Et enkelt-arks grafen p-n kryds med to topporte

Forskere i Canada har designet og fremstillet et enkelt-ark grafen p-n kryds med to topporte. Standard teknikken, ved hjælp af en top- og en bundlåge, kan føre til beskadigelse af grafenlaget. Dette undgås i den nye metode, som også tilbyder lineære I-V-karakteristika ved lav gate-spænding. Den to-top-gate struktur forventes at være en praktisk vej til en rumtemperatur terahertz kilde.

Gapless

Grafen opfører sig som en åbningsfri halvleder, med nul mellemrum mellem valens og ledningsbånd. Som en konsekvens, det er let at tune mellem en n-type (elektroner er de vigtigste ladningsbærere) eller p-type (huller er de vigtigste ladningsbærere) halvleder. Påføring af en positiv gate-spænding til grafen vil flytte Fermi-niveauet ind i ledningsbåndet, skabe en p-type halvleder. En negativ gate-spænding vil sænke Fermi-niveauet til valensbåndet, gør huller til de dominerende bærere.

Denne egenskab betyder, at et enkelt ark grafen kan opføre sig som et p-n-kryds, som vist på den nederste figur. I dette tilfælde, en positiv gate-spænding kan påføres den første gate, og negativ til den anden, at flytte Fermi-niveauerne i disse regioner og skabe krydset.

Ikke-destruktiv

Tidligere forsøg på at fremstille enkeltpladeforbindelser har brugt en topport i forbindelse med en bundport. Disse teknikker brugte substratet som bundport, hvilket ville sænke Fermi-niveauet for hele arket. En enkelt topport kunne så bruges til at hæve Fermi-niveauet lokalt. Imidlertid, at overvinde bundportens potentiale, topgate-spændingen skulle hæves så højt, at grafenen blev beskadiget, eller I-V-karakteristikaene blev meget ikke-lineære. Da den nye struktur kun gælder én port lokalt, kun meget lave spændinger kræves, som bevarer materialet og dets lineære egenskaber.

De lave spændinger spiller også en rolle for enhedens egnethed i THz-produktion. De fleste halvledere har et båndgab, der er langt større end energien forbundet med THz-stråling. Grafenets nul-gab natur betyder, at det kan fungere ved disse frekvenser, da populationsinversion og elektron-hul-rekombination kan indstilles til enhver frekvens, selv lavenergi THz-båndet.

Tempereret

Driften af ​​grafenenheder i THz-produktion blev forklaret af Jingping Liu, forskningens hovedforfatter. Teknikken, kendt som injektion, bruger elektron-hul-rekombination:"for n-type grafen, ekstra elektroner induceres af elektrostatisk felt og akkumuleres i grafenlaget, resulterer i befolkningsinversion, " sagde Liu. Efter dette, hun forklarede, at "med hjælp fra den fremadrettede bias, elektronerne med højt energiniveau flytter til p-type grafen, og rekombiner med hullerne i p-type grafen for at generere TH Z fotoner."

Mens holdet har vist, at deres enhed kan, i princippet, bruges til TH Z generation, meget mere forskning er nødvendig for at bringe det til praktisk anvendelse. Gruppen arbejder nu på transportfænomener og temperatureffekter i grafen-p-n-kryds. "Gennem forskningen i den dynamiske mekanisme af pn-forbindelsen med injektionsstrøm, vi vil forstå den elektroniske transportmekanisme af p-n krydset, " sagde Liu "og få rekombinationssandsynligheden og levetiden for strålingsrekombination, fononspredning og Auger-rekombination, at give teoribeviset for modeldesignet af TH Z laserkilden."

Liu er overbevist om, at disse simple enheder vil åbne op for yderligere applikationer til THz-teknologi ved deres drift ved stuetemperatur:"THz kvantekaskadelasere lover sammenhængende THz-kilder, men de kan ikke betjenes ved stuetemperatur, " hun sagde, "Men monolaget af grafen tilbyder unikke og nye muligheder, og det ville være fantastisk, hvis en dag, en TH Z-kilde lavet af grafen kunne betjenes ved stuetemperatur."

Denne historie er udgivet med tilladelse fra Electronics Letters. Besøg theiet.org/eletters for yderligere nyheder og funktioner fra Electronics Letters.