بررسی عددی قابلیت پاسخ‎ دهی در آشکارسازهای ناحیه مادون قرمز میانی با سمیت کم مبتنی بر نقاط کوانتومی ag2se-pbs

مقدمه:حسگر های نوری، بخش جدایی ناپذیر از تجهیزات مختلف در زمینه تشخیصی زیست پزشکی هستند. در این میان فناوری‎ های فوتونیکی به علت دارابودن مزایای فراوان، برای استفاده به عنوان حسگر در کاربردهای پزشکی و پایش سلامت انسان، محبوبیت فراوان کسب کرده‎ اند. دارابودن حساسیت بالا، امکان ادغام با ادوات الکترونیکی، فشردگی مناسب افزاره، عملکرد بدون فلز، هزینه ارزان و ایمنی الکترومغناطیسی که فناوری های فوتونیکی ارائه می‎کنند، لزوم مطالعه در زمینه حسگرهای نوری را توجیه می‎کنند. روش بررسی: در این مطالعه تاثیر درصد ترکیب نقاط کوانتومی pbs و ag2se، همچنین تغییرات اندازه قطر و چگالی آلایش فیلم نقاط کوانتومی ag2se در ناحیه فعال در دماهای مختلف برای بیشینه سازی قابلیت پاسخ دهی نوری مورد مطالعه قرار گرفته است. برای دستیابی به قابلیت پاسخ دهی نوری براساس ساختار نقاط کوانتومی ابتدا با حل خودسازگار معادلات شرودینگر و پواسون به روش تفاضل محدود، چگالی الکترون در هر تراز و پروفایل پتانسیل به دست آمده و قابلیت پاسخ دهی نوری آشکارساز محاسبه می‌گردد.یافته ها: نتایج به دست آمده نشان می‌دهد با افزایش درصد ترکیب نقاط کوانتومی pbs نسبت به نقاط کوانتومی ag2se  قابلیت پاسخ دهی افزاره کاهش می یابد. با افزایش چگالی آلایش فیلم ag2se در ابتدا ‎به دلیل افزایش حامل‌ها برای تحریک نوری، قابلیت پاسخ‎ دهی نوری افزایش یافته و پس از رسیدن به نقطه بیشینه با افزایش بازترکیب حامل‎ ها قابلیت پاسخ دهی نوری کاهش می‎یابد. قابلیت پاسخ دهی نوری با افزایش قطر نقاط کوانتومی ag2se به دلیل تاثیر محصور‎شدن کوانتومی، فرار حامل ها و اثرات تونل‎زنی افزایش یافته و بعد از رسیدن به نقطه بیشینه کاهشی می‎گردد.نتیجه‎ گیری: امروزه افزایش راندمان کوانتومی و قابلیت پاسخ‎دهی نوری برای حسگرهای نوری زیست‎پزشکی،چالش بزرگی برای مهندسان تجهیزات پزشکی است. به‎ طور‎کلی بیشینه‎سازی قابلیت پاسخ‎دهی نوری موجب بهبود عملکرد، دقت و ارتقا کارایی آشکارسازها شده و با مهندسی ساختار ادوات می‎توان به این امر دست یافت.

numerical investigation of the responsivity in low-toxicity mid-infrared detectors based on ag2se-pbs quantum dots

introduction: optical sensors are an integral part of various devices in the field of biomedical diagnostics. in the meantime, photonic technologies have gained great popularity for use as sensors in medical applications and human health monitoring due to their many advantages such as high sensitivity, the possibility of integration with electronic devices, suitable compactness of the device, metal-free operation, cheap cost, and electromagnetic safety that photonic technologies provide, justify the need to study in the field of optical sensors.analysis method:  in this study, the effect of the composition percentage of pbs and ag2se quantum dots, as well as the changes in the diameter and film doping density of ag2se quantum dots in the active region at different temperatures to maximize the responsivity has been studied. to achieve the responsivity of the photodetector based on the structure of quantum dots, first by solving the self-consistent schrödinger and poisson equations with the finite difference method, the electron density in each level and potential profile is obtained and the responsivity of the photodetector is calculated.results: the obtained results show that with the increasing percentage of pbs quantum dots compared to ag2se quantum dots, the responsivity of the device decreases. by increasing the film doping density of the ag2se quantum dots, initially due to the increase of carriers for optical excitation, the responsivity increases, and after reaching the maximum point, the responsivity decreases because of the increase of carrier recombination. the responsivity increases with the increase in the diameter of ag2se quantum dots due to the quantum confinement effects, carrier escape, and tunneling effects and decreases after reaching the maximum point.conclusion: nowadays, increasing the quantum efficiency and optical responsivity of such biomedical optical sensors is a great challenge for medical device engineers. in general, maximizing the responsivity improves the performance, accuracy, and efficiency of the photodetectors, and this can be achieved by engineering the structure of the devices.