الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 25000 تومان
(ایران ترجمه - irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۷۳
کد مقاله
ELC173
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۶ – مباحث
نام انگلیسی
GRAPHENE GEOMETRIC DIODES FOR OPTICAL RECTENNAS: Chap-06 – DISCUSSION
تعداد صفحه به فارسی
۱۲
تعداد صفحه به انگلیسی
۹
کلمات کلیدی به فارسی
دیود هندسی گرافنی, رکتنای نوری
کلمات کلیدی به انگلیسی
GRAPHENE GEOMETRIC DIODE, OPTICAL RECTENNA
مرجع به فارسی
دپارتمان مهندسی برق، دانشگاه بریگهام یانگ، دانشگاه کلرادو بولدر
دپارتمان مهندسی برق، کامپیوتر و انرژی، دانشگاه کلرادو، ایالات متحده
مرجع به انگلیسی
Brigham Young University; University of Colorado Boulder; A thesis submitted to the
Faculty of the Graduate School of the
University of Colorado in partial fulfillment
of the requirement for the degree of
Doctor of Philosophy
Department of Electrical, Computer, and Energy Engineering
کشور
ایالات متحده
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری
فصل ۶: مباحث
فصل ۶
مباحث
الف. محدودیت فرکانس
جهت کار در فرکانس تراهرتز یا بالاتر، دیودها در سیستم رکتنای تراهرتز می بایست ذاتاً سریع باشند و از ثابت زمانی RC کاملاً پایینی برخوردار باشند. مزیت دیگر برای حاصل آوردن انرژی با استفاده از رکتنا آن است که امپدانس دیود می بایست همچنین در تطابق با امپدانس آنتن برای کوپلینگ کارآمد توان بین آنتن و دیود باشد (Grover و Moddel، ۲۰۱۱).
۱- سرعت ذاتی دیودهای هندسی
سرعت ابزاره های ذاتی در این زمینه کاملاً محدود به پاسخ فرکانس ماده و سوبسترای ابزاره است. گرافن مخصوصاً برای الکترونیک تراهرتز مناسب تلقی می شود چرا که دارای تحرک حامل بالا در دمای اتاق و جذب مستقل فرکانس می باشد (Nair، ۲۰۰۸). به علاوه، نمونه های گرافنی دارای کیفیت بالا از امواج پلاسمای تضعیف شده پشتیبانی می نمایند (Liu، ۲۰۰۸)، (Bostwick). فرکانس پلاسمون سطحی به عنوان یک ویژگی قابل تنظیم ـ گیت (Jablan، ۲۰۰۹) تا فرکانس فوتون نوری گرافنی ۳/۴۸ تراهرتزی مترادف با یک انرژی ۲/۰ eV (Park، ۲۰۰۸) به حساب می آید. در فرکانس های عملیاتی فراتر از ۱۷۶ تراهرتز، مترادف با یک طول موج ۷/۱ میکرومتری، عملکرد دستگاه های گرافنی تحت تأثیر اتلاف باند داخلی خواهد بود (Jablan، ۲۰۰۹).
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۶ – مباحث
۲- ثابت زمانی RC دیودهای هندسی
ثابت زمانی rc برای دیودها که در رکتناها بکار گرفته شده است بر حسب خازن پایین دیودهای هندسی گرافنی توصیف می شود. این خازن دیودهای هندسی مسطح خود حاصل آمده از میدان های الکتریکی حاشیه ای (E-fields) بین هر دو طرف ساختار نوک پیکانی معکوس می باشد. همانگونه که در شکل های ۶ـ۱ و ۶ـ۲ نشان داده شده است، میدان های الکتریکی حاشیه ای در هوا و در فراز ابزاره شکل می گیرند، بین دو جداره سطحی، و در سوبسترای زیر SiO2 90 nm ابزاره. یک شکاف هوایی تقریبی ۱۰۰ nm ´ ۱۰۰ nm در ناحیه گردنه دیود هندسی نیز مدنظر خواهد بود (شکل ۶ـ۲).
شکل ۶ـ۱٫ مدل سه بعدی دیود هندسی گرافنی. برای محاسبه ظرفیت خازنی ابزاره. در اینجا اینگونه فرض می شود که یک شکاف هوایی ۱۰۰ nm ´ ۱۰۰ nm در ناحیه گردنه دیود هندسی وجود دارد.
شکل ۶ـ۲٫ سطح مقطع دیود هندسی گرافنی. پهنای شکاف (s) در ناحیه گردنه به میزان ۱۰۰ نانومتر تلقی می شود. مجموعه طول (l) این ابزاره نیز در حد ۵/۱ میکرومتر مشخص می شود. ضخامت (h) لایه SiO2 سوبسترا برابر با ۹۰ نانومتر می باشد. میدان های الکتریکی حاشیه ای (E-fields) قابلیت ذخیره سازی بارهای موجود در اطراف هوای ابزاره و در سوبسترای SiO2 را دارند.
از طریق آنالیز ظرفیت خازنی لایه نازک سطحی (Vendik، ۱۹۹۹)، ظرفیت خازنی دیود هندسی گرافنی را می توان با استفاده از معادله ۶ـ۱ محاسبه نمود، با فرض آنکه مجموع طول (l) ابزاره بسیار بزرگتر از پهنای شکاف هوایی (s)، همانگونه که در شکل ۶ـ۲ نشان داده شده است می باشد.
(معادله ۶ـ۱)
که در آن e1 ثابت دی الکتریک گرافن می باشد. e2 ثابت دی الکتریک SiO2 تلقی می شود، s پهنای شکاف هوایی، w پهنای دیود هندسی، و h ضخامت سوبسترای SiO2 به حساب می آیند.
به واسطه شکل نوک پیکانی دیودهای هندسی، در این مبحث اقدام به یکپارچه سازی ظرفیت خازنی از نقطه نظر پهنا از ۰ الی ۴۵۰ نانومتر همانگونه که در شکل ۶ـ۲ نشان داده شده است، گردیده است.
معادله ۶ـ۲
ثابت دی الکتریک برای SiO2 و گرافن به ترتیب برابر با ۹/۳ و ۵/۲ می باشد (Chen و Appenzeller، ۲۰۰۸). ظرفیت خازنی دیود هندسی گرافنی نیز به میزان ۶/۳ aF محاسبه شده است. به طور کلی، ظرفیت خازنی دیودهای هندسی در مرتبه چندین آتوفاراد می باشد.
مجموع ثابت زمانی RC این ابزاره به عنوان حاصل ضرب ظرفیت خازنی ارزیابی شده ابزاره و مقاومت برآورد شده تلقی می شود. مقاومت اندازه گیری شده دیودهای هندسی گرافنی تقریباً برابر با ۱ kΩ است. بنابراین، ثابت زمانی RC این دیودها در مرتبه فمتو ثانیه تلقی می شود، که مترادف فرکانس قطع ۱۰۰ تراهرتز است. جهت ارزیابی ظرفیت خازنی این ابزاره از بدترین حالت فرض استفاده شده است، که در نظر می گیرد که این ابزاره در ناحیه گردنه قطع شده است. فرکانس قطع حقیقی RC می تواند بالاتر از ۱۰۰ تراهرتز باشد. به علاوه، از طریق کاهش سطح ناحیه غیربحرانی در اطراف گردن، ثابت زمان RC را می توان متعاقباً کاهش داد.
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۶ – مباحث
ب. نتایج شبیه سازی شده در برابر نتایج اندازه گیری شده
DC I(V) شبیه سازی شده در برابر DC I(V) اندازه گیری شده
در فصل ۵، منحنی های I(V) اندازه گیری شده دیودهای هندسی گرافنی نشان داده شده است. بر این مبنا اقدام به شبیه سازی دیود ساخته شده با استفاده از پارامترهای ابزاره اندازه گیری شده است: MFPL = 45 nm، غلظت بار ۱٫۱ ´ ۱۰۱۲ cm−۲، پهنای گردنه ۷۵ nm، پهنای شانه ۴۰۰ nm و شیب نوک پیکانی °۴۵ همانگونه که در شکل ۶ـ۳ نشان داده شده است، مشخصات I(V) شبیه سازی شده و مشخصه های I(V) برآورد شده در DC به خوبی در تطابق با یکدیگر با توجه به ابزاره نشان داده شده در شکل ۶ـ۱۳ می باشند. بر این مبنا از هیچ پارامتر قابل تعدیل دیگری برای شبیه سازی استفاده نشده است.
شکل ۶ـ۳٫ مشخصه های DC I(V) (رنگ آبی توپر) یک دیود هندسی گرافنی لایه برداری شده در ولتاژ گیت ۲۰ ولت. شبیه سازی مونت کارلو (رنگ سبز بریده بریده) از ابعاد ابزار ساخته شده استفاده می نماید: پهنای گردنه ۷۵ nm، پهنای شانه ۴۰۰ nm و طول مسیر آزاد ـ متوسط برآورد شده ۴۵ nm.
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۶ – مباحث
۳- ارزیابی جریان خروجی رکتنا
جهت تصدیق این موضوع که نتایج اندازه گیری شده در ۲۸ تراهرتز همچنین سازگار با مدل ما در خصوص عملیات این ابزاره می باشند، اقدام به ارزیابی سیگنال خروجی رکتناها بر مبنای رفتار DC I(V) برآورد شده دیود هندسی شده است. به هنگامی که محور رکتنا به صورت همسو با قطبش لیزری باشد، خروجی جریان اتصال کوتاه برآورد شده رکتنا برابر با ۴۲۰ pA، همانگونه که در شکل ۵ـ۱۰ نشان داده شده است، می باشد. در محاسبه جریان اتصال کوتاه مورد انتظار، پارامترهای ذیل سیستم مورد نیاز می باشند: شدت اندازه گیری شده لیزر (Pin)، کارایی گزارش شده جذب آنتن (ηa)، پاسخ دهی برآورد شده دیود (βd)، کارایی محاسبه شده کوپلینگ رکتنا (ηc). با استفاده از توان سنج AC25FXS، اقدام به برآورد شدت نور (Pin) به صورت ۶۸ mW/mm2 در مرکز لیزر شده است. این لیزر دارای پروفایل توان توزیع گاوسی می باشد. تورلانس همترازی ابزاره ما با مرکز پرتو تقریباً با ۲ میلیمتر گزارش شده است. Pin is 49 mW/mm2 و ۲۵ mW/mm2 در موقعیت های ۱ و ۲ میلیمتری به ترتیب، به صورت مجزا از مرکز پرتو قرار می گیرند. مساحت مؤثر (Aeff) یک آنتن پاپیونی فلزی ۲۸ تراهرتزی با پیکربندی یکسان به میزان ۳۷٫۵ µm2 گزارش شده است. کارایی جذب آنتن برآورد شده نیز ۳۷% گزارش گردیده است (González و Boreman، ۲۰۰۵). امپدانس آنتن (Ra) نیز ۱۰۰ Ω است، که به عنوان یک امپدانس نوعی برای آنتنی می باشد که در فرکانس تراهرتز عمل می نماید (Kocakarin و Yegin، ۲۰۱۳). برای دیود شکل ۴ـ۱۶ که برای برآورد پاسخ نوری از آن استفاده شده است، اقدام به اندازه گیری رفتار DC I(V) آن و محاسبه پاسخ دهی آن به صورت ۰٫۰۲۸۵ A/W و بایاس صفر شده است. بر مبنای داده های I(V)، مقاومت دیود محاسبه شده (Rd) تقریباً با ۳۰۰۰ W می باشد. همانگونه که در بخش الف این فصل تشریح شد، ظرفیت خازنی این دیود (Cd) به میزان تقریباً ۱۸-۱۰ F محاسبه شده است. کارایی تزویج یا کوپلینگ رکتنا را می توان با استفاده از مدل انطباق امپدانس (Grover و Moddel، ۲۰۱۱) و معادله ۶ـ۳ محاسبه نمود.
معادله ۶ـ۳
که در آن ω فرکانس تابشی، مساوی با ۲p´ ۲۸ THz می باشد. کارایی کوپلینگ رکتنا نیز به میزان ۱۲% محاسبه شده است. با درج کلیه پارامترهای فوق در معادله ۶ـ۴، جریان در آنتن دیود هندسی گرافنی / آنتن فلزی را می توان به شرح ذیل ارزیابی کرد:
معادله ۶ـ۴
جریان خروجی ارزیابی شده برابر با ۷/۳ در مرکز پرتو و ۶/۲ nA و ۳/۱ nA و ۲ mm به ترتیب به صورت منفک از مرکز پرتو مشخص شده است. جریان اتصال کوتاه اندازه گیری شده برابر با تقریباً ۴۲/۰ nA است. خروجی جریان اندازه گیری شده و برآورد شده بر حسب ضریب بین سه و نه مشخص می شود. ضرایب بسیاری می توانند این مورد را حاصل آورند. یکی از آنها ۳۷% کارایی نوری آنتن با برآورد برای آنتن های بدون بار و آنتن های تماسی فلزی می باشد. در ابزاره رکتنای ما، کارایی حقیقی جذب نوری آنتن بسیار کمتر از مقدار گزارش شده می باشد. ضریب ناشناخته دوم امپدانس حقیقی آنتن می باشد، که دارای تأثیر زیادی بر روی کارایی کوپلینگ سیستم است. در محاسبه ارزیابی خروجی جریان، امپدانس آنتن به میزان ۱۰۰ Ω در نظر گرفته شده است. برآوردهای بیشتری جهت تصدیق امپدانس آنتن در ۲۸ تراهرتز مورد نیاز می باشند.
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۶ – مباحث
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
