طراحی ، شبیه سازی و ساخت بلور فوتونی و امکان سنجی استفاده در حسگر نوری
چکیده
در این پایان نامه ابتدا راه کاری تجربی برای افزایش کارآیی ابزارهای فوتوولتایی با استفاده بلور فوتونی ارائه شده است. نشان داده می شود که با استفاده از این راه کار بلور فوتونی می تواند به عنوان یک لایه نازک واسط عمل کند که با تغییر تدریجی ضریب شکست باعث جفت شدن بهتر ضریب شکست بین هوا و زیر لایه آشکارساز شده و بازتاب را به شدت کاهش دهد. این جفت شدگی خوب ضریب شکست می تواند به عنوان یک لایه ضد بازتاب پهن باند مناسب مورد استفاده قرار گیرد. سپس آشکارساز ptsi بلور فوتونی برای اولین بار با بازدهی افزوده ساخته و نشان می دهیم که بلور فوتونی می تواند به صورت همزمان باعث کاهش بازتاب و افزایش جذب شده و در نتیجه بازدهی را افزایش دهد. از روش لیتوگرافی تداخلی برای ساخت بلور فوتونی در زیر لایه سلیکونی و از روش metal assisted chemical etching (mace) برای ایجاد تخلخل استفاده شده است. این ها روش های ساده و ارزان هستند و می توانند برای ساخت آشکارسازهای با سطح بزرگ استفاده شوند. اندازه گیری ها نشان می دهد که بازتاب در پهنای طیفی وسیع 2000-400 نانومتر تا مقدار کمتر از 3 درصد کاهش و جذب تا 96 درصد افزایش می یابد. این مقادیر معادل کاهش 10 برابری بازتاب و افزایش 90 درصدی جذب نسبت به سیلیکون ساده است. همچنین اندازه گیری افزایش 7 برابری متوسط پاسخدهی در آشکارساز بلور فوتونی ساخته شده با عمق 4.2 میکرومتر نسبت به آشکارساز ساده را نشان می دهد. بلورهای فوتونی را با استفاده از روش fdtd شبیه سازی کرده و بازتاب و عبور و جذب آنها را محاسبه کرده و با نتایج تجربی مقایسه می کنیم. به طور کلی نتایج شبیه سازی و نتایج تجربی توافق خوبی را نشان می دهند. همچنین شبیه سازی نشان می دهد که افزایش جذب به دلیل وجود بلور فوتونی برای توجیه افزایش پاسخ دهی کافی نیست و عوامل دیگری مانند وجود نانوساختارها و افزایش بازده جمع آوری حامل ها و افزایش طول موج قطع نیز در این افزایش سهیم هستند.