14320

1323 دكتري

دكتري

مهندسي برق – مخابرات

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1397

نه، [۱۳۹]ص.: مصور، جدول، نمودار

رضا صفيان، ذاكر حسين فيروزه

ابوالقاسم زيدآبادي نژاد

مسعود عمومي، محسن مداح علي، احمد بخت افروز، حميدرضا فلاح

1397/11/24

كتابنامه

برق و كامپيوتر

مهندسي برق و كامپيوتر

1397/11/27

ID1323 دكتري

چکیده آنتن های فوتورسانا می توانند پالس های تراهرتز را در بازه وسیعی از فرکانس ها ارسال و آشکارسازی کنند تحلیل و طراحی آن ها نیازمند مطالعه و مدل سازی الکترونیکی و الکترومغناطیسی این سیستم ها است گرافن یک صفحه دوبعدی از اتم های کربن است که در آن اتم ها در آرایش شانه عسلی قرار گرفته اند گرافن کاربردهای قابل توجهی را در فرکانس های تراهرتز به نمایش می گذارد که ناشی از رابطه پاشندگی متفاوت آن نسبت به مواد سه بعدی متداول است از این رو این ماده دارای مدل های الکترونیکی و الکترومغناطیسی متفاوتی می باشد در این رساله یک آنتن فوتورسانای گرافنی با گاف کوچک مورد مطالعه قرار می گیرد که دامنه های بزرگی برای منابع ورودی آن درنظر گرفته می شود در چنین شرایطی پدیده های ناجایگزیده همانند پدیده فراجهش سرعت حامل های نوری رخ می دهند و عالوه بر این برخی رفتارهای غیرعادی در مشخصه ذاتی مربوط به ماده فوتورسانا مشاهده خواهند شد که همگی مدل سازی ترابرد بار را در این سیستم پیچیدهتر می کنند در نتیجه مدل مرسوم رانش پخش در چنین شرایطی معتبر نخواهد بود و مدل های کامل تری برای استخراج جریان فوتوالکتریکی الزم می شوند در اینجا برای مدل سازی بخش الکترونیکی آنتن فوتورسانا از مدل ترابرد توازن انرژی استفاده می شود که برای رسیدن به یک مدل واقع بینانه برخی از فراسنج های ذاتی ماده فوتورسانا براساس این مدل تصحیح می شوند همچنین یک چیدمان الکتروایستا برای آالییدگی الکتریکی گرافن بررسی می شود تا به وسیله آن مشخصه جریان ولتاژ چیدمان الزم برای آالییدگی الکتریکی بدست آید و سپس از این مشخصه برا ی محاسبه خازن کوانتومی گرافن بهره گرفته می شود عالوه بر این مشخصه خازن ولتاژ یک پشته متشکل از فلز گرافن عایق نیمرسانا فلز با در نظر گرفتن فرض های واقع بینانه که نقش مهمی را در افزاره های نمیرسانا ایفا می کند ارزیابی می شود از نقطه نظر الکترومغناطیسی گرافن می تواند به صورت یک ماده دو بعدی با وسعت بی کران در نظر گرفته شود که به آن مدل جایگزیده گفته می شود در قاعده امواج بسیار کند مدل جایگزیده دارای دقت کمتری است بنابراین در اینجا از یک مدل ناجایگزیده برای توصیف رسانندگی الکتریکی گرافن استفاده می شود تا انتشار پالریتون پالسمون سطحی در موجبرهای گرافنی مطالعه شود به کمک خازن کوان تومی گرافن یک مدار معادل در واحد طول ارائه می شود تا پدیده پاشندگی مکانی را تحلیل و بررسی کنیم در مرحله بعد یک سوده موجبری مبتنی بر گرافن با مشخصات پهن باند و کم تلفات در فرکانس 13 تراهرتز تحلیل و طراحی می شود که اندازه آن بسیار کوچک تر از همتای فلزی خو د می باشد در نهایت یک چیدمان صفحه موازی از نوارهای گرافنی برای آنتن فوتورسانا با استفاده از پالسمون ها مورد بررسی قرار می گیرد تا ابعاد آن کوچک تر شود و همچنین اثرهای استتار میدان تغذیه در این سیستم در چند پیکو ثانیه پس از تحریک محاسبه می شوند تعداد الیه های گرافنی و منبع ولتاژ DC به عنوان دو درجه آزادی برای کنترل فرکانس کاری آنتن فوتورسانای گرافنی عمل خواهند کرد کلمات کلیدی آنتن فوتورسانا مدل سازی الکترونیکی مدل سازی الکترومغناطیسی گرافن و رسانندگی الکتریکی

Isfahan University of TechnologyAbstractPhotoconductive antennas PCAs are known as one class of the conventional THz sources can transmit and detect THz pulses in a broadband frequency range whose analysis requirescontemplating both electronic modeling and electromagnetic modeling Graphene is a single2D plane of carbon atoms which have been con gured in a honeycomb lattice Graphene iscapable of realizing interesting applications at THz frequencies thanks to possessing exoticdispersion relation in comparison to 3D materials hence it has different electronc andelectromagnetic models In this research a small gap graphene based PCA GPCA is investigated under applicationof high bias fileds Under these circumstances non local phenomena like velocity overshootphenomenon of photo excited carriers occur and additionally some peculiar behaviors areobserved in the intrinsic parameters of the photoconductor material both of whitchcomplicate the charge transport modeling As a consequence the conventional drift diffusion model is no longer valid so comprehensive models are required to extract thedriving photocurrent Here energy balance transport model is employed to model theelectronic part of the PCA with imposing some appropriate modifications In addition anelectrostatic bias setup is examined for the electrical doping of graphene in order to computethe graphene s I V curve that can be utilized to calculate graphene s quantum capacitance Moreover the C V characteristic of a stack comprised ofmetal graphene dielectric semiconductor metal is assessed by taking into account realisticassumptions From the electromagnetic point of view graphene can be regarded as an infinite 2D materialwhich is characterized through its electrical conductivity that is known is a local model Invery slow wave regimes the local model is less accurate so here a non local conductivitymodel is developed to study surface plasmon polariton propagation in graphene basedwaveguides Through the graphene s quantum capacitance a per unit length circuit model isproposed to characterize the spatial dispersion Then a low loss and wide band graphene based waveguide switch is analyzed and designed at 30 THz whose structure is morecompact than the metal counterpart Finally a parallel plate GPCA is designed via utilizingsurface plasmons to miniaturize the GPCA s structure and additionally screening effects areinvestigated in the first picoseconds subsequent to excitation Both the number of graphenelayers and a single DC voltage source provide two degrees of freedom for tuning the GPCAworking frequency Keywords Photoconductive antenna electronic modeling electromagnetic modeling graphene conductivity

رضا صفيان، ذاكر حسين فيروزه

ابوالقاسم زيدآبادي نژاد

مسعود عمومي، محسن مداح علي، احمد بخت افروز، حميدرضا فلاح