شماره ركورد
34835
پديد آورنده
كاميار رزقي ايلخچي
عنوان
طراحي ساختار پلاسمونيكي برپايه موجبر فلز - عايق - فلز برايكاربرد درصنعت و پزشكي
مقطع تحصيلي
ارشد
رشته تحصيلي
افزاره هاي نانو ميكرو الكترونيك
سال تحصيل
1404-1405
تاريخ دفاع
1405/2/7
استاد راهنما
دكتر محمد عظيم كرمي
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
مهندسي برق
چكيده
در اين پاياننامه، دو دسته ساختار جديد براي حسگرهاي ضريبشكست پلاسمونيك مبتني بر موجبر فلز - عايق - فلز (MIM) با هندسه مشتقشده از هشتضلعي منتظم طراحي، شبيهسازي و بهينهسازي شده است. طرح اول شامل يك تشديدگر هشتضلعي همراه با جزيره داخلي قابل چرخش و طرح دوم شامل چهارده ساختار نواري مشتقشده از هشتضلعي منتظم است كه تاكنون در تحقيقات مشابه گزارش نشده است.
پس از بررسي مزيت موجبرهاي MIM در محصورسازي نور در ابعاد نانومتري، مباني نظري شامل معادلات ماكسول، مدلهاي ثابت ديالكتريك فلزات و رابطه پاشندگي تحليل گرديد. لازم به ذكر است در اين پاياننامه شبيهسازي با روش اجزاي محدود (FEM) در نرم افزار COMSOL Multiphysics نسخه 6.2 انجام شده است.
نتايج اين پژوهش نشان داد كه ساختار بهينه در طرح هشتضلعي همراه با جزيره به حساسيت 4257 نانومتر بر واحد ضريبشكست دست يافت. در طرح شكلهاي مشتق شده از نوارهاي هشتضلعي، حساسيت 8150 نانومتر بر واحد ضريبشكست حاصل شد كه مقدار قابل توجهي در ميان كارهاي مشابه محسوب ميشود. همچنين FOM برابر 115.13 بر واحد ضريبشكست و QF برابر 154.85 به دست آمد كه نشاندهنده قدرت تفكيك بالاي حسگر و پهناي بسيار باريك قلههاي تشديد است. بعلاوه ايجاد 12 مد تشديد در يكي از ساختارها، امكان حسگري همزمان چند آناليت را فراهم ميكند.
كاربردهاي عملي حسگر بهينه در تشخيص باكتريها با قدرت تفكيك 2.349×4⁻10 واحد ضريبشكست ارزيابي شد كه حدود يك مرتبه بزرگي بهتر از روشهاي مرسوم است. در حسگري گاز، حساسيت 16.78 نانومتر بر درصد براي متان (1.8 برابر بهتر از بهترين كار قبلي) و 4.78 نانومتر بر درصد براي هيدروژن (2.9 برابر بهتر از بهترين كار قبلي) حاصل گرديد. بررسي اثر خطاهاي ساخت نشان داد كه ساختار بهينه در برابر گردشدگي گوشهها ناشي از محدوديتهاي فرايند ساخت، پايداري مناسبي دارد.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/28
عنوان به انگليسي
Design of Plasmonic Structures Based on Metal-Insulator-Metal Waveguides for Industrial and Medical Applications
تاريخ بهره برداري
4/27/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
كاميار رزقي ايلخچي
چكيده به لاتين
In this research, two novel structures for plasmonic refractive index sensors based on metal-insulator-metal (MIM) waveguides with regular octagon-derived geometries have been designed, simulated, and optimized. The first design family comprises an octagonal resonator with a rotatable inner island, while the second design includes fourteen strip structures derived from the regular octagon, which have not been reported in similar research to date.
Following an introduction to plasmonics and an examination of the advantages of MIM waveguides for light confinement at nanometer scales, the theoretical foundations including Maxwellʹs equations, dielectric constant models for metals, and dispersion relation are analyzed. Simulations are performed using the finite element method (FEM) in COMSOL Multiphysics software.
The research results demonstrated that the optimized structure in the first design type achieved a sensitivity of 4257 nm/RIU. In the second design type , an exceptional sensitivity of 8150 nm/RIU is attained, representing the highest reported value among comparable studies. Additionally, a figure of merit (FOM) of 115.13 RIU⁻¹ and a quality factor (QF) of 154.85 are obtained, indicating high sensor resolution and extremely narrow resonance peak widths. The achievement of 12 resonance modes in one of the structures enables simultaneous multi-analyte sensing.
Practical applications of the optimized sensor in bacteria detection are evaluated with a sensing resolution of 2.349×10⁻⁴ RIU, approximately one order of magnitude better than conventional methods. For gas sensing, sensitivities of 16.78 nm/% for methane (1.8 times better than the best previous work) and 4.78 nm/% for hydrogen (2.9 times better than the best previous work) are achieved. Investigation of fabrication errors demonstrated that the optimized structure exhibits appropriate stability against corner rounding resulting from manufacturing process limitations.
كليدواژه هاي فارسي
پلاسمونيك , پلاريتونهاي پلاسمون سطحي , موجبر فلز - عايق – فلز , حسگر ضريبشكست , حسگر باكتري , حسگر گاز متان , حسگر گاز هيدروژن
كليدواژه هاي لاتين
Plasmonics , Surface Plasmon Polaritons , Metal-Insulator-Metal Waveguide , Refractive Index Sensor , Bacteria Sensor , Methane Gas Sensor , Hydrogen Gas Sensor
Author
Kamiyar Rezghy Ilkhchy
SuperVisor
Mohammad Azim Karami