کند. توابع موج و ترازهای انرژی نانوسیم را از ترکیب چاه پتانسیل مثلثی و چاه پتانسیل مربعی بینهایت بدست آورده ایم. اثر تغییر در ابعاد نانو سیم روی پراکندگی ناشی از فونونها را نیز مورد بررسی قرار داده ایم و سپس با استفاده از روابط پراکندگی به دست آمده به شبیه سازی و بررسی ترانزیستورهای نانوسیمی به روش مونت کارلو پرداخته ایم.

هدف این پایان نامه تحلیل رفتار انتقال بار در ادوات تزویج بار (ccd) می باشد. این ادوات عمدتا در دو بخش مورد استفاده قرار می گیرند، یکی در زمینه تصویربرداری و دیگری در زمینه پردازش سیگنال. افزایش سرعت پردازش از مهمترین نیازهای بخش پردازنده های تصویر و ماکروویو به حساب می آید. در این پایان نامه ضمن مطالعه ساختار و عملکرد کلی ccd ، ساختار قطعه 2deg-ccd بطور خاص تشریح می گردد. فرآیند انتقال بار دراین ساختار با روش مونت کارلو شبیه سازی می شود . با توجه به اینکه ساختار این قطعه بر اساس پیوند ناهمگون می باشد، حرکت الکترونها دردو بعد محدود می شود. بنابراین در این روش شبیه سازی از مکانیزمهای پراکندگی نظیر پراکندگی فونون های آکوستیک، پراکندگی بین دره ای، پراکندگی فونون های نوری قطبی و پراکندگی فونون های نوری غیر قطبی به صورت دو بعدی استفاده می شود. از آنجایی که محاسبه نرخ پراکندگی در تمام نقاط بین الکترودها به دلیل متغیر بودن پتانسیل سطحی و اعمال آن در برنامه شبیه ساز مونت کارلو مشکل و زمان بر می باشد، تغییرات پتانسیل بین الکترودها با مدل پله ای تقریب زده می شود. با استفاده از این برنامه شبیه ساز وضعیت سیگنال بار وراندمان انتقال در زمانهای مختلف محاسبه و اثر تغییرات ابعاد هندسی، نوع سیستم ترکیبی و درجه حرارت برسرعت انتقال بار تحلیل می گردد.

روند رو به پیشرفت تکنولوژی در کوچک سازی ترانزیستورها تا جایی ادامه پیدا نمود که نسل جدیدی از ترانزیستورها که به آنها ترانزیستورهای تک الکترونی گفته می شود پدید آمدند .نسل جدید ترانزیستورها همانند ترانزیستورهای قبلی از قوانین جاری فیزیک در جابجایی الکترونها پیروی نمی نمایند. ناگزیر به بررسی اجمالی چند نمونه از قطعات تک الکترونی و پس از آن به تجزیه و تحلیل ترانزیستور تک الکترونی پرداخته و سعی در پیدا کردن توضیحات مستدل علمی برای توجیه رفتارهی ترانزیستور تک الکترونی می نماییم . آشنایی با نحوه تونل زنی الکترونها در ترانزیستورهای تک الکترونی ما را بر آن می دارد تا با تلاش برای تبدیل رفتارهای فیزیکی به معادلات کوانتوم مکانیکی بتوانیم رفتارهای قطعه را در مقابل تغییر پارامترهای موثر در سطح قطعه پیشبینی بنمائیم .در همین راستا پس از بررسی معادلاتی که برگرفته از رفتار فیزیکی می باشند به بحث شبیه سازی می رسیم. روش شبیه سازی صورت گرفته در این پروژه ، روش مونت کارلو می باشد که با تغییر پارامترهای ترانزیستور تک الکترونی همانند مقاومت و خازن اتصالات به توجیه نتایج حاصله از شبیه سازی می رسیم .همانطور که می دانیم روش مفروض از جمله روشهای آماری بوده و با افزایش تعداد الکترونهای شرکت کننده در جامعه آماری ، نتایج نویزدار حاصله از اعمال این روش از خطای کمتری برخوردار می باشد.از جمله دلایل استفاده از روش مونت کارلو می توان به این مهم اشاره نمود که در روش مستر برای شبیه سازی این قطعه (ترانزیستور تک الکترونی) نیازمند تخمین تعداد ترازهای درون جزیره می باشد و محاسبات نیازمند صرف وقت می باشد اما در روش مونت کارلو حتی با کوچک کردن جامعه آماری که منجر به کاهش زمان شبیه سازی می شود شمایی کلی از نتایج قابل تصور را می توانیم داشته باشیم ، هر چند که با این کار دقت نتایج کاهش می یابد. شکلهای حاصله از نتایج شبیه سازی نشان می دهد که نمودار جریان برحسب ولتاژ درین- سورس دارای چندین نقطه شکست می باشد که با استفاده از روش مونت کارلو به بررسی و تایید صحت نتایج حاصله بوسیله روش مستر برای پیدا کردن مقادیر نقاط شکست اول و دوم می رسیم. همانطور که ذکر شد با تغییر مشخصه هایی همانند مقاومت اتصالات می بینیم که تغییری در مقادیر ولتاژ شکست اول و دوم حاصله از شبیه سازیهای قبلی نمی رسیم.

هدف از انجام این تحقیق، مدلسازی و طراحی لیزر کوانتومی آبشاری در گستره مادون قرمز دور (تراهرتز) است. در این لیزرها، فوتونها از طریق گذار میان زیرنوارها گسیل می شوند، این زیرنوارها همگی در نوار هدایت قرار گرفته اند. انتخاب طول موج فوتون با مهندسی پهنای چاه ها و سدها در ساختارهای ناهمگون با چند چاه کوانتومی صورت می گیرد. یکی از چالش های عمده بر سر راه این قبیل لیزرها حصول وارونگی جمعیت میان ترازهای انرژی با فاصله ی حدود ???4-40 mev در دمای بالا است. زیرا دراین گونه دماها فونونهای نوری طولی به وفور در محیط یافت می شوند. این فونون ها باعث پراکنده شدن الکترون های تراز بالایی لیزر شده، از طول عمر این تراز می کاهند. این رو حفظ وارونگی جمعیت در دماهای بالا میسر نمی شود. در این رساله، ابتدا تئوری حاکم بر لیزرهای کوانتومی آبشاری تراهرتز و تحلیل ریزش جمعیت حامل دراثر برهم کنش با فونون های نوری طولی در سامانه های gaas/algaas ارائه می شود. سپس با استفاده از حل توام معادله های شرودینگر و پواسن، به روش خودسازگار، توابع موج و ترازهای انرژی لیزر بدست می آید. در ادامه، عوامل مهم موثر در عملکرد لیزر از قبیل، چگالی فوتون های همدوس تولید شده، طیف بهره، و پاسخ مدولاسیون دینامیکی لیزر با دو روش معادلات دقیق نرخ و ماتریس چگالی تحلیل و زمان های گسیل القایی به ازای جریان های مختلف و همچنین پاسخ حالت پایدار لیزر محاسبه می شود. سپس، با تحلیل جریان تونل زنی تشدیدی از سدهای ساختار، تاثیر همدوسی و ناهمدوسی جفت شدگی ترازهای لیزر با دیگر ترازها بر روی ترابرد حامل ها، فرکانس نوسان رابی و واهلش همدوسی بررسی می شود. آنگاه با تحلیل جریان پارازیتی، نشان داده می شود که اثر آن بر روی لیزرهای تراهرتز و همچنین اثر میدان فوتون های تولید شده بر روی طیف بهره خروجی حائز اهمیت است. از این رو، با جفت کردن معادله نرخ فوتون با ماتریس چگالی، اثرهای جفت شدگی های پارازیتی و همچنین میدان حاصل از فوتون های تولید شده، در مدل سازی لحاظ می شود. درپایان، برای کاهش اثر جفت شدگی پارازیتی و همچنین کاهش پهنای خط (fwhm) طیف بهره، با اصلاح ساختار موفقی که قبلاً برای کار در فرکانس 4thz توسط دیگران ارائه شده بود، ساختار جدیدی طراحی می شود که در فرکانس 4.1thz لیز می کند. شبیه سازی ها نشان می دهد که در مقایسه با ساختار مبنا، در طرح جدید جفت شدگی پارازیتی و پهنای خط طیف بهره هر دو بیش از 50% کاهش یافته اند، درحالی که بیشینه بهره آن حدود 3/23 درصد افزایش یافته است.

در این تحقیق، هدف، شبیه سازی ترانزیستورهای اثرمیدانی نانوسیم سیلیکونی با گیت فراگیر و بررسی اثر کرنش روی پارامترهای این افزاره و مشخص? جریان- ولتاژ آن است. ابتدا به بررسی وابستگی ساختار نوار انرژی آن و درنتیجه جرم موثر الکترون و شکاف انرژی به پارامترهای مختلف افزاره مانند انداز? نانوسیم (برای شعاع های سیم 1.5 تا 4 نانومتر) و جهت کریستالی ([100], [110], [111]) می پردازیم و سپس جرم موثر و شکاف انرژی بدست آمده را در شبیه سازی ترانزیستور مورد استفاده در این تحقیق -ترانزیستور اثرمیدانی نانوسیم سیلیکونی دایروی با گیت فراگیر– لحاظ می کنیم. در این شبیه سازی اثر اندازه قطر نانوسیم و جهت کریستالی آن روی مشخصه جریان- ولتاژ بررسی می شود. گام دوم بررسی اثر کرنش تک محوری کششی و فشاری روی ساختار نوار انرژی و درنتیجه جرم موثر الکترون و شکاف انرژی است. وابستگی به قطرِ اثر کرنش روی ساختار نوار انرژی نانوسیم نیز بررسی می شود و با توجه به تحلیل ساختارهای فوق یک ساختار بهینه انتخاب و شبیه سازی مشخصه ها. ترانزیستور اثر میدانی نانوسیم سیلیکونی دایروی با گیت فراگیر تحت بررسی را با روش تابع گرین غیرتعادلی شبیه سازی نموده و مشخصه های رفتاری آن را از جمله جریان روشن به خاموش تحلیل خواهیم کرد.

سلول های خورشیدی چند چاه کوانتومی از سال ها پیش به عنوان روشی برای افزایش بازدهی و از بین بردن محدودیت بازدهی نمونه های بدون چاه مطرح شدند. چاه های کوانتومی لایه های نانومتری هستند که حضور آنها در ناحیه ذاتی پیوند سلول خورشیدی موجب گسترده شدن پاسخ طیفی در رنج طول موجی وسیع و افزایش جریان اتصال کوتاه و همچنین افزایش بازدهی کوانتومی می شود. در این پایان نامه هدف بررسی عدم تقارن در چاه های کوانتومی سلول های چاه کوانتومی و تأثیر آن بر روی مشخصات سلول از جمله جریان اتصال کوتاه، ولتاژ مدار باز و بازدهی کوانتومی است. شبیه سازی بر روی سلول های با سیستم مواد alxgaas/gaas، gaas/inxgaas و gaaspx/inygaas صورت گرفته است و نشان داده شده است که ایجاد عدم تقارن در ناحیه ذاتی سلول خورشیدی چاه کوانتومی در پارامترهای عرض، عمق و تعداد چاه ها می تواند در نهایت موجب افزایش بازدهی کوانتومی شود. برای داشتن بازدهی بالاتر، از دو ماده znte و gasb به عنوان ماده سد و چاه استفاده شده است. با توجه به یافته های پژوهشی و ثابت شبکه تقریباً یکسان، این دو ماده توانایی رشد بر روی یکدیگر را دارند. این ساختار با توجه به افزایش جریان اتصال کوتاه و ولتاژ مدار باز در حد بهینه منجر به افزایش پاسخ طیفی سلول در رنج طول موجی وسیع و افزایش بازدهی کوانتومی سلول به حدود 27/29? شده است.

هدف از انجام این تحقیق، مدلسازی و طراحی لیزرهای کوانتومی آبشاری در ناحیه مادون قرمز میانی است. لیزرهای کوانتومی آبشاری جزو لیزرهای نیمه هادی محدوده میانی و بالای مادون قرمز هستند که فوتون ها از طریق گذارهای نوری زیرنواری در چاه های کوانتومی تولید می شوند و همین امر باعث می شود طیف بهره ی این ساختارها باریکتر و متقارن تر از لیزرهای دیودی شود و جریان آستانه حساسیت کمتری به دما داشته باشد. در این لیزرها طول موج فوتون تابشی وابسته به جنس ماده نیست و با مهندسی پهنای چاهها و سدها می توان آن را تنظیم کرد. با توجه به تلاش روزافزون در جهت افزایش بهره در این پایان نامه نیز با شبیه سازی به روش تفاضل محدود معادلات کوپل شده ی پواسن-شرودینگر، ساختار، مقادیر المان ماتریسی و زمان های پراکندگی به دست آمده است و با تغییرات ساختار و افزایش این المان ها بهره را افزایش داده ایم.

ما در این پایان نامه، برای اولین بار از نانو نوار گرافن به عنوان لایه ی فعال یک سلول خورشیدی استفاده نموده ایم. برای شبیه سازی این سلول از روش تابع گرین غیرتعادلی در فضای مود بهره برده و محاسبه ی اثر درهمکنش های الکترون-فوتون به وسیله ی تقریب خود-سامانده بورن صورت گرفته است.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

در این رساله، برای محاسبه بهره و ضریب نویز اضافی افزاره آشکارساز نوری بهمنی مدلی ارائه کرده ایم که تابع توزیع طول یونیزاسیون برخوردی در ناحیه تکثیر همگون و ناهمگون را با دو بخش خطی و نمایی تقریب می زند. بر اساس این مدل، چگونگی توزیع طول یونیزاسیون برخوردی به ازای مقدارهای مختلف شدت میدان الکتریکی، کسرهای مولی و مکان پیوند ناهمگون را محاسبه می کنیم. این مدل علاوه بر سادگی و قابلیت گسترش به سایر روش های عددی، باعث کمتر شدن زمان شبیه سازی نسبت به روش های متداول در مونت کارلو می شود. همچنین ساختار جدیدی برای آشکارسازهای alxga1-xn پیشنهاد و طراحی کرده ایم که در ناحیه تکثیر، دو پیوند ناهمگون (ناپیوستگی انرژی) دارد. فکر اصلی این طراحی به محاسبه مقدار بهینه ناپیوستگی انرژی باند رسانایی در محل پیوند ناهمگون اختصاص دارد. در حقیقت، مکان اولین و دومین یونیزاسیون برخوردی الکترون ها را در نزدیک سطح های ناهمگون متمرکز می کنیم. با محاسبه ناپیوستگی بهینه، باقیمانده مقدار ناپیوستگی بزرگ در پیوند ناهمگون اول را به عنوان یک پیوند ناهمگون دیگر درنظر می گیریم. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که ساختار پیشنهادی نسبت به یک نمونه ساخته شده جدید حدود 60 درصد ضریب نویز اضافی کمتری دارد.

در این رساله انتقال الکترون در ترانزیستور مسفست (mesfet) با استفاده از روش مونت کارلو تحلیل شده است . به دلیل مشابهت ساختار دیود n+-i-n+ از جنس gaas با ساختار ترانزیستور مسفت ، در ابتدا این دیود شبیه سازی شده است . اثرات تغییر ولتاژ آند، دما و طول کانال در مشخصه های انتقال این دیود بررسی و نشان داده شده است کاهش طول کانال باعث می شود رفتار انتقال حامل بیشتر بالستیک شود. با قرار دادن کاتد از جنس algaas به جای gaas شاهد افزایش متوسط سرعت حامل در مجاورت کاتد در ناحیه فعال خواهیم بود. همچنین نشان داده شده است که با افزایش درصد مولی al متوسط سرعت در طرف آند در کانال کاهش می یابد. تعمیم شبیه سازی به دو بعد از دیگر کارهای انجام گرفته درین دیود می باشد. در ترانزیسور مسفت چهار ساختار مسقت معمولی، مسفت با سورس algaas به همراه لایه کم غلظت در طرف درین دارای متوسط سرعت بیشتر و در سراسر کانال یکنواخت تر است . با استفاده از توزیع ناخالصی دلتاگونه، امکان افزایش ناپیوستگی در محل فصل مشترک سورس و کانال بدون افزایش درصد مولی فراهم آمده است که منجر به معرفی یک ترانزیستور جدید به نام -doped ldd hmesfet شده است . ضرورت ملایم بودن تغییرات بار در گره های مش در روش ذره-مش منجز به معرفی یک روش جدید در تخصیص بار به نام wngp شده است . از مقایسه شبیه سازی های انجام گرفته در ترانزیستورهای مسفت ساخته شده از جنس ingaas, gaas و inp، نشان داده شده است که ترانزیستورهای مسفت از جنس ingaas، متوسط سرعت بالاتری در سراسر کانال دارند. با قرار داددن سورس از جنس inp به جای ingaas در مسفت از جنس ingaas روی پایه inp، ساختار جدیدی معرفی شده است که دارای بهترین مشخصه سرعت در سراسر کانال است . برای اعمال تبهگنی به ترانزیستور مسفت ، روش لاگلی فری (lugli-ferry) استفاده شده است . ضعف این روش در میدانهای ضعیف مورد توجه قرار گرفته و در حالتی که میدان در دو جهت مولفه دارد، با ارائه یک روش اصلاحی، اشکال روش لاگلی-فری بر طرف شده است . با وارد کردن پراکندگی از الکترون-پلاسمون و الکترون-الکترون به شبیه سازی، اثر بر هم کنش الکترون-الکترون در مشخصه های انتقال بررسی شده است . برای سرعت دادن به محاسبات مربوط به پراکندگی از الکترون-الکترون، روش ذره-ذره-مش (p3m) به کار گرفته شوده است .