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(dú)特優(yōu)勢(shì)，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(guò)改變柵極電壓來(lái)完成二維電子到空穴氣體的轉(zhuǎn)換，當(dāng)石墨烯載流子濃度適中（1010~1013 cm-2）時(shí)，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(shí)現(xiàn)與應(yīng)用。針對(duì)該問(wèn)題，本文提出將光柵和諧振腔相結(jié)合來(lái)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(kāi)展了基于石墨烯場(chǎng)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(shí)域有限差分（FDTD）等軟件仿真計(jì)算出了其等離子體波頻率，電場(chǎng)分布，透射譜和反射譜。通過(guò)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(chǎng)增強(qiáng)作用加強(qiáng)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(duì)入射光的絕對(duì)吸收率達(dá)到45％。
　　2.采用了兩種頂柵工藝成功制備石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管，頂柵與背柵可同時(shí)調(diào)控石墨烯溝道內(nèi)載流子的濃度和類型。通過(guò)對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管的電學(xué)性能測(cè)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(dá)到2200 cm2/Vs。
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