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基于毫米级单晶石墨烯的倍频器性能研究

高庆国 田猛串 李思超 李学飞 吴燕庆

基于毫米级单晶石墨烯的倍频器性能研究

高庆国, 田猛串, 李思超, 李学飞, 吴燕庆
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  • 石墨烯作为一种拥有高电子迁移率和高饱和速度的二维材料,在射频电子学领域具有很大的应用潜力,引起了人们广泛的研究兴趣.近些年随着化学气相沉积制备石墨烯技术的发展,高质量大尺寸的单晶石墨烯生长技术也愈加成熟.本文基于化学气相沉积生长的毫米级单晶石墨烯,在高介电常数介质上制备出高性能的石墨烯倍频器,并且对其倍频特性做了系统的研究.研究结果表明:在输入信号频率为1 GHz时,倍频增益可以达到-23.4 dB,频谱纯度可以达到94%.研究了不同漏极偏压以及输入信号功率下倍频增益的变化特性,随着漏极偏压以及输入信号功率的增加,倍频增益增加.对具有不同跨导和电子空穴电导对称性的器件的倍频增益和频谱纯度随输入信号频率fin的变化关系进行了研究.结果表明,跨导对于倍频增益影响显著,在fin=1 GHz时器件的频谱纯度差别不大,均大于90%,但是随着fin增加至4 GHz,电子空穴电导对称性较差的器件频谱纯度下降至42%,电子空穴电导对称性较好的器件仍能保持85%的频谱纯度.这是电子空穴电导对称性和电子空穴响应速度共同作用的结果.本文的研究结果对于高性能石墨烯倍频器设计具有一定的指导意义.
      通信作者: 吴燕庆, yqwu@hust.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61390504,61574066,11404118)资助的课题.
    [1]

    Schwierz F 2010 Nat. Nanotechnol. 5 487

    [2]

    Wu Y, Jenkins K A, Valdes-Garcia A, Farmer D B, Zhu Y, Bol A A, Dimitrakopoulos C, Zhu W, Xia F, Avouris P 2012 Nano Lett. 12 3062

    [3]

    Wu Y, Zou X, Sun M, Cao Z, Wang X, Huo S, Zhou J, Yang Y, Yu X, Kong Y 2016 ACS Appl. Mater. Interfaces 8 25645

    [4]

    Wang H, Nezich D, Kong J, Palacios T 2009 IEEE Electron Dev. Lett. 30 547

    [5]

    Wang H, Hsu A, Kim K K, Kong J, Palacios T 2010 IEEE International Electron Devices Meeting San Francisco, USA, December 6-8, 2010 p23.6.1

    [6]

    Wang Z, Zhang Z, Xu H, Ding L, Wang S, Peng L M 2010 Appl. Phys. Lett. 96 173104

    [7]

    Liao L, Bai J, Cheng R, Zhou H, Liu L, Liu Y, Huang Y, Duan X 2011 Nano Lett. 12 2653

    [8]

    L H, Wu H, Liu J, Huang C, Li J, Yu J, Niu J, Xu Q, Yu Z, Qian H 2014 Nanoscale 6 5826

    [9]

    Andersson M A, Zhang Y, Stake J 2017 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 65 165

    [10]

    Wang H, Hsu A, Wu J, Kong J, Palacios T 2010 IEEE Electron Dev. Lett. 31 906

    [11]

    Yang X, Liu G, Rostami M, Balandin A A, Mohanram K 2011 IEEE Electron Dev. Lett. 32 1328

    [12]

    Han S J, Garcia A V, Oida S, Jenkins K A, Haensch W 2014 Nat. Commun. 5 3086

    [13]

    Yu C, He Z, Liu Q, Song X, Xu P, Han T, Li J, Feng Z, Cai S 2016 IEEE Electron Dev. Lett. 37 684

    [14]

    Habibpour O, He Z S, Strupinski W, Rorsman N, Zirath H 2017 Sci. Rep. 7 41828

    [15]

    Gan L, Luo Z 2013 ACS Nano 7 9480

    [16]

    Zhou H, Yu W J, Liu L, Cheng R, Chen Y, Huang X, Liu Y, Wang Y, Huang Y, Duan X 2013 Nat. Commun. 4 2096

    [17]

    Hao Y, Bharathi M, Wang L, Liu Y, Chen H, Nie S, Wang X, Chou H, Tan C, Fallahazad B 2013 Science 342 720

    [18]

    Wu T, Zhang X, Yuan Q, Xue J, Lu G, Liu Z, Wang H, Wang H, Ding F, Yu Q 2016 Nat. Mater. 15 43

    [19]

    Wei Z, Fu Y, Liu J, Wang Z, Jia Y, Guo J, Ren L, Chen Y, Zhang H, Huang R, Zhang X 2014 Chin. Phys. B 23 117201

    [20]

    Lakshmi Ganapathi K, Bhat N, Mohan S 2013 Appl. Phys. Lett. 103 073105

    [21]

    Kim S, Nah J, Jo I, Shahrjerdi D, Colombo L, Yao Z, Tutuc E, Banerjee S K 2009 Appl. Phys. Lett. 94 062107

    [22]

    Wu Y, Lin Y M, Bol A A, Jenkins K A, Xia F, Farmer D B, Zhu Y, Avouris P 2011 Nature 472 74

  • [1]

    Schwierz F 2010 Nat. Nanotechnol. 5 487

    [2]

    Wu Y, Jenkins K A, Valdes-Garcia A, Farmer D B, Zhu Y, Bol A A, Dimitrakopoulos C, Zhu W, Xia F, Avouris P 2012 Nano Lett. 12 3062

    [3]

    Wu Y, Zou X, Sun M, Cao Z, Wang X, Huo S, Zhou J, Yang Y, Yu X, Kong Y 2016 ACS Appl. Mater. Interfaces 8 25645

    [4]

    Wang H, Nezich D, Kong J, Palacios T 2009 IEEE Electron Dev. Lett. 30 547

    [5]

    Wang H, Hsu A, Kim K K, Kong J, Palacios T 2010 IEEE International Electron Devices Meeting San Francisco, USA, December 6-8, 2010 p23.6.1

    [6]

    Wang Z, Zhang Z, Xu H, Ding L, Wang S, Peng L M 2010 Appl. Phys. Lett. 96 173104

    [7]

    Liao L, Bai J, Cheng R, Zhou H, Liu L, Liu Y, Huang Y, Duan X 2011 Nano Lett. 12 2653

    [8]

    L H, Wu H, Liu J, Huang C, Li J, Yu J, Niu J, Xu Q, Yu Z, Qian H 2014 Nanoscale 6 5826

    [9]

    Andersson M A, Zhang Y, Stake J 2017 IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 65 165

    [10]

    Wang H, Hsu A, Wu J, Kong J, Palacios T 2010 IEEE Electron Dev. Lett. 31 906

    [11]

    Yang X, Liu G, Rostami M, Balandin A A, Mohanram K 2011 IEEE Electron Dev. Lett. 32 1328

    [12]

    Han S J, Garcia A V, Oida S, Jenkins K A, Haensch W 2014 Nat. Commun. 5 3086

    [13]

    Yu C, He Z, Liu Q, Song X, Xu P, Han T, Li J, Feng Z, Cai S 2016 IEEE Electron Dev. Lett. 37 684

    [14]

    Habibpour O, He Z S, Strupinski W, Rorsman N, Zirath H 2017 Sci. Rep. 7 41828

    [15]

    Gan L, Luo Z 2013 ACS Nano 7 9480

    [16]

    Zhou H, Yu W J, Liu L, Cheng R, Chen Y, Huang X, Liu Y, Wang Y, Huang Y, Duan X 2013 Nat. Commun. 4 2096

    [17]

    Hao Y, Bharathi M, Wang L, Liu Y, Chen H, Nie S, Wang X, Chou H, Tan C, Fallahazad B 2013 Science 342 720

    [18]

    Wu T, Zhang X, Yuan Q, Xue J, Lu G, Liu Z, Wang H, Wang H, Ding F, Yu Q 2016 Nat. Mater. 15 43

    [19]

    Wei Z, Fu Y, Liu J, Wang Z, Jia Y, Guo J, Ren L, Chen Y, Zhang H, Huang R, Zhang X 2014 Chin. Phys. B 23 117201

    [20]

    Lakshmi Ganapathi K, Bhat N, Mohan S 2013 Appl. Phys. Lett. 103 073105

    [21]

    Kim S, Nah J, Jo I, Shahrjerdi D, Colombo L, Yao Z, Tutuc E, Banerjee S K 2009 Appl. Phys. Lett. 94 062107

    [22]

    Wu Y, Lin Y M, Bol A A, Jenkins K A, Xia F, Farmer D B, Zhu Y, Avouris P 2011 Nature 472 74

  • [1] 李晓明, 沈学举, 刘恂, 王琳. KTP倍频器件温度适应性扩展研究. 物理学报, 2015, 64(9): 094205. doi: 10.7498/aps.64.094205
    [2] 徐庆宇, 张世远, 邢定钰, 都有为, 王志明. 单晶石墨、多晶石墨电导行为的差异. 物理学报, 2007, 56(6): 3464-3467. doi: 10.7498/aps.56.3464
    [3] 韩林芷, 赵占霞, 马忠权. 化学气相沉积法制备大尺寸单晶石墨烯的工艺参数研究. 物理学报, 2014, 63(24): 248103. doi: 10.7498/aps.63.248103
    [4] 仇巍, 张启鹏, 李秋, 许超宸, 郭建刚. 单层单晶石墨烯与柔性基底界面性能的实验研究. 物理学报, 2017, 66(16): 166801. doi: 10.7498/aps.66.166801
    [5] 秦莉, 宁永强, 晏长岭, 王立军, 崔大复, 李成明, 彭钦军, 许祖彦, 宗楠, 李特. 光抽运垂直扩展腔面发射激光器腔内倍频理论研究. 物理学报, 2009, 58(6): 3903-3908. doi: 10.7498/aps.58.3903
    [6] 张玉萍, 张会云, 王鹏, 李喜福, 姚建铨, 何志红. 36 W侧面抽运腔内倍频Nd:YAG/KTP连续绿光激光器. 物理学报, 2009, 58(7): 4647-4651. doi: 10.7498/aps.58.4647
    [7] 祝世宁, 朱永元, 何京良, 卢兴强, 贾玉磊, 满宝元. BBO四倍频全固态Nd:YVO4紫外激光器. 物理学报, 2000, 49(10): 2106-2108. doi: 10.7498/aps.49.2106
    [8] 李瑞宁, 来引娟, 马小涛. 激光二极管抽运Nd∶YVO4和KTP倍频产生单频绿光激发器. 物理学报, 2002, 51(8): 1736-1738. doi: 10.7498/aps.51.1736
    [9] 邓青华, 张小民, 丁磊, 唐军, 谢旭东, 卢振华, 赵润昌, 董一方. 应用级联倍频方法提高倍频系统输出稳定性研究. 物理学报, 2011, 60(2): 024213. doi: 10.7498/aps.60.024213
    [10] 孙真荣, 王祖庚, 赵波, 吴芸. 一种新型有机倍频材料——苯基脲的倍频性能研究. 物理学报, 2000, 49(4): 730-732. doi: 10.7498/aps.49.730
    [11] 屠世谷. 利用变容管倍频的一些实验结果. 物理学报, 1965, 124(8): 1581-1583. doi: 10.7498/aps.21.1581
    [12] 颜国君, 陈光德, 伍叶龙, 杨建清. 双折射吸收非线性介质薄膜中倍频的产生. 物理学报, 2008, 57(1): 265-270. doi: 10.7498/aps.57.265
    [13] 任爱红, 刘正颖, 张蓉竹, 刘静伦, 孙年春. 准相位匹配倍频系统的带宽性质研究. 物理学报, 2010, 59(10): 7050-7054. doi: 10.7498/aps.59.7050
    [14] 陈创天, 陈孝琛. 晶体和基团倍频系数间的普遍变换公式. 物理学报, 1980, 179(8): 1000-1013. doi: 10.7498/aps.29.1000
    [15] 薛英华, 闵乃本, 朱劲松, 冯端. 聚片多畴LiNbO3晶体的倍频效应. 物理学报, 1983, 32(12): 1515-1525. doi: 10.7498/aps.32.1515
    [16] 沈荷生, 陈创天. 使用等价轨道法计算AB型晶体的倍频系数. 物理学报, 1982, 31(8): 1046-1056. doi: 10.7498/aps.31.1046
    [17] 吴克琛, 陈创天. Na2SbF5晶体倍频系数的理论计算. 物理学报, 1992, 41(9): 1436-1439. doi: 10.7498/aps.41.1436
    [18] 牛英煜, 王荣, 邱明辉, 修俊玲. 利用基频与倍频脉冲控制扩展“ladder”式跃迁. 物理学报, 2016, 65(23): 233301. doi: 10.7498/aps.65.233301
    [19] 田龙, 王庆伟, 姚文秀, 李庆回, 王雅君, 郑耀辉. 高效外腔倍频产生426 nm激光的实验研究. 物理学报, 2020, 69(4): 044201. doi: 10.7498/aps.69.20191417
    [20] 刘欢, 巩马理. 紧凑型LD端面抽运Nd:YAG内腔三倍频准连续355 nm紫外激光器. 物理学报, 2009, 58(8): 5443-5449. doi: 10.7498/aps.58.5443
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-28
  • 修回日期:  2017-10-10
  • 刊出日期:  2017-11-05

基于毫米级单晶石墨烯的倍频器性能研究

  • 1. 华中科技大学光学与电子信息学院, 武汉 430074;
  • 2. 华中科技大学, 国家脉冲强磁场科学中心(筹), 武汉 430074
  • 通信作者: 吴燕庆, yqwu@hust.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61390504,61574066,11404118)资助的课题.

摘要: 石墨烯作为一种拥有高电子迁移率和高饱和速度的二维材料,在射频电子学领域具有很大的应用潜力,引起了人们广泛的研究兴趣.近些年随着化学气相沉积制备石墨烯技术的发展,高质量大尺寸的单晶石墨烯生长技术也愈加成熟.本文基于化学气相沉积生长的毫米级单晶石墨烯,在高介电常数介质上制备出高性能的石墨烯倍频器,并且对其倍频特性做了系统的研究.研究结果表明:在输入信号频率为1 GHz时,倍频增益可以达到-23.4 dB,频谱纯度可以达到94%.研究了不同漏极偏压以及输入信号功率下倍频增益的变化特性,随着漏极偏压以及输入信号功率的增加,倍频增益增加.对具有不同跨导和电子空穴电导对称性的器件的倍频增益和频谱纯度随输入信号频率fin的变化关系进行了研究.结果表明,跨导对于倍频增益影响显著,在fin=1 GHz时器件的频谱纯度差别不大,均大于90%,但是随着fin增加至4 GHz,电子空穴电导对称性较差的器件频谱纯度下降至42%,电子空穴电导对称性较好的器件仍能保持85%的频谱纯度.这是电子空穴电导对称性和电子空穴响应速度共同作用的结果.本文的研究结果对于高性能石墨烯倍频器设计具有一定的指导意义.

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