طراحی یک فوتوکاتد ارتقاء‌یافته ترکیبی بر پایه نانوتوری‌های پلاسمونیکی

مهم ترین و تاثیرگذارترین بخش هر آشکارساز نوری، قطعه حسگر آن است. در روند توسعه فوتوکاتدها از مواد و ساختار متنوعی استفاده شده و در سال‌های اخیر ساختار‌های ترکیبی مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش به‌منظور ارتقای بازدهی پاسخ اپتیکی فوتوکاتد از پدیده پلاسمونیک استفاده شده و بر اساس روش تفاضل محدود حوزه زمان (fdtd) فوتوکاتد جدیدی طراحی و شبیه سازی شده است. با تعبیه طرحی از نانوتوری تناوبی بر روی سطح، ساختاری ارائه شده است که با ایجاد امکان تزویج نور فرودی به یک موج چگالی الکترونی در سطح، تشدید پلاسمونی در محدوده طول موج مورد نظر  به وجود آمده و شدت میدان افزایش بسیار زیادی پیدا می کند. به این طریق فلزنیم‌هادی تبدیل به یک جاذب عالی می شود. برای این منظور ابتدا فوتوکاتدهای با ساختار مسطح و غیرمسطح (نانوتوری) متشکل ازgaas  و au به‌طور مجزا شبیه‌سازی شدند. سپس ساختار نانوتوری پلاسمونیک متشکل از مواد ترکیبی augaas شبیه‌سازی و با ساختار نانوتوری پلاسمونیک طلا مقایسه شد، به‌طوری که میزان جذب ساختار 16.1 درصد افرایش یافت. ساختار نانوتوری پلاسمونیک متشکل از مواد augaas در بازه طیف مرئی به‌دلیل جذب بیشتر، عملکرد بهتری در افرایش بازده فوتوکاتد خواهد داشت. ساختار ارائه‌شده برای فوتوکاتد، دارای مزیت فیلتراسیون نور فرودی با دقت و کیفیت بسیار خوبی است. قابلیت مهم دیگر ایجاد چندین فرکانس تشدید هم‌زمان با ایجاد هندسه تکراری است.

Design of a Hybrid Enhanced Photocathode Based on Plasmonic NanoGrating

The most important and effective part of any light detector is the photocathode. In this research, in order to improve the efficiency of the photocathode optical response, the plasmonic phenomenon is used and a new photocathode is designed and simulated based on the finite difference time domain (FDTD) method. By designing a periodic nanograting on the surface, a structure is presented that makes it possible to couple the incoming light to an electron density wave on the surface. Plasmonic resonance is created in the desired wavelength range and the field strength is greatly increased. In this way, the metalsemiconductor becomes an excellent absorber. For this purpose, photocathodes with planar and nonplanar (nano grating) structures consisting of GaAs and Au are simulated separately. Then, the plasmonic nano grating structure consisting of AuGaAs composite materials is simulated and compared with the plasmonic nano grating structure of gold, so that the absorption rate of the structure is increased by 16.1%. The plasmonic nano grating structure consisting of AuGaAs in the visible spectrum shows better performance in increasing the photocathode efficiency due to higher absorption. The structure provided for the photocathode has the advantage of filtering the incoming light with excellent accuracy and quality. Another important feature is the creation of multiple resonant frequencies simultaneously with the formation of repetitive geometry.