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Tipo: Tese
Título: Fotodetector de ponto quântico semicondutor operando em frequência Terahertz
Autor(es): Oliveira, Ravenna Rodrigues
Orientador: Chaves, Andrey
Palavras-chave: Dispositivos Terahertz;Fotodetector;Ponto quântico;Poço quântico;Split-Operator
Data do documento: 2021
Citação: OLIVEIRA, R. R. Fotodetector de ponto quântico semicondutor operando em frequência Terahertz. 63 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021.
Resumo: Fotodetectores são dispositivos detectores de luz geralmente formados por materiais semicondutores. Eles são estudados desde o século XX, e costumam ser baseados em poços e pontos quânticos, por exemplo. As aplicações para fotodetectores variam desde comunicações em optoeletrônica, obtenção de imagens biomédicas, nas indústrias militares, obtenção de imagens no espectro infravermelho, proteção ambiental e na indústria manufatureira. Dentre os fotodetectores, aqueles que operam em frequências da ordem de poucos Terahertz são pouco explorados atualmente, devido a uma escassez de possíveis dispositivos que trabalhem nesse intervalo de frequências. Neste trabalho, propomos um dispositivo fotodetector de ponto quântico que opera em Terahertz. Para isso, a fotocorrente gerada devido a transições entre autoestados mediados por luz em um ponto quântico semicondutor planar anexado a canais é investigada teoricamente. Um elétron é confinado no ponto por um efeito puramente quântico, que é devido à alta energia do estado fundamental dos poços formados pelos canais, quando comparada à do ponto. A dinâmica de tal elétron confinado interagindo com um pulso de luz é investigada resolvendo-se a equação de Schrödinger dependente do tempo com a aproximação de massa efetiva. O método numérico usado neste estudo vai além da menor ordem de aproximação na teoria de perturbação. Nossos resultados mostram a coexistência entre contribuição linear e não linear para a fotocorrente gerada no sistema. Todos os picos de fotocorrente evidentes são observados com fótons no intervalo de frequências Terahertz, quando os elétrons excitados são posteriormente transmitidos do ponto quântico para canais laterais do sistema. Os picos podem se tornar mais evidentes com o aparecimento de constrições ao conectar o ponto aos canais. Detalhes da dependência da frequência, intensidade e nitidez do pico para os parâmetros do sistema são discutidos.
Abstract: Photodetectors are light detecting devices usually formed by semiconductors. They have been studied since the 20th century, and are normally based on quantum wells and dots, for example. Applications for photodetectors range from communications in optoelectronics, obtaining biomedical images, in military purposes, obtaining images in the infrared spectrum, to environmental protection and the manufacturing industry. Within the family of known photodetectors, those operating at frequencies in the order of a few Terahertz are significantly less explored nowadays, due to a lack of possible devices that work in that frequency range. In this work, we propose a photodetector device based on quantum dots that operates in Terahertz. In order to do so, the photo-generated current due to electronic transitions in a semiconductor planar quantum dot attached to outgoing leads is theoretically investigated. An electron is confined in the dot by a pure quantum mechanical effect, which is due to the higher ground state energy of the quantum wells forming the leads, as compared to the one in the dot. The dynamics of a such confined electron interacting with a light pulse is investigated by numerically solving time-dependent Schrödinger equation within the effective mass approximation, and goes beyond the lowest order perturbative approach. Our results shows the coexistence of both linear and non-linear contributions to the photo-generated current in this system, sharply peaked at frequencies in the terahertz range, which are further tunable by the quantum dot radius. The peaks can be made even sharper as one adds a narrow constriction in the dot-leads connection. Details of the dependence of the peaks' frequency, intensity and sharpness on the system parameters are discussed.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/60046
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