Образец для цитирования:

Давидович М. В., Глухова О. Е., Слепченков М. М. Терагерцевый транзистор на основе графена // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Физика. 2017. Т. 17, вып. 1. С. 44-54. DOI: https://doi.org/10.18500/1817-3020-2017-17-1-44-54


УДК: 
6-21.315.592
Язык публикации: 
русский

Терагерцевый транзистор на основе графена

Аннотация

Из-за отсутствия значительной энергетической щели в нанолентах графена имеются трудности по созданию быстро переключающихся транзисторов для цифровых схем на них. Для усиления аналоговых сигналов в ряде работ предложены графеновые туннельные транзисторы, полевые транзисторы, транзисторы с отрицательным сопротив- лением и генераторы с накачкой. В работе рассмотрен транзистор в виде трех электродов, соединенных нанолентами графена или металлическими квантовыми проволоками (нитями), работающий по принципу управления током путем изменением напряжения на центральном электроде (затворе). Рассмотрение проведено в рамках модели Ланда- уэра–Датты–Лундстрома в приближении равновесности на электродах. Получены ли- нейные модели, рассмотрены нелинейные слагаемые в определении тока, рассчитаны нелинейные вольт-амперные характеристики. Рассчитаны параметры транзисторного усилителя, выполненного на полосковой и щелевой линиях с учетом баллистического транспорта, баллистической индуктивности и емкостей электродов. Получен коэффициент усиления по напряжению, для увеличения которого предложено использовать более широкую и короткую наноленту между истоком и затвором. 

Литература

1. Novoselov K. S., Geim A. K., Morozov S. V., Jiang D., Zhang Y., Dubonos S. V., Grigorieva I. V., Firsov A. A. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films // Science. 2004. Vol. 306. P. 666–669. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1102896

2. Neto C. A. H., Guinea F., Peres N. M. R., Novoselov K. S., Geim A. K. The electronic properties of graphene // Rev. Mod. Phys. 2009. Vol. 81. P. 109‒62. DOI: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.109

3. Geim A. K., Novoselov K. S. The Rise of Graphene // Nature Materials. 2007. Vol. 6. P. 183‒191. DOI: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.109

4. Lemme M.C., Echtermeyer T. J., Baus M., Kurz H. A graphene fi eld-effect device // IEEE ED Lett. 2007. Vol. 28, № 4. P. 282‒284. DOI: https://doi.org/10.1109/LED.2007.891668

5. Schwierz F. Graphene Transistors // Nature Nanotechnology. 2010. Vol. 5. P. 487–496. DOI: https://doi.org/10.1038/nnano.2010.89

6. Chen Z., Lin Yu-M., Rooks M. J., Avouris P. Graphene nano-ribbon electronics // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2007. Vol. 40, № 2. P. 228‒232. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physe.2007.06.020

7. Han M. Y., Özyilmaz B., Zhang Y., Kim P. Energy Bandgap Engineering of Graphene Nanoribbons // Phys. Rev. Lett. 2007. Vol. 98, № 20. P. 206805 (1‒4). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.206805

8. Свинцов Д. А., Вьюрков В. В., Лукичёв В. Ф., Орликов- ский А. А., Буренков А., Охснер Р. Туннельные полевые транзисторы на основе графена // Физика и техника полупроводников. 2013. Т. 47, вып. 2. С. 244‒250.

9. Liu G., Ahsan S., Khitun A.G., Lake R. K., Balandin A. A. Graphene-Based Non-Boolean Logic Circuits // J. Appl. Phys. 2013. Vol. 114. P. 154310 (1‒10). DOI: https://doi.org/10.1063/1.4824828

10. Rana F. Graphene Terahertz Plasmon Oscillators // IEEE Trans. on Nanotechnology. 2008. Vol. 7, № 1. P. 91‒99. DOI: https://doi.org/10.1109/TNANO.2007.910334

11. Ragheb T., Massoud Y. On the Modeling of Resistance in Graphene Nanoribbon (GNR) for Future Interconnect Applications // Proc. IEEE/ACM Intern. Conf. on Computer-Aided Design (ICCAD 2008). 2008. P. 593‒597. DOI: https://doi.org/10.1109/ICCAD.2008.4681637

12. Lundstrom M., Jeong C. Near-Equilibrium Transport : Fundamentals and Applications. Hackensack, New Jersey : World Scientifi c Publishing Company, 2013. 227 p.

13. Кругляк Ю. А. Обобщённая модель электронного транспорта Ландауэра–Датты–Лундстрома // Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies. 2013. Т. 11, № 3. С. 519–549.

14. Kruglyak Yu. Landauer–Datta–Lundstrom Generalized Transport Model for Nanoelectronics // Journal of Nanoscience. 2014. Vol. 2014, Article ID 725420. P. 1‒15. DOI: https://doi.org/10.1155/2014/725420

15. Кругляк Ю. А. Наноэлектроника «снизу – вверх» : возникновение тока, обобщенный закон Ома, упругий резистор, моды проводимости, термоэлектричество // Scientifi c Journal «ScienceRise». 2015. Т. 7, № 2(12). С. 76‒100. DOI: https://doi.org/10.15587/2313-8416.2015.45700

16. Кругляк Ю. А. Графен в транспортной модели Ландауэра‒Датты‒Лундстрома // Scientifi c Journal «ScienceRise». 2015. Т. 2, № 2 (7). C. 93‒106. DOI: https://doi.org/10.15587/2313-8416.2015.36443

17. Slepyan G. Ya., Maksimenko S. A., Lakhtakia L., Yevtushenko O., Gusakov A. V. Electrodynamics of carbon nanotubes : Dynamic conductivity, impedance boundary conditions, and surface wave propagation // Phys. Rev. B. 1999. Vol. 60. P. 17136 (1‒14).

18. Hanson G.W. Dyadic Green’s functions and guided surface waves for a surface conductivity model of graphene // J. Appl. Phys. 2008. Vol. 103. P. 064302 (1–8). DOI: https://doi.org/10.1063/1.2891452

19. Gusynin V. P., Sharapov S. G., Carbotte J. P. Magneto-optical conductivity in graphene // J. Phys. : Condens. Matt. 2007. Vol. 19. P. 026222 (1‒28). DOI: https://doi.org/10.1088/0953-8984/19/2/026222

20. Falkovsky L. A., Pershoguba S. S. Optical far-infrared properties of graphene monolayer and multilayers // Phys. Rev. 2007. Vol. B 76. P. 153410 (1‒4). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.153410

21. Falkovsky L. A., Varlamov A. A. Space-time dispersion of graphene conductivity // Eur. Phys. J. 2007. Vol. B 56. P. 281‒284. DOI: https://doi.org/10.1140/epjb/e2007-00142-3

22. Lovat G., Hanson G.W., Araneo R., Burghignoli P. Semiclassical spatially dispersive intraband conductivity tensor and quantum capacitance of graphene // Phys. Rev. 2013. Vol. B 87. P. 115429 (1‒11). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.115429

Краткое содержание (на английском языке): 
Полный текст в формате PDF (на русском языке):