Wyniki 1-6 spośród 6 dla zapytania: authorDesc:"MARIUSZ MĄCZKA"

Kwantowe przyrządy półprzewodnikowe na bazie Struktury odwrotnej - symulacje i modelowanie w trzech wymiarach geometrycznych

Czytaj za darmo! »

Kwantowe przyrządy półprzewodnikowe to grupa przyrządów, których rozmiary nie przekraczają rzędu setek nanometrów. Ich cechą charakterystyczną jest fakt powstawania wewnątrz struktury półprzewodnikowej obszarów dwuwymiarowego gazu elektronowego (ang. Two Dimensional Electron Gas - 2DEG). Gaz elektronowy wytwarzany jest na granicy heterozłącza w sposób technologiczny (struktury modulacyjnie d[...]

Konstruowanie stanów kwantowych w strukturze lasera kaskadowego z wykorzystaniem skończonego i nieskończonego modelu supersieci półprzewodnikowych

Czytaj za darmo! »

W pracy porównano dwie metody symulacji stanów kwantowych lasera kaskadowego. Pierwsza z nich polega na zastosowaniu znanego z literatury nieskończonego modelu supersieci półprzewodnikowych, w którym konstruuje się stany kwantowe na bazie funkcji Wanniera. Druga korzysta ze skończonego modelu supersieci półprzewodnikowej i polega na klasycznym rozwiązywaniu równania Schrödingera w układzie wielu studni i barier kwantowych i konstruowaniu stanów kwantowych w strukturze lasera przy wykorzystaniu otrzymanych funkcji falowych. Abstract. The study compares two methods for calculating of quantum states in quantum cascade laser. The first of these is known in the literature as infinite model and it uses Wannier functions while the other is based on the classical solve of the Schrӧdinger equation in the system of multiple quantum wells and barriers. (Construction of quantum states in the structure of quantum cascade laser by using the finite and the infinite model of semiconductor superlattices). Słowa kluczowe: Kwantowy Laser Kaskadowy, Funkcje Wanniera, Funkcje Blocha, równanie Schrödingera. Keywords: Quantum Cascade Laser, Wannier functions, Bloch functions, Schrödingera equation. Wstęp Kwantowe lasery kaskadowe znane w literaturze anglojęzycznej jako Quantum Cascade Laser (QCL) [1],[2], to bardzo perspektywiczne nanoprzyrządy półprzewodnikowe, które ze względu na zakres emitowanych fal (od średniej do dalekiej podczerwieni) doskonale nadają się do wykrywania niebezpiecznych związków chemicznych w kopalniach czy też w zastosowaniach medycznych, do detekcji markerów chorobowych, w powietrzu wydychanym przez pacjenta. Pierwszy tego typu laser w Polsce uruchomiono w 2009 roku w laboratorium I.T.E. w Warszawie [3], gdzie prowadzone są dalsze badania nad jego udoskonaleniem [4],[5]. Częścią tego projektu jest symulator QCL [6],[7], który wspomaga prace projektowe wyżej wymienionego lasera. Metoda obliczeniowa, którą zastosowano do jego[...]

Wannier function applied to quantum cascade lasers modelling

Czytaj za darmo! »

The presented paper deals with one of processes of modeling Quantum Cascade Lasers from the moment the permitted energy bands are determined to specifying Hamiltonian for the device. In the modeling process Wannier quantum states based on Bloch functions are applied. An approach to calculate Wannier functions and numerical results illustrating their fundamental properties, as well as their application to determine Hamiltonian for the laser structure are presented. Streszczenie. Prezentowana praca opisuje jeden ze sposobów modelowania Kwantowych Laserów Kaskadowych od momentu wyznaczania energetycznych pasm dozwolonych do określenia Hamiltonianu przyrządu. W procesie modelowania wykorzystywane są kwantowe stany Wanniera skonstruowane na bazie funkcji Blocha. W ramach artykułu zaprezentowano sposób obliczania funkcji Wanniera oraz wyniki numeryczne ilustrujące ich podstawowe właściwości i zastosowanie podczas określania Hamiltonianu struktury lasera.(Zastosowanie funkcji Wanniera w procesie modelowania kwantowych laserów kaskadowych) Keywords: Quantum Cascade Laser, Wannier functions, Bloch functions. Słowa kluczowe: Kwantowe Lasery Kaskadowe. Funkcje Wanniera, Funkcje Blocha. Introduction Semiconductor devices that emit a coherent light beam within the regions from medium to far infrared are called Quantum Cascade Lasers. Though scientifically recognized for a mere dozen of years [1][2], they have been widely applied in medicine and mining. From researchers’ perspective cascade lasers are low dimension devices, where quantum phenomena play the major role. Therefore, it takes a complex and expensive process to fabricate them, where fine correlation between the material parameters and the expected performance effects is required. Simulations provide a powerful tool to achieve it by properly designing structural design and laser parameters, which contributes to lowering engineering costs. One of the modeling aspects in such lase[...]

Modelowanie wybranych właściwości lasera kaskadowego w oparciu o formalizm NEGF w reprezentacji energetycznej DOI:10.15199/ELE-2014-187


  W tym roku mija dwadzieścia lat od momentu, kiedy grupa naukowców pod kierownictwem J. Faista i F. Capasso zaprezentowała w laboratoriach Bella pierwszy działający laser kaskadowy [1]. Na przestrzeni tego okresu powstało wiele nowych rozwiązań konstrukcyjnych tego przyrządu [2-4], wśród których ważne miejsce zajmuje laser [5] wykonany w 2009 roku przez polskich naukowców z ITE w Warszawie. Zbudowany na podłożu GaAs emituje on światło o długości fali ~9 [mikro]m i mocy ok. 1 W. Prace nad udoskonalaniem uzyskanego prototypu trwają w dalszym ciągu, czego efektem są opisane w pracach [6, 7] nowe rozwiązania o ulepszonych parametrach. Aby jednak był możliwy dalszy postęp w tej dziedzinie, potrzebne jest współdziałanie różnych ośrodków naukowych, z których część zajmuje się symulacjami laserów kaskadowych. W wyniku takiej współpracy powstała pierwsza wersja programu [8, 9], który umożliwia symulacje zjawisk kwantowych zachodzących w strukturze lasera kaskadowego. Metoda numeryczna będąca podstawą działania tego programu wykorzystuje formalizm nierównowagowych funkcji Greena. Okazuje się jednak, że w przypadku złożonych struktur staje się bardzo wymagająca pod kątem rozmiaru pamięci komputera oraz czasu trwania symulacji. Dlatego rozpoczęto prace nad nowym modułem programowym, w którym dokonuje się transformacji stanów energetycznych, występujących w przestrzennej strukturze lasera, na stany reprezentowane wyłącznie dziedzinie energii. Poprzez takie działanie uzyskujemy małe rozmiary macierzy hamiltonianu przyrządu a przez to, wydatnie zwiększamy szybkość symulacji. W zależności od stosowanego podejścia można w tym celu użyć albo funkcji Wanniera (przypadek dla nieskończonego modelu struktury lasera oznaczonego w pracy jako MN) albo odpowiednio całkowanych w dziedzinie energii funkcji falowych, otrzymanych w wyniku klasycznego podejścia do rozwiązywania równania Schrödingera w układzie wielu studni kwantowych (przypadek dla skończo[...]

Analityczno-numeryczna metoda badania właściwości stanów kwantowych w supersieciach półprzewodnikowych DOI:10.15199/48.2017.12.35

Czytaj za darmo! »

Supersieci półprzewodnikowe to struktury modułowe, w których ułożone naprzemiennie nanometrowe warstwy dwóch różnych półprzewodników lub ich stopów, wytwarzają periodyczny potencjał elektrostatyczny o okresie d znacznie przekraczającym okres zmian potencjału pola pochodzącego od atomów sieci krystalicznej (rys.1.). Nośniki ładunku elektrycznego poruszające się w takim środowisku ulegają efektom kwantowym, które mogą być wykorzystane do konstruowania wielu nowatorskich przyrządów elektronicznych, jak np. kwantowy laser kaskadowy [1], [2]. Pomimo prostej geometrii supersieci (w praktyce wystarczy zwykle rozpatrywać modele jednowymiarowe), modelowanie działania takich przyrządów okazuje się bardzo trudne, ponieważ wymaga uwzględnienia wielu rodzajów oddziaływań nośników prądu (z potencjałem supersieci, przyłożonym polem elektrycznym, innymi nośnikami, domieszkami, fotonami i fononami) [3]. Obliczenia wymagają więc uwzględnienia wielu rodzajów pól sprzężonych (elektrycznego, rozkładu ładunku, kwantowej funkcji falowej, temperatury), mają charakter iteracyjny (samouzgadnianie pól) i przy korzystaniu z metod stricte numerycznych (jak np. różnic skończonych), są zwykle bardzo czasochłonne [4]. W prezentowanej pracy zaproponowano pewne procedury o częściowo analitycznym charakterze, które mogą w znacznym stopniu przyśpieszyć tego typu symulacje. Opierają się one głównie na aproksymowaniu funkcji rozkładu ładunków i potencjału elektrostatycznego w każdej z warstw supersieci za pomocą wielomianów oraz wykorzystaniu idei metody macierzy przejścia, dzięki czemu unika się dyskretyzacji modelu supersieci. Sformułowanie zagadnienia Geometrię analizowanego zagadnienia wraz z przyjętym układem współrzędnych ilustruje Rys. 1. Rozważany jest stacjonarny, jednowymiarowy model supersieci, tzn. przyjmuje się, że wszystkie analizowane pola fizyczne są funkcjami jednej zmiennej z. Podyktowane jest to faktem, że w rzeczywistych strukturach teg[...]

Comparative analysis of selected models of semiconductor superlattices

Czytaj za darmo! »

Electrical properties of semiconductor lasers may be described with the help of the numerical calculations performed for the superlattices with the infinite and finite dimensions. In the paper two models of superlattices are compared. In the first approach the finite length of the structure is considered and the Schrödinger equation for the nonpolarized and polarized structures is solved. In the second approach delocalized Bloch functions over the whole structure of the superlattice are considered. Streszczenie. W pracy przedstawiono wybrane właściwości elektryczne laserów półprzewodnikowych, modelowanych za pomocą skończonych i nieskończonych półprzewodnikowych supersieci. Zamieszczono rozwiązania równań Schrödingera dla spolaryzowanej i niespolaryzowanej struktury supersieci. (Wybrane właściwości elektryczne laserów półprzewodnikowych, modelowanych za pomocą skończonych i nieskończonych półprzewodnikowych supersieci) Keywords: Schrödinger equation, Bloch functions, Wannier function, Wannier-Stark function. Słowa kluczowe: równania Schrödingera, funkcje Blocha, funkcje Wannier’a, funkcje Wannier’a-Starka Introduction The methods for the superlattice simulations can be divided into two groups. The first one assumes finite dimensions of the model [1] and bases on the conventional solution of Schrödinger equation. The second one assumes infinite dimensions of the model and takes the advantage of the Bloch function periodicity [2]. In this work we present two simple models of the superlattice. One of them called Finite Model (FM) assumes finite dimensions of the structure. In the second one (called Infinite Model - IM) infinite dimensions of the structure are taken into account. In the result section we compare selected properties of both methods. Model FM We consider the superlattice as it is presented in Fig.1. The [...]

 Strona 1