エピタキシャルグラフェンを用いた高出力テラヘルツLEDの実現

利用外延石墨烯实现高输出太赫兹LED

基本信息

批准号：
21H01394
负责人：
永瀬雅夫
金额：
$ 11.4万
依托单位：
The University of Tokushima
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

グラフェン積層接合に於いて電圧印加により高抵抗相から低抵抗相へ変化するスイッチングデバイスの創出に成功した。低電圧領域の高抵抗相の抵抗は、接合の状態により12桁以上変えることが出来ることが判った。1GΩ以上の高抵抗状態では、Fowler-Nordheim(FN)トンネル現象が観察され、グラフェン接合間距離は最大で6nm程度離れていることが判った。接合部にかかる5GV/mを越える強電界により、グラフェン間距離が減少しグラフェン同士が強く接触することにより低抵抗相へ遷移するメカニズムが推定される。低抵抗相においてS字（電流の増加に従って接合電圧が低下する）タイプの負性微分抵抗現象が観測された。低抵抗状態での電気特性はどのデバイスでもほぼ一致することから、接合状態でのグラフェン積層の電子状態を反映していることが推測される。今後、低抵抗状態での負性微分抵抗発現の原理解明が課題となるが、電子デバイスとして考えた場合、双方向サイリスタ的なスイッチングデバイスのみならず発信器等への応用展開可能性がある。電流注入によるグラフェンからの遠赤外線放射に関しては、放射スペクトル形状の詳細な解析から、放射の黒体輻射相当温度が243Kであること、及び、0.41Wの電力投入時における黒体輻射相当の温度上昇は14Kであることが判った。これらの事実は、SiC上グラフェンからの黒体輻射状の遠赤外線放射はジュール熱では無くグラフェンプラズモンーSiC表面フォノンカップリングにより生成されたエキシトンからの放射の可能性が考えられる。また、赤外カメラによる観察によりグラフェンからの遠席外線放射は主に水平方向になされていることが明らかとなった。これは近接場領域ではグラフェンの膜厚程度のナノ遠赤外線光源が実現されていることを示唆しており、ナノ赤外線イメージング等への応用展開が予測される。

在石墨烯层压连接中，我们成功地创建了一个开关设备，该设备通过施加电压从高电阻阶段变为低电阻阶段。已经发现，根据连接状态，高压区域中高电阻阶段的电阻可以更改超过12个数量级。在高电阻状态为1gΩ或更多的状态下，观察到福勒 - 诺德海姆（FN）隧道现象，发现石墨烯连接之间的距离最多是相距约6 nm的。在连接处的强电场超过5GV/m可降低石墨烯之间的距离，以及当石墨彼此接触时，估计了石墨过渡到低电阻阶段的机制。在低电阻阶段观察到S形的S形的负差分电阻现象（随电流的增加而降低）。由于低电阻状态的电气特性几乎与所有设备相同，因此假定这反映了在连接状态下石墨烯堆叠的电子状态。将来，了解低电阻中的负差分电阻将成为一个挑战，但是在将其视为电子设备时，不仅可以开发应用于双向跨斜向跨度转换设备，而且还可以针对发射器开发应用程序。关于由于电流注入而导致石墨烯的远红外辐射，对辐射光谱形状的详细分析表明，相当于辐射的黑体辐射的温度为243K，并且温度上升与0.41W功率输入的黑体辐射相对应为14K。这些事实表明，SIC上的黑体辐射远红外辐射可能是由石墨烯等上等离子烯等离子体的表面声子耦合而不是焦耳热发出的。此外，使用红外摄像机的观察结果表明，高石墨烯的海外辐射主要是水平进行的。这表明，在近场区域中实现了石墨烯厚度的纳米红外光源，并且可以预测它们将被应用于纳米红外成像等。

项目成果

期刊论文数量（31）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Ultrafast All-Optical Switching with High-Quality Graphene and its Polarization Effect

高品质石墨烯超快全光开关及其偏振效应

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
T. Kusaka;A. Furube;T. Katayama;H. Kishikawa;Y. Ohno;M. Nagase and J. Fujikata
通讯作者：
M. Nagase and J. Fujikata

グラフェン遠赤外エミッタを用いた材料判別

使用石墨烯远红外发射器进行材料辨别

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
久原拓真;片岡大治;大野恭秀;永瀬雅夫
通讯作者：
永瀬雅夫

Charge-independent protein adsorption characteristics of epitaxial graphene field-effect transistor on SiC substrate

SiC衬底上外延石墨烯场效应晶体管的电荷无关蛋白质吸附特性

DOI：
10.1063/5.0054688
发表时间：
2021
期刊：
Journal of Applied Physics
影响因子：
3.2
作者：
Hiroki Nakai;Daiu Akiyama;Yoshiaki Taniguchi;Iori Kishinobu;Hiromichi Wariichi;Yasuhide Ohno;Masao Nagase;Takuya Ikeda;Atsushi Tabata;Hideaki Nagamune
通讯作者：
Hideaki Nagamune

エピタキシャルグラフェン上構造水層のトンネル電流解析

外延石墨烯结构水层的隧道电流分析