مجموعه محتوای دانشجویی، علمی و آموزشی

پروژه جهت کسب درجه کارشناسی ارشد مهندسی برق - الکترونیک با عنوان طراحی و تحليل ديود نوری با استفاده از بلورهای فوتونی آماده دریافت می باشد.

چکیده

در اين پروژه با كمك بلورهاي فوتوني با ساختار نوار انرژي قابل تنظيم به طراحي و شبيه سازي يك ديود نوری خاص خواهيم پرداخت كه محصورسازي عرضي در آن توسط بلور فوتوني با ضخامت محدود صورت ميگيرد. اين نوع ديودهاي نوري خاص داراي بهره استخراج توان بيشتري نسبت به انواع كلاسيك خود هستند. شبيه سازي با استفاده از روشهاي تحليلي بسط اصلاح شده امواج تخت، بسط مدهاي هدايت شونده و ماتريسهاي پراكندگي به ما كمك كرد كه نتايج مفيدي را با بررسي مدهاي فوتوني سيستم و براي دو نوع ساختار مختلف به دست آوريم. در هر دو نوع اين ساختارها از پديده پراش جهت انتقال انرژي منبع نور به محيط خارج استفاده ميشود. در كسب اين نتايج بر تأثير تغييرات ساختاري بلور فوتوني در ميزان بازدهي استخراج توان، توزيع پراش و بازدهي تزويج مدهاي موج بر و بلور فوتوني تأكيد شده است. شبيه سازيها در خصوص بررسي ميزان بازدهي استخراج توان، در محدوده طول موج سبز و براي بلورهاي فوتوني با شبكه مربعي و مثلثي انجام پذيرفته است. اين در حاليست كه نتايج به دست آمده براي طول موجهاي ديگر محدوده نور مرئی و نيز براي شبه بلورهاي فوتوني صادق ميباشند. همچنين در تحليل منبع نور براي اين ديودها، ساختار نوارهای ظرفيت چاه كوانتومي از تركيب روشهای K.P و ماتريسهای انتقال به دست آمده است و از تقريب توابع پوش براي به دست آوردن تابع موج حفره و الكترون در چاه كوانتومي بهره برده ايم. بدين ترتيب با بهره گيری از اين توابع موج و با محاسبه ممانهاي دوقطبي در شرايط گذار اتمها، قادر به به دست آوردن طيف نرخ تابش خودبه خودی و بهره گشتيم. نتايج نشان ميدهد كه با استفاده از تغيير تركيب مواد سازنده چاه كوانتومي، ميتوان به نرخ و بهره تابش نسبتاً يكسان براي طول موجهاي قرمز، سبز و آبي رسيد، كه اين امر ميتواند در طراحي ديود نوری سفيد با طيف تابش يكنواخت بسيار سودمند باشد.

فهرست مطالب

مقدمه

1 انتقال ، انعكاس ، پراش در بلورهاي فوتوني با ضخامت محدود

1.1 بسط اصلاح شده امواج تخت و حل معادلات ماكسول در بلور فوتوني با ضخامت محدود

1.2 محاسبه ماتريسهای انتقال و مرزي لايه ها

1.3 بردارهای تحریک ورودی

1.4 ماتريس انتقال و پراكندگی كل ساختار

1.5 محاسبه ميزان انتقال ، بازتاب ، پراش و جذب در بلور فوتونی با ضخامت محدود

1.6 ساختار Ewald و به دست آوردن مراتب پراش برای PCS

1.7 اثر تغييرات ساختار بر ميزان انتقال و بازتاب از PCS تحت زاويه تابش و قطبش خاص در محدوده بسامدی معين

2 بازدهی استخراج توان از ديود نوری

2.1 انتقال و بازتابش تحت تابش همه سويه براي مراتب پراش مختلف و تحت قطبشهای TE و TM

2.2 بازدهی استخراج همه سويه توان دوقطبی در قطبشهای TE و TM

2.3 بررسي شبه دوبعدی مشخصه بهره با استفاده از مدهاي سيستم

3 بررسي تحليلي ساختار ديود نوري و مدهاي سيستم جهت محاسبه بهره تزويج

3.1 بررسی نمایه هماهنگ ميدانها در جهت عمود بر PCS

3.2 بهره تزويج بين مدهاي هدايت شونده موج بر و مدهاي بلاخ

4 طراحي چاه پتانسيل بر اساس GaN و آلياژهاي آن

4.1 مزيت GaN و آلياژهای آن در الكترونيك نوری

4.2 ساختار نوار نيمه رساناهای تحت فشار Wurtzite با استفاده از هميلتونی RSP

4.3 توابع موج در چاه پتانسيل و به دست آوردن ممان دوقطبی

4.4 ساختار نوار مواد Wurtzite و خصوصيات نوری آنها

4.5 قطبش پيزوالكتریک و تأثير آن بر طيف تابش خود به خودی در ديودهای نوری

4.6 طراحی ديود نوری سفيد

5 نتيجه گيری و كارهاي آينده

6 ضميمه . چگالي محلی حالتها در بلور فوتوني با ضخامت محدود

6.1 تابع گرين و مدهاي بلاخ بلور فوتونی

6.2 بدست آوردن مدهاي بلاخ به وسيله بسط امواج هدايت شونده

6.3 نكات شبيه سازی

مراجع