• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • En enkelarks grafen p-n-korsning med två övre grindar

    Grafenskiktet har två grindar för att skapa lokala förändringar i laddningsbärare.

    Forskare i Kanada har designat och tillverkat en grafen-p-n-övergång med ett ark med två övre portar. Standardtekniken, med hjälp av en övre och en nedre grind, kan leda till skador på grafenskiktet. Detta undviks i den nya metoden, som också erbjuder linjära I-V-egenskaper vid låg gate-spänning. Den två-top-gate strukturen förväntas vara en praktisk väg till en rumstemperatur terahertzkälla.

    Gapless

    Grafen beter sig som en mellanledsfri halvledare, med noll gap mellan valens- och ledningsbandet. Som en konsekvens, det är lätt att ställa in mellan en halvledare av n-typ (elektroner är de huvudsakliga laddningsbärarna) eller p-typ (hål är de huvudsakliga laddningsbärarna). Att applicera en positiv grindspänning på grafenet kommer att flytta Fermi-nivån till ledningsbandet, skapa en halvledare av p-typ. En negativ grindspänning kommer att sänka Fermi-nivån till valensbandet, gör hålen till de dominerande bärarna.

    Denna egenskap betyder att ett enda ark grafen kan uppträda som en p-n-övergång, som visas i den nedre bilden. I detta fall, en positiv grindspänning kan appliceras på den första grinden, och ett negativt till det andra, skifta Fermi-nivåerna i dessa regioner och skapa korsningen.

    Icke-förstörande

    Tidigare försök att tillverka enplåtsövergångar har använt en toppgrind i samband med en bottengrind. Dessa tekniker använde substratet som bottenport, vilket skulle sänka Fermi-nivån för hela arket. En enda övre grind kan sedan användas för att höja Fermi-nivån lokalt. Dock, för att övervinna bottenportspotentialen, topgate-spänningen behövde höjas så högt att grafenet skadades eller att I-V-egenskaperna blev mycket icke-linjära. Eftersom den nya strukturen bara tillämpar en grind lokalt, endast mycket låga spänningar krävs, som bevarar materialet och dess linjära egenskaper.

    Tillämpning av positiv eller negativ grindspänning förskjuter Fermi-nivån över eller under valensbandet

    De låga spänningarna spelar också roll för enhetens lämplighet i THz-produktion. De flesta halvledare har ett bandgap som är mycket större än energin förknippad med THz-strålning. Grafenens nollgap-karaktär innebär att den kan arbeta vid dessa frekvenser, eftersom populationsinversion och elektron-hålsrekombination kan ställas in till vilken frekvens som helst, även THz-bandet med låg energi.

    Tempererad

    Funktionen av grafenenheter i THz-produktion förklarades av Jingping Liu, huvudförfattaren till forskningen. Tekniken, känd som injektion, använder elektron-hålsrekombination:"för n-typ grafen, extra elektroner induceras av elektrostatiska fält och ackumuleras i grafenskiktet, resulterar i befolkningsinversion, " sa Liu. Efter detta, hon förklarade att "med hjälp av den framåtriktade biasen, elektronerna med hög energinivå flyttas till grafen av p-typ, och kombinera med hålen i grafen av p-typ för att generera TH Z-fotoner."

    Även om teamet har visat att deras enhet kan, i princip, användas för TH Z-generationen, mycket mer forskning behövs för att få det till praktisk tillämpning. Gruppen arbetar nu med transportfenomen och temperatureffekter i grafen p-n-korsningar. "Genom forskningen om den dynamiska mekanismen för p-n-övergången med injektionsström, vi kommer att förstå den elektroniska transportmekanismen för p-n-korsningen, " sa Liu "och få rekombinationssannolikheten och livslängden för strålningsrekombination, fononspridning och Auger-rekombination, att tillhandahålla teoretiska bevis för modelldesignen av TH Z-laserkällan."

    Liu är övertygad om att dessa enkla enheter kommer att öppna upp ytterligare tillämpningar för THz-teknik genom att de fungerar i rumstemperatur:"THz kvantkaskadlasrar lovar koherenta THz-källor, men de kan inte användas i rumstemperatur, " Hon sa, "Men monoskiktet av grafen erbjuder unika och nya möjligheter och det skulle vara bra om, en dag, en TH Z-källa gjord av grafen kunde drivas vid rumstemperatur."

    Den här historien publiceras med tillstånd av Electronics Letters. För ytterligare Electronics Letters-nyheter och funktioner besök theiet.org/eletters.




    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com