Skip to main content
SUPERVISOR
Reza Safian,Abolghasem Zeidaabadi Nezhad,Zaker hossein Firoozeh
رضا صفیان (استاد راهنما) ابوالقاسم زیدابادی نژاد (استاد مشاور) ذاکرحسین فیروزه (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ramin Emadi
رامین عمادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393

TITLE

Analysis and modeling of graphene-based photoconductive antennas
Photoconductive antennas (PCAs) are known as one of common THz sources, can transmit and detect THz pulses in a broadband frequency range whose analysis requires both electronic modeling and electromagnetic modeling. Graphene is a single 2D plane of carbon atoms which have been con?gured in a honeycomb lattice. Graphene is capable of realizing interesting applications at THz frequencies which possesses different dispersion relation in comparison to 3D materials, hence it has different electronc and electromagnetic models. In this research, a small gap graphene-based PCA (GPCA) is investigated under application of high bias fileds . Under these circumstances, non-local phenomena like velocity overshoot phenomenon of photo-excited carriers occur and additionally, some exotic behaviors are observed in the intrinsic parameters related to the used photoconductor which both complicate the charge traort modeling. As a consequence, the conventional drift-diffusion model is no longer valid, so comprehensive models are required to extract the driving photocurrent. Here, energy balance traort model is employed to model the electronics part of the PCA with applying some appropriate modifications. In addition, an electrostatic bias setup is examined for the electrical doping of graphene in order to compute the graphene’s I-V curve which can be utilized to calculate graphene’s quantum capacitance. Moreover, the CV curve of a stack of metal/graphene/dielectric/semiconductor/metal is assessed by considering realistic assumptions. From the electromagnetic point of view, graphene can be regarded as an infinite 2D material which is characterized through its electrical conductivity that is known is a local model. In very slow wave regimes, the local model is less accurate, so here a non-local conductivity model is developed to study surface plasmon polariton propagation in graphene-based waveguides. Through the graphene’s quantum capacitance, a per unit length circuit model is proposed 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 more compact than the metal counterpart. Finally, a parallel plate GPCA is designed via utilizing surface plasmons to miniaturize the GPCA’s structure and additionally, screening effects are investigated in the first picoseconds subsequent to excitation. The number of graphene layers and a single DC voltage source provide two degree of freedoms control strategy for the GPCA working frequency.
آنتن های‌فوتورسانا یکی از فرستنده های متداول در باند فرکانسی تراهرتز است که می توانندپالس های تراهرتز را در بازه وسیعی از فرکانس ها ارسال و آشکارسازی کنند و تحلیل وطراحی آن ها نیازمند مطالعه و مدل سازی الکترونیکی و الکترومغناطیسی این سیستم ها می باشد. گرافن یک صفحه دوبعدی ازاتم های کربن است که در آن اتم ها در آرایش شانه عسلی قرار گرفته اند. گرافنکاربردهای قابل توجهی را در فرکانس های تراهرتز به نمایش می گذارد که رابطهپاشندگی متفاوتی نسبت به مواد سه بعدی متداول دارد از این رو، این ماده دارای مدلهای الکترونیکی و الکترومغناطیسی متفاوتی می باشد. در این رساله، یک آنتن فوتورسانای گرافنی با شکافکوچک مورد مطالعه قرار می گیرد که مقدار دامنه منابع ورودی آن در سطح بالایی تنظیممی شود. در چنین شرایطی، پدیده های ناجایگزیده مانند پدیده فراجهش سرعت حامل هاینوری رخ می دهند و علاوه بر این، برخی رفتارهای غیرعادی در مشخصه ذاتی مربوط به مادهفوتورسانا مشاهده خواهد شد که همگی مدل سازی ترابرد بار را در این سیستم پیچیده‌تر میکنند. در نتیجه، مدل مرسوم رانش-نفوذ برای چنین سیستمی معتبر نخواهد بود و مدل هایکامل تری برای استخراج جریان فوتوالکتریکی لازم می شود. در اینجا، برای مدل سازیبخش الکترونیکی آنتن فوتورسانا از مدل ترابرد توازن انرژی با لحاظ برخی ضرایبتصحیح مناسب بهره گرفته می شود. همچنین، یک چیدمان الکتروایستا برای آلایشالکتریکی گرافن بررسی می شود تا به وسیله آن مشخصه جریان-ولتاژ چیدمان مربوطه بدستآید و سپس از این مشخصه برای محاسبه خازن کوانتومی گرافن استفاده می شود. علاوه براین، مشخصه ظرفیت-ولتاژ یک پشته متشکل از فلز/گرافن/عایق/نیمرسانا/فلز با در نظرگرفتن فرض های واقع بینانه ارزیابی می شود. از نقطه نظر الکترومغناطیسی، گرافن میتواند به صورت یک ماده دو بعدی با وسعت بی کران در نظر گرفته شود که از طریقرسانندگی الکتریکی آن مشخص می شود که به آن مدل جایگزیده گفته می شود. در رژیمامواج بسیار آرام، مدل جایگزیده دارای دقت کمتری است بنابراین، در اینجا از یک مدلناجایگزیده برای توصیف رسانندگی الکتریکی گرافن استفاده می شود تا انتشار پلاسمونپلاریتون سطحی در موجبرهای گرافنی مطالعه شود. به کمک خازن کوانتومی گرافن یک مدارمعادل در واحد طول ارائه می شود تا پدیده پاشندگی فضایی را تحلیل و بررسی کند. درمرحله بعد، یک کلید موجبری مبتنی بر گرافن با مشخصات پهن باند و کم تلفات، درفرکانس 30 تراهرتز آنالیز و طراحی می شود که اندازه آن بسیار کوچک تر از همتایفلزی خود می باشد. در نهایت، یک چیدمان صفحه موازی از نوارهای گرافنی برای آنتنفوتورسانا با استفاده از پلاسمون ها مورد بررسی قرار می گیرد تا ابعاد آن کوچک ترشود و همچنین، اثرهای سدکنندگی در این سیستم در چند پیکو ثانیه پس از تحریک محاسبهمی شوند. تعداد لایه های گرافنی و منبع ولتاژ DCبه عنوان دو درجه آزادی برای کنترل فرکانس کاری آنتن فوتورسانایگرافنی عمل خواهند کرد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی