Creation of high-performance THz light source implemented with 2D material heterostructure

利用二维材料异质结构创建高性能太赫兹光源

• 批准号: 22KF0430
• 负责人: 尾辻 泰一
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0430/
• 关键词: 二次元材料; グラフェン; ヘテロ積層; テラヘルツ; 光源

本研究は、二次元半金属であるGrapheneと二次元半導体（MoS2, BPなど）のヘテロ積層構造によってチャネルを構成した負性微分導電率特性を有する電界効果型トランジスタ構造の新原理デバイスを創出し、テラヘルツ光源としての実現性を実証することを目的とし、電化キャリアである二次元電子を二次元半金属層－二次元半導体層間の実空間遷移をゲートおよびドレインバイアスによって電気的に制御することによって、テラヘルツ帯での自励発振を発現せしめ、コヒーレントかつ高強度の室温動作可能な集積型テラヘルツ光源の創出に挑み、以下の成果を得た。１．二次元原子薄膜の剥離・転写：機械剥離と液相インターカレーションを用いて、層状化合物（Bulk-MoS2, Graphite）を剥離し、光学顕微鏡で数層のサンプルを選別し、Wielding法およびDry Peeling法を用いて、重ドープ酸化膜付シリコンウェハー表面に、二次元原子薄膜半導体・半金属を積層した。２．電極とデバイスの制作：フォトリソグラフィと電子ビーム（EB）蒸着装置によりソース・ドレイン電極を、EBにより局所的バックゲート電極を、それぞれ形成した。３．電気特性と光学特性の評価：負性微分導電率の発現するバイアス条件を同定した。４．当初計画した実空間遷移型負性微分導電率発現機構の代替手段となる全く新しいグラフェンディラックプラズモンのクーロンドラッグ効果型負性微分導電率発現機構の発案に協働し、デバイスモデリング・数値解析で材料・構造パラメータに対するテラヘルツ発振応答特性の定量的解明で成果を得た。次年度は、フーリエ変換赤外分光計とシリコンボロメーターを用いてテラヘルツ波発振特性・量子効率の検証、ならびにテラヘルツ分光イメージングへの応用に挑戦する。

这项研究旨在创建一个具有野外效应晶体管结构的新原理设备，具有负差分电导率特性，该设备由二维半学石墨烯和二维半导体（MOS2，BP等）的异质层压结构组成，并证明了Terahertz光源的可行性。通过电气控制二维半金属半金属层与二维半导体层之间的真实空间过渡，我们已经在Terahertz带中发展了自动振荡，并挑战了一个相干，高强度的积分光源可以在室内驾驶，以下是在室内温度下的转移，以下是众所周知的，以下是一个繁华的范围。二维原子薄膜：除去使用机械剥离和液相插入，分层化合物（大量-MOS2，石墨），使用光学显微镜选择几层样品，并使用二维原子薄膜半导体和半径的薄层和半分子置于底部的硅孔和半层的表面上。 2。电极和设备的生产：通过光刻和电子束（EB）沉积设备形成源和排水电极，分别由EB形成局部后门电极。 3。对电气和光学特性的评估：鉴定出表达负差分电导率的偏置条件。 4. We collaborated with the idea of​​ ​​a completely new coulombic drug-effect-type negative differential conductivity expression mechanism for graphene dirac plasmon, which will serve as an alternative to the original planned real-space transition-type negative differential conductivity expression mechanism, and achieved results by quantitatively elucidating the terahertz oscillation response characteristics to material and structural parameters through device modeling and numerical analysis.明年，我们将努力使用傅立叶变换红外光谱仪和硅重测来验证Terahertz波振荡特性和量子效率，并将其应用于Terahertz光谱成像。

项目成果

グラフェンFETにおけるユニポーラ動作による光熱電型高速テラヘルツ検出の実現

利用石墨烯FET单极操作实现光热电高速太赫兹探测

• 发表时间: 2022
• 作者: 田村紘一;唐超;荻浦大地;諏訪健斗;吹留博一;佐藤昭;瀧田佑馬;南出泰亜;末光哲也;尾辻泰一
• 通讯作者: 尾辻泰一

Single-asymmetric-gated graphene field-effect transistor for terahertz applications

用于太赫兹应用的单不对称栅极石墨烯场效应晶体管

• 发表时间: 2022
• 作者: Chao Tang;Koichi Tamura;Akira Satou;Victor Ryzhii;Taiichi Otsuji
• 通讯作者: Taiichi Otsuji

Fast and sensitive terahertz detection in a current-driven epitaxial-graphene asymmetric dual-grating-gate FET structure (Featured article)

电流驱动外延石墨烯不对称双光栅栅 FET 结构中快速、灵敏的太赫兹检测（专题文章）

• DOI: 10.1063/5.0122305
• 发表时间: 2022
• 期刊: APL Photon.
• 作者: K. Tamura;C. Tang;D. Ogiura;K. Suwa;H. Fukidome;Y. Takida;H. Minamide;T. Suemitsu;T. Otsuji;and A. Satou
• 通讯作者: and A. Satou

Asymmetric FET structure on graphene for terahertz applications

用于太赫兹应用的石墨烯上的不对称 FET 结构

• 发表时间: 2022
• 作者: C. Tang;K. Tamura;A. Satou;V. Ryzhii;and T. Otsuji
• 通讯作者: and T. Otsuji

Unipolar photothermoelectric THz detection assisted by Coulomb drift/diffusion of Dirac fermions in asymmetric dual-grating-gate graphene FETs

非对称双光栅栅石墨烯 FET 中狄拉克费米子库仑漂移/扩散辅助的单极光热电太赫兹检测

• 发表时间: 2022
• 作者: K. Tamura;C. Tang;D. Ogiura;K. Suwa;H. Fukidome;Y. Takida;H. Minamide;T. Suemitsu;T. Otsuji;and A. Satou
• 通讯作者: and A. Satou