光柵-諧振腔耦合的石墨烯太赫茲等離子體波的研究.pdf

1、太赫茲波因具有微波、紅外以及 X射線等已經(jīng)被廣泛應(yīng)用波段內(nèi)的電磁波所不具備的特性而引起了人們廣泛的關(guān)注。與傳統(tǒng)二維電子氣相比，石墨烯具有不易受溫度影響，遷移率高，雙極性等獨特優(yōu)勢，其二維電子氣的集體縱向電荷密度的振蕩形成石墨烯等離子體波，可以通過改變柵極電壓來完成二維電子到空穴氣體的轉(zhuǎn)換，當石墨烯載流子濃度適中（1010~1013 cm-2）時，石墨烯內(nèi)部的等離子體波振蕩頻率是0.1~6 THz，處在太赫茲波段。但是石墨烯等離子體波與電

2、磁波之間相互作用弱，限制了功能器件的實現(xiàn)與應(yīng)用。針對該問題，本文提出將光柵和諧振腔相結(jié)合來共同調(diào)控石墨烯等離子體波，提高了石墨烯與電磁波的相互作用。本論文開展了基于石墨烯場效應(yīng)管和光柵-諧振腔的石墨烯等離子體波太赫茲器件的研究。獲得以下主要結(jié)果和結(jié)論：
　　1.光柵和諧振腔相耦合的石墨烯等離子體波器件模型。利用Matlab和時域有限差分（FDTD）等軟件仿真計算出了其等離子體波頻率，電場分布，透射譜和反射譜。通過改變柵壓在1 TH

3、z到4 THz內(nèi)調(diào)控石墨烯等離子體波的頻率；諧振腔內(nèi)光柵邊緣的近場增強作用加強了石墨烯等離子體波與太赫茲波的相互作用，使石墨烯等離子體波對入射光的絕對吸收率達到45％。
　　2.采用了兩種頂柵工藝成功制備石墨烯場效應(yīng)晶體管，頂柵與背柵可同時調(diào)控石墨烯溝道內(nèi)載流子的濃度和類型。通過對場效應(yīng)管的電學(xué)性能測試，提取了載流子遷移率、載流子濃度、接觸電阻等基本參數(shù)。結(jié)果顯示頂柵下的石墨烯的遷移率可以達到2200 cm2/Vs。
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