Двухзатворные графеновые терагерцовые фотодетекторы: внутреннее сопротивление снижено на порядок
В эксперименте настройка концентрации носителей в областях канала без затвора снизила внутреннее сопротивление графеновых детекторов и улучшила их отклик.
Исследователи сообщили в Frontiers of Optoelectronics об экспериментальной работе с высокоподвижными двухзатворными графеновыми полевыми транзисторами как терагерцовыми фотодетекторами. Настраивая концентрацию носителей в областях канала, не перекрытых локальным верхним затвором, авторы снизили внутреннее сопротивление устройства на порядок springer.com
Frontiers of Optoelectronicsspringer.comОткрыть источник ↗. Это улучшило отклик и эквивалентную мощность шума детектора.
Почему важно сопротивление доступа
Графеновые полевые транзисторы демонстрируют быстрый отклик и высокую чувствительность в терагерцовом диапазоне, что нужно для беспроводной связи 6G, квантовой информации, биовизуализации и систем безопасности. По словам авторов, общие характеристики таких детекторов могут сильно ухудшаться из-за внутренних, или паразитных, сопротивлений доступа. Выпрямленный сигнал под верхним затвором искажается немодулируемыми участками канала между затвором и контактами, а их вклад был количественно изучен недостаточно.
Детектирование в таких приборах основано на плазменных волнах, возбуждаемых в электронном газе графенового канала. Нелинейный транспорт в канале выпрямляет колебательное поле в постоянное напряжение или фототок. Это механизм Дьяконова—Шура, его называют также резистивным самосмешиванием.
Конструкция и измерения
Команда использовала монослойный графен, заключённый между пластинками гексагонального нитрида бора, собранными методом сухого переноса с помощью полимера на подложке из диоксида кремния и легированного кремния. Кремний служил общим задним затвором. Встроенная на чип антенна типа «бабочка» концентрировала излучение между истоком и локальным верхним затвором. С обеих сторон, у контактов истока и стока, оставались короткие участки канала вне управления верхним затвором.
Полное сопротивление поэтому складывалось из активной части под двухзатворным сегментом и сопротивления доступа: сопротивлений контактов металл—графен и сопротивления графена без верхнего затвора. Изменение напряжения на заднем затворе меняло концентрацию носителей, а значит и сопротивление этих областей, не меняя поле верхнего затвора springer.com
Frontiers of Optoelectronicsspringer.comОткрыть источник ↗.
В измерениях с непрерывным терагерцовым излучением фототок менял знак с напряжением верхнего затвора и проходил через нуль в точке зарядовой нейтральности. Авторы связывают этот антисимметричный профиль с амбиполярным транспортом в графене и механизмом Дьяконова—Шура. По их данным, прибор работал в передемпфированном нерезонансном широкополосном режиме.
Экспериментальные данные хорошо согласуются с моделью последовательных сопротивлений, сообщили авторы. Они заключают, что результаты помогают понять и улучшить существующие высокоподвижные графеновые фотодетекторы.
