بهینه‎ سازی جریان نوری در آشکارساز مادون قرمز مبتنی بر نقاط کوانتومی کلوئیدی HgSe-HgTe

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.