Υπολογιστική μελέτη και σχεδιασμός ολοκληρωμένου φωτοανιχνευτή γραφενίου βασισμένου στο φωτοθερμοηλεκτρικό φαινόμενο
Φόρτωση...
Ημερομηνία
Συγγραφείς
Μπασούκα, Ελισάβετ
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Περίληψη
Τύπος
Είδος δημοσίευσης σε συνέδριο
Είδος περιοδικού
Είδος εκπαιδευτικού υλικού
Όνομα συνεδρίου
Όνομα περιοδικού
Όνομα βιβλίου
Σειρά βιβλίου
Έκδοση βιβλίου
Συμπληρωματικός/δευτερεύων τίτλος
Περιγραφή
To γραφένιο αποτελεί ιδανικό υλικό για φωτοανίχνευση από το υπεριώδες έως το
THz φάσμα ακτινοβολίας, καθώς απορροφά σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων. Επιπλέον
η ευκινησία των φορέων του είναι υψηλή, γεγονός που μειώνει το χρόνο απόκρισης
των διατάξεων φωτοανιχνευτών γραφενίου. Ωστόσο η χαμηλή του απορρόφηση, που
ανέρχεται στο 2.3% όταν βρίσκεται στον αέρα, μπορεί να καταστεί περιοριστικός
παράγοντας για πρακτικές εφαρμογές. Στο πλαίσιο της παρούσας μεταπτυχιακής
διατριβής μελετήθηκε υπολογιστικά ένας φωτοανιχνευτής γραφενίου με στόχο την
εφαρμογή του σε Ολοκληρωμένα Φωτονικά Κυκλώματα (Photonic Integrated
Circuits). Σκοπός της μελέτης είναι o σχεδιασμός φωτοανιχνευτή και η
βελτιστοποίηση της απόδοσής του μέσω της ενίσχυσης της απορρόφησης του
γραφενίου. Ως προς αυτή την κατεύθυνση, σχεδιάσαμε ένα φωτονικό κρύσταλλο
(περιοδική διάταξη γεωμετρικών εγκοπών) ενσωματωμένο σε κυματοδηγό Si για την
παγίδευση του φωτός σε συγκεκριμένο χώρο και προκαθορισμένο μήκος κύματος.
Πραγματοποιήθηκε εκτενής μελέτη διαφόρων γεωμετρικών σχημάτων, διαστάσεων
και περιόδων για τη δημιουργία προκαθορισμένου φωτονικού χάσματος στο
φασματικό εύρος των οπτικών συστημάτων τηλεπικοινωνιών. Στη συνέχεια
σχεδιάστηκε κατάλληλα μια κοιλότητα (ατέλεια) στην περιοδική διάταξη που
επιτρέπει την παγίδευση του φωτός συγκεκριμένου μήκους κύματος (1550 nm) και τη
σημαντική ενίσχυση της έντασης του πεδίου. Τοποθετώντας γραφένιο πάνω από τη
σχεδιαζόμενη ατέλεια μετρήσαμε την απορρόφηση στο γραφένιο. Τα αποτελέσματα
έδειξαν εξαιρετική ενίσχυση της απορρόφησης του γραφενίου όπου το 96.5% της
εισερχόμενης ακτινοβολίας απορροφάται από ένα μόνο φύλλο γραφενίου,
καθιστώντας την υπό μελέτη διάταξη ιδανική για τη λειτουργία της ως
φωτοανιχνευτή.
Graphene is an ideal material for photodetection from the ultraviolet (UV) to THz range, as it absorbs a wide range of frequencies. In addition, as a result of high graphene’s carrier mobility, the response time of graphene-based photodetectors is significantly limited. However, its low absolute absorption of 2.3% when it is suspended in air, may be a restrictive factor for practical applications. In the present dissertation, a graphene photodetector was computationally studied with the aim of its application in Photonic Integrated Circuits. The purpose of the study is to design a graphene-based photodetector and optimize its performance by enhancing the absorption of graphene. In this direction, we designed a photonic crystal (periodic arrangement of geometric notches) integrated in a Si waveguide to trap light in a specific space and a predetermined wavelength. An extensive study of various geometric shapes, dimensions and periods was carried out to create a predetermined photon gap in the spectral range of optical telecommunication systems. A cavity (defect) in the periodic arrangement was then suitably designed to allow light of a certain wavelength (1550 nm) to be trapped and the field strength to be significantly enhanced. By placing graphene on top of the designed imperfection we measured the absorption in the graphene. The results showed excellent enhancement of graphene absorption where 96.5% of the incoming radiation is absorbed by a single layer of graphene, making the device under study ideal for its operation as a photodetector.
Graphene is an ideal material for photodetection from the ultraviolet (UV) to THz range, as it absorbs a wide range of frequencies. In addition, as a result of high graphene’s carrier mobility, the response time of graphene-based photodetectors is significantly limited. However, its low absolute absorption of 2.3% when it is suspended in air, may be a restrictive factor for practical applications. In the present dissertation, a graphene photodetector was computationally studied with the aim of its application in Photonic Integrated Circuits. The purpose of the study is to design a graphene-based photodetector and optimize its performance by enhancing the absorption of graphene. In this direction, we designed a photonic crystal (periodic arrangement of geometric notches) integrated in a Si waveguide to trap light in a specific space and a predetermined wavelength. An extensive study of various geometric shapes, dimensions and periods was carried out to create a predetermined photon gap in the spectral range of optical telecommunication systems. A cavity (defect) in the periodic arrangement was then suitably designed to allow light of a certain wavelength (1550 nm) to be trapped and the field strength to be significantly enhanced. By placing graphene on top of the designed imperfection we measured the absorption in the graphene. The results showed excellent enhancement of graphene absorption where 96.5% of the incoming radiation is absorbed by a single layer of graphene, making the device under study ideal for its operation as a photodetector.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Φωτοανιχνευτής, Γραφένιο, Φωτοθερμοηλεκτρικό φαινόμενο, Καθρέφτης Bragg, Photodetector, Graphene, Photothermoelectric effect, Distributed Bragg Reflector
Θεματική κατηγορία
Γραφένιο
Παραπομπή
Σύνδεσμος
Γλώσσα
el
Εκδίδον τμήμα/τομέας
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Όνομα επιβλέποντος
Λοιδωρίκης, Ελευθέριος
Εξεταστική επιτροπή
Λοιδωρίκης, Ελευθέριος
Παναγιωτόπουλος, Ιωάννης
Παπαγεωργίου, Δημήτριος
Παναγιωτόπουλος, Ιωάννης
Παπαγεωργίου, Δημήτριος
Γενική Περιγραφή / Σχόλια
Ίδρυμα και Σχολή/Τμήμα του υποβάλλοντος
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Πίνακας περιεχομένων
Χορηγός
Βιβλιογραφική αναφορά
Βιβλιογραφία: σ. 73-77
Ονόματα συντελεστών
Αριθμός σελίδων
77 σ.
Λεπτομέρειες μαθήματος
item.page.endorsement
item.page.review
item.page.supplemented
item.page.referenced
Άδεια Creative Commons
Άδεια χρήσης της εγγραφής: Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States