mehdi khodaverdizadeh
-
مقدمه
حسگر های نوری، بخش جدایی ناپذیر از تجهیزات مختلف در زمینه تشخیصی زیست پزشکی هستند. در این میان فناوری های فوتونیکی به علت دارابودن مزایای فراوان، برای استفاده به عنوان حسگر در کاربردهای پزشکی و پایش سلامت انسان، محبوبیت فراوان کسب کرده اند. دارابودن حساسیت بالا، امکان ادغام با ادوات الکترونیکی، فشردگی مناسب افزاره، عملکرد بدون فلز، هزینه ارزان و ایمنی الکترومغناطیسی که فناوری های فوتونیکی ارائه میکنند، لزوم مطالعه در زمینه حسگرهای نوری را توجیه میکنند.
روش بررسیدر این مطالعه تاثیر درصد ترکیب نقاط کوانتومی PbS و Ag2Se، همچنین تغییرات اندازه قطر و چگالی آلایش فیلم نقاط کوانتومی Ag2Se در ناحیه فعال در دماهای مختلف برای بیشینه سازی قابلیت پاسخ دهی نوری مورد مطالعه قرار گرفته است. برای دستیابی به قابلیت پاسخ دهی نوری براساس ساختار نقاط کوانتومی ابتدا با حل خودسازگار معادلات شرودینگر و پواسون به روش تفاضل محدود، چگالی الکترون در هر تراز و پروفایل پتانسیل به دست آمده و قابلیت پاسخ دهی نوری آشکارساز محاسبه می گردد.
یافته هانتایج به دست آمده نشان می دهد با افزایش درصد ترکیب نقاط کوانتومی PbS نسبت به نقاط کوانتومی Ag2Se قابلیت پاسخ دهی افزاره کاهش می یابد. با افزایش چگالی آلایش فیلم Ag2Se در ابتدا به دلیل افزایش حامل ها برای تحریک نوری، قابلیت پاسخ دهی نوری افزایش یافته و پس از رسیدن به نقطه بیشینه با افزایش بازترکیب حامل ها قابلیت پاسخ دهی نوری کاهش مییابد. قابلیت پاسخ دهی نوری با افزایش قطر نقاط کوانتومی Ag2Se به دلیل تاثیر محصورشدن کوانتومی، فرار حامل ها و اثرات تونلزنی افزایش یافته و بعد از رسیدن به نقطه بیشینه کاهشی میگردد.
نتیجه گیری:
امروزه افزایش راندمان کوانتومی و قابلیت پاسخدهی نوری برای حسگرهای نوری زیستپزشکی،چالش بزرگی برای مهندسان تجهیزات پزشکی است. به طورکلی بیشینهسازی قابلیت پاسخدهی نوری موجب بهبود عملکرد، دقت و ارتقا کارایی آشکارسازها شده و با مهندسی ساختار ادوات میتوان به این امر دست یافت.
کلید واژگان: آشکارساز نوری, بیوفوتونیک, قابلیت پاسخدهی نوری, نقاط کوانتومیIntroductionOptical sensors are an integral part of various devices in the field of biomedical diagnostics. In the meantime, photonic technologies have gained great popularity for use as sensors in medical applications and human health monitoring due to their many advantages such as high sensitivity, the possibility of integration with electronic devices, suitable compactness of the device, metal-free operation, cheap cost, and electromagnetic safety that photonic technologies provide, justify the need to study in the field of optical sensors.
Analysis methodIn this study, the effect of the composition percentage of PbS and Ag2Se quantum dots, as well as the changes in the diameter and film doping density of Ag2Se quantum dots in the active region at different temperatures to maximize the responsivity has been studied. To achieve the responsivity of the photodetector based on the structure of quantum dots, first by solving the self-consistent Schrödinger and Poisson equations with the finite difference method, the electron density in each level and potential profile is obtained and the responsivity of the photodetector is calculated.
ResultsThe obtained results show that with the increasing percentage of PbS quantum dots compared to Ag2Se quantum dots, the responsivity of the device decreases. By increasing the film doping density of the Ag2Se quantum dots, initially due to the increase of carriers for optical excitation, the responsivity increases, and after reaching the maximum point, the responsivity decreases because of the increase of carrier recombination. The responsivity increases with the increase in the diameter of Ag2Se quantum dots due to the quantum confinement effects, carrier escape, and tunneling effects and decreases after reaching the maximum point.
ConclusionNowadays, increasing the quantum efficiency and optical responsivity of such biomedical optical sensors is a great challenge for medical device engineers. In general, maximizing the responsivity improves the performance, accuracy, and efficiency of the photodetectors, and this can be achieved by engineering the structure of the devices.
Keywords: Bio-Photonic, Optical Responsivity, Photodetector, Quantum Dot -
اهداف
توسعه سریع فوتونیک مادون قرمز، تقاضا برای طراحی آشکارسازهای نوری با کارایی بالا که در این محدوده طیفی کار می کنند را افزایش داده است. در این میان آشکارساز های نوری مبتنی بر نقاط کوانتومی کلوئیدی به علت دارابودن خواص فوق العاده ازجمله هزینه تولید مقرون به صرفه، قابلیت لایه نشانی بر روی لایه های انعطافپذیر و قابلیت تغییر فاصله گاف نواری با تغییر اندازه، توجه گسترده ای را در کابردهایی نظیر تشخیص پزشکی غیرتهاجمی و مراقبت های بهداشتی به خود جلب کرده اند. در این آشکارسازهای مادون قرمز جریان نوری به طور مستقیم بر حساسیت و عملکرد افزاره تاثیر گذاشته، لذا افزایش و بهینه سازی آن از فاکتورهای مهم در کاربردهای پزشکی و زیستی محسوب میشود.
مواد و روشها:
در این مطالعه تاثیر تغییرات اندازه قطر و چگالی آلایش لایه نقاط کوانتومی کلوئیدی HgSe-HgTe در لایه فعال در دماهای مختلف برای بهینه سازی جریان نوری مورد مطالعه قرار گرفته است. برای دستیابی به مشخصه های آشکارسازی براساس ساختار نقاط کوانتومی کلوئیدی با حل خودسازگار معادلات شرودینگر و پواسون با روش تفاضل محدود، چگالی الکترون در هر تراز و پروفایل پتانسیل به دست آمده و جریان نوری آشکارساز برای افزاره محاسبه می گردد.
یافته ها:
نتایج نشان می دهد که با افزایش چگالی آلایش لایه HgSe در ابتدا به دلیل افزایش حامل ها برای تحریک نوری، چگالی جریان نوری افزایش یافته و پس از رسیدن به نقطه بیشینه با افزایش بازترکیب حامل ها چگالی جریان نوری کاهش مییابد. ازسوی دیگر افزایش چگالی آلایش لایه HgTe می تواند منجربه کاهش چگالی جریان نوری گردد. چگالی جریان نوری با افزایش قطر نقاط کوانتومی HgSe بدلیل تاثیر متقابل بین محصور شدن کوانتومی، فرار حامل ها، و اثرات تونل زنی افزایش یافته و بعد از رسیدن به نقطه بیشینه کاهشی شده و همچنین با افزایش قطر نقاط کوانتومی HgTe چگالی جریان نوری آشکارساز کاهش می یابد.
نتیجه گیری:
به طورکلی بهینه سازی و افزایش جریان نوری در کاربردهای پزشکی و زیستی آشکارسازهای مادون قرمز موجب بهبود عملکرد، دقت و ارتقا کارایی آشکارسازهاشده و با مهندسی ساختار آشکارسازهای نوری مادون قرمز براساس نقاط کوانتومی کلوئیدی میتوان جریان نوری را این آشکارسازها بهینه نمود.
کلید واژگان: آشکارسازهای نوری, افزاره های بیو - اپتوالکترونیکی, جریان نوری, نقاط کوانتومی کلوئیدیObjectivesThe rapid development of infrared photonics has increased the demand for the design of high-performance optical photodetectors operating in the IR region. Photodetectors based on colloidal quantum dots, due to their extraordinary properties, such as affordable production costs, the ability to be fabricated on flexible layers, and the size-dependent band gap, have attracted wide attention in applications such as non-invasive medical diagnosis and healthcare. In this photodetector, photocurrent is a crucial factor in the medical and bio applications of photodetectors because they directly impact the device's sensitivity and performance.
Method & Materials:
In the study, the photocurrent is theoretically optimized and engineered by varying different design parameters such as film doping density and CQD diameter at different temperatures. To calculate the photodetector's performance parameters, one first needs to numerically solve both the Schrödinger and Poisson equations self-consistently by using the finite difference method to obtain the electron concentrations of each level, and the potential profile of a HgSe-HgTe CQDs structure and then photocurrent is calculated for the device.
ResultsThe results show that with increasing the film doping density of HgSe CQDs, the photocurrent initially increases due to more available carriers for photoexcitation, but as the film doping density gets higher, after reaching a peak point, the increase in carrier concentration leads to enhanced recombination, which causes a decrease in the net photocurrent. On the other hand, increasing the film doping density of HgTe CQDs can lead to a decrease in the photocurrent density. The interplay between quantum confinement, carrier escape, and tunneling effects with increasing HgSe CQDs diameter causes the initial increase and after reaching a peak point, a subsequent decrease in the photocurrent of the photodetector. Also, with increasing the HgTe CQDs diameter, the photocurrent density of the photodetector decreases.
ConclusionIn general, optimizing and increasing photocurrent in medical and biological applications of infrared photodetectors improves the performance, accuracy, and efficiency of the devices, and by engineering the structure of infrared photodetectors based on colloidal quantum dots, the photocurrent of these devices can be optimized.
Keywords: bio-optoelectronic devices, colloidal quantum dot, photocurrent, photodetector -
مقدمه
ایجاد جریانهای اسپینی بهوسیله اعمال گرادیان دما توجه دانشمندان زیادی را بهخود جلبکرده است. زمینه اسپینترونیک از اسپینالکترون برای ذخیره و پردازش اطلاعات استفاده میکند و اسپینکالریترونیک، جریانهای اسپینی را به حرارت مرتبط میسازد. ما از DNA بهعنوان مولکولی آلی برای بررسی پدیده اسپینکالریترونیک استفاده کردهایم. در مطالعه حاضر بهمنظور ایجاد گرادیان دما از لیزر مادون قرمز استفاده شد. در این کار، ما توانستیم محدودهای از میدانهای خارجی را که در آن بیشترین جریان اسپینی تولید میشود، بهدست آوریم. بدینترتیب میتوانیم از زنجیرههای DNA بهعنوان یک ابزار اسپینترونیک برای انتقال اطلاعات امن در محیطهای بیولوژیکی استفاده کنیم.
روش بررسیبا درنظرگرفتن مدل PBH تصحیحیافته نسبتبه درجه آزادی اسپین، به بررسی ترابرد اسپینی مولکول DNA در حضور گرادیان دما و عوامل خارجی دیگر ازجمله میدان الکتریکی و مغناطیسی پرداخته شد. گرادیان دما ازطریق لیزر مادون قرمز به سیستم اعمال شد. برای تحلیل سیستم از رهیافت آشوب استفاده شد.
یافته هانتایج حاصلاز انجام پژوهش حاکیاز آن است که جریانهای پلاریزه اسپینی درحضور گرادیان دما خلق میشود. همچنین با اعمال میدانهای مغناطیسی و الکتریکی خارجی، بهترین محدوده میدان برای بیشترین شارش جریان اسپینی مشخص شد.
نتیجه گیریبا مشخص شدن محدوده مناسبی از میدانهای خارجی درحضور گرادیان دما، که در آن به سیستم بیولوژیک آسیب وارد نمی-شود، میتوان بیان کرد که انتقال امن اطلاعات در این محیطها را شاهد هستیم.
کلید واژگان: اسپین کالریترونیک, DNA, گرادیان دما, پلاریزاسیون اسپینی, لیزر
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشته‌های مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته می‌توانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که می‌خواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
©2000-2025 magiran.com All Rights Reserved.