石墨烯自混频太赫兹探测的调控机制研究

In contrast to the conventional semiconductor heterojunction, the two-dimensional carriers in Graphene has novel electronic properties, including linear dispersion relation, nonlinear and ambipolar characteristic of charge transport, high mobility and high density at room temperature. The high density 2DEG interact with Terahertz (THz) lead to excitation of plasma wave, which could applied to detection or emission THz wave. We will theoretically study on the THz detector based on Graphene field effect transistor (GFET). The study mainly focus on carrier transport properties under external electrical field applied, and develope analytical model to describe the direct current characteristic of GFET. Then, we will design new type graphene THz detector based on self-mixing model, and investgate the control effection on the performance of the detector under gate and source-drain bias applied. The results could provide valuable guidance for designing and optimization the THz detector.

石墨烯具有与常规半导体异质结二维电子气不同的奇特电学特性，主要表现为线性色散关系、非线性输运特性和双极型电荷输运特性，并且在室温下具有高迁移率和高电子浓度。同时，石墨烯中高浓度二维电子气与太赫兹波的作用可产生等离子体波激发，可用于太赫兹波的灵敏检测或发射。因此，研究石墨烯中非线性电荷输运和等离子体波的太赫兹响应对发展高效室温太赫兹器件具有重要的探索价值。目前，对基于石墨烯场效应结构的太赫兹探测及其外场调控还缺乏系统深入的理论研究。本课题将主要研究石墨烯载流子在外场作用下的含时输运特性、建立描述石墨烯场效应自混频太赫兹探测的含时动态理论模型。在此基础上，研究外场对石墨烯自混频太赫兹探测的调控机制及其对探测器性能的影响，为设计高灵敏度的石墨烯太赫兹探测器提供理论指导。

石墨烯具有线性色散关系、非线性输运和双极型电荷输运特性，其高浓度二维电子气与太赫兹波的作用可产生等离子体波激发，可用于太赫兹波的灵敏检测或发射。研究石墨烯中非线性电荷输运和等离子体波的太赫兹响应对发展高效室温太赫兹器件具有重要的探索价值。本项目主要以石墨烯等材料及其微纳结构为研究对象，研究外场作用下的载流子输运、太赫兹光电特性以及等离激元性质。研究获得了以下成果：（1）利用玻尔兹曼平衡方程方法计算研究了石墨烯载流子在外加电场下的非线性输运特性；（2）结合微观输运特性并考虑石墨烯的量子电容，建立了石墨烯场效应晶体管直流模型；（3）建立石墨烯自混频太赫兹探测模型，研究外加电场对其太赫兹探测性能的调控，发现石墨烯的双极型特性使其在室温下具有非常优异的太赫兹探测性能；（4）研究金纳米核壳结构的表面等离激元性质，发现局域表面等离子体共振和带间电子跃可以相互耦合形成新的共振吸收峰；（5）研究了强太赫兹激光和磁场对法拉第位形中半导体浅杂质光学性质的影响。