Nanoscale wireless optical communication receivers with graphene and carbon nanotube

Grafen ve karbon nanotüp, önemli elektronik, optik, mekanik ve termal özellikleri ve fiziksel, kimyasal, biyolojik ve teknolojik bilimlerde artan uygulama alanları ile nanoteknolojinin iki popüler yapı taşıdır. İki boyutlu incecik atomik tabaka karbon levha olan grafen ve onun nanometre ölçekli çaplı nanotüpler biçiminde yuvarlanmış hali olarak karbon nanotüp, önemli elektronik ve optoelektronik özellikleri ile etkili transistör yapıları içinde kullanılmıştır. Tekli ya da çoklu-katman grafen levhalara sahip metal-grafen-metal (MGM) fotodetektörler, uzak kızılötesinden görünür spektruma kadar geniş emme aralığı, hızlı taşıyıcı hızı ve düzlemsel geometri nedeniyle gelişmiş üretim teknikleri sayesinde gelecek nano ölçekli optik haberleşme mimarileri için umut vericidir. Benzer şekilde, karbon nanotüp alan etkili transistörler (KNTAET'ler) geniş spektral bölgesi, ayarlanabilir bant aralığı ve hızlı taşıyıcı hızı nedeniyle önemli fotodetektör performansları göstermektedirler. Her ikisinin de nano ölçekli boyutları ve verimli optoelektronik özellikleri, yeni nesil optik kablosuz iletişim (OKİ) ağ mimarilerinde kullanılma olasılığını açar. Bu tez çalışmasında, tek katman grafen (TKG) ve tek duvarlı nanotüpler (TDNT'ler) temelli nano ölçekli optik kablosuz alıcıların iletişim teorik modelleme ve analizi inşa edilmiştir. Fotodetektörlerin, rezistif ve kapasitif elemanlar ve taşıyıcı hızı nedeniyle olan performans sınırlamaları analiz edilir. Temel iletişim teorik performans ölçütleri, yani sinyal-gürültü oranı (SGO), bit-hata oranı (BHO) ve veri hızı, teorik olarak modellenmiş ve sayısal olarak simüle edilmiştir. TKG ve TDNT için, özgün THz veri iletişim yeteneğinin keşfedilmesiyle birlikte, sırasıyla, yüzlerce Gb/s ve onlarca Mb/s veri hızlarının pratik güç seviyeleri ile sağlanabileceği gösterilmiştir. Fotodetektörlerin termal ve ani atışlı gürültü sınırlı rejimleri değişen iletim güç seviyelerine göre incelenmiştir. Ayrıca, çoklu alıcı grafen detektörler için verimliliği artıran çeşitlilik birleştirme yöntemleri tanıtılmıştır. Dahası, nanotüp ağlar için bilgi yayın ağı, iletim gücü optimizasyonu çerçevesinde tanıtıldı. Grafen ve karbon nanotüp optik alıcıların iletişim teorik modelleme ve performans analizi, yeni nesil nano ölçekli kablosuz optik haberleşme mimarisinin temellerini oluşturmaktadır.