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二次元材料の積層化ヘテロ構造を用いた高出力テラヘルツ光源の創出

研究課題

研究課題/領域番号 22KF0430
補助金の研究課題番号 22F22044 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分外国
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関東北大学

研究代表者

唐 超 (2023)  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (70910991)

尾辻 泰一 (2022)  東北大学, 電気通信研究所, 教授 (40315172)

研究分担者 TANG CHAO  東北大学, 電気通信研究所, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2023年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2022年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードTerahertz / Detector / Graphene / 二次元材料 / グラフェン / ヘテロ積層 / テラヘルツ / 光源
研究開始時の研究の概要

本研究は、二次元半金属と二次元半導体のヘテロ積層構造によって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する。テラヘルツ光源を開発するため、積層二次元材料のFETを開発する。Gunnダイオードをはじめとする運動量空間キャリア遷移による電気特性で作動する発振デバイスと異なり、本研究では、実空間キャリア遷移を動作原理とする新概念デバイスの創出に挑戦する。本研究で開発するテラヘルツ光源は、複雑な光学系や成膜プロセスが不要となり、より小型化・製作簡素化できる。

研究実績の概要

The unexplored terahertz (THz) frequency range, which lies between light waves and radio waves, has attracted the attention of numerous researchers and continues to develop. THz waves are expected to find applications in non-destructive detections, medical diagnosis, and 6G high-speed communication. On the other hand, layered compounds, including graphene, have advantages such as ultra-high mobility as well as the ability to fabricate devices by mechanical exfoliation and stacking. The purpose of this research is to create a new principle device by heterostacking two-dimensional semimetal with two-dimensional semiconductor structures, and to demonstrate its feasibility as a terahertz light source. In this research, Firstly, in a novel structure of graphene THz detector, named as single asymmetric gated graphene field effect transistor (AG-GFET), the relationship between responsivity in THz range and device parameters like channel length and dielectric layer thickness has been investigated. Secondly, the THz detection implemented with an epitaxial-graphene asymmetric dual-grating-gate field-effect transistor (EG-ADGG-GFET) has been successfully conducted, indicating the fast and high-sensitive properties of EG-ADGG-GFET devices.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 5件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] University at Buffalo/Rensselaer Polytechnic Institute(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] レンセラー工科大学/ニューヨーク州立大学バッファロー校(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Resonant plasmonic detection of terahertz radiation in field-effect transistors with the graphene channel and the black-AsxP1-x gate layer2023

    • 著者名/発表者名
      Ryzhii V.、Tang C.、Otsuji T.、Ryzhii M.、Mitin V.、Shur M. S.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 号: 1 ページ: 9665-9665

    • DOI

      10.1038/s41598-023-36802-0

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of Electron Thermal Conductivity on Resonant Plasmonic Detection in Terahertz Hot-Electron Bolometers Based on Metal/Black-AsP/Graphene FETs2023

    • 著者名/発表者名
      Ryzhii V.、Tang C.、Otsuji T.、Ryzhii M.、Mitin V.、Shur M.S.
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 19 号: 6 ページ: 064033-064033

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.19.064033

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Hot-electron resonant terahertz bolometric detection in the graphene/black-AsP field-effect transistors with a floating gate2023

    • 著者名/発表者名
      V. Ryzhii, C. Tang, T. Otsuji, M. Ryzhii, V. Mitin, and M.S. Shur
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 133 号: 17

    • DOI

      10.1063/5.0150711

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fast and sensitive terahertz detection in a current-driven epitaxial-graphene asymmetric dual-grating-gate FET structure (Featured article)2022

    • 著者名/発表者名
      K. Tamura, C. Tang, D. Ogiura, K. Suwa, H. Fukidome, Y. Takida, H. Minamide, T. Suemitsu, T. Otsuji, and A. Satou
    • 雑誌名

      APL Photon.

      巻: 7 号: 12

    • DOI

      10.1063/5.0122305

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Single-asymmetric-gated graphene field-effect transistor for terahertz applications2022

    • 著者名/発表者名
      Chao Tang, Koichi Tamura, Akira Satou, Victor Ryzhii, Taiichi Otsuji
    • 雑誌名

      SSDM: International Conference on Solid State Devices and Materials

      巻: 1 ページ: 1-4

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A distributed model of the asymmetric-gated graphene Coulomb-drag-effect transistor for terahertz applications2022

    • 著者名/発表者名
      C. Tang, K. Tamura, A. Satou, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      RPGR: Recent Progress on Graphene and related 2D materials Research International Conference

      巻: 1 ページ: 1-2

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unipolar photothermoelectric THz detection assisted by Coulomb drift/diffusion of Dirac fermions in asymmetric dual-grating-gate graphene FETs2022

    • 著者名/発表者名
      K. Tamura, C. Tang, D. Ogiura, K. Suwa, H. Fukidome, Y. Takida, H. Minamide, T. Suemitsu, T. Otsuji, and A. Satou
    • 雑誌名

      RPGR: Recent Progress on Graphene and related 2D materials Research International Conference

      巻: 1 ページ: 1-2

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Asymmetric FET structure on graphene for terahertz applications2022

    • 著者名/発表者名
      C. Tang, K. Tamura, A. Satou, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 雑誌名

      TWHM: Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics

      巻: 1 ページ: 1-2

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Plasmonic rectification effect in an asymmetric periodically gated graphene field effect transistor for THz detection2023

    • 著者名/発表者名
      C. Tang
    • 学会等名
      JSAP-Optica-SPP Joint Symposia 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ラマン分光法の裏面適用によるプロセス中のグラフェン膜質評価2023

    • 著者名/発表者名
      関宏信,田村紘一, 唐超,吹留博一,佐藤昭,尾辻泰一
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会, 17a-B309-7, 上智大学四谷キャンパス, 東京, March 15-18, 2023.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Asymmetric FET structure on graphene for terahertz applications2022

    • 著者名/発表者名
      C. Tang, K. Tamura, A. Satou, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 学会等名
      TWHM: Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics, Hiroshima, Aug. 29-30, 2022.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 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2022

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会予稿集, 21p-A202-6, 東北大学川内キャンパス, 仙台市, ハイブリッド, Sept. 21, 2022.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Single-asymmetric-gated graphene field-effect transistor for terahertz applications2022

    • 著者名/発表者名
      Chao Tang, Koichi Tamura, Akira Satou, Victor Ryzhii, Taiichi Otsuji
    • 学会等名
      SSDM: International Conference on Solid State Devices and Materials, J-3-03, Makuhari, Tokyo, Japan, Sept. 26-29, 2022.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A distributed model of the asymmetric-gated graphene Coulomb-drag-effect transistor for terahertz applications2022

    • 著者名/発表者名
      C. Tang, K. Tamura, A. Satou, V. Ryzhii, and T. Otsuji
    • 学会等名
      RPGR: Recent Progress on Graphene and related 2D materials Research International Conference, Taipei, Taiwan, Nov. 13-17, 2022.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Unipolar photothermoelectric THz detection assisted by Coulomb drift/diffusion of Dirac fermions in asymmetric dual-grating-gate graphene FETs2022

    • 著者名/発表者名
      K. Tamura, C. Tang, D. Ogiura, K. Suwa, H. Fukidome, Y. Takida, H. Minamide, T. Suemitsu, T. Otsuji, and A. Satou
    • 学会等名
      RPGR: Recent Progress on Graphene and related 2D materials Research International Conference, Taipei, Taiwan, Nov. 13-17, 2022.
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考]

    • URL

      https://www.fris.tohoku.ac.jp/researcher/creative/chaotang.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] Otsuji Lab., RIEC, Tohoku Univ., Sendai, Japan

    • URL

      https://www.otsuji.riec.tohoku.ac.jp/english/index_en.php

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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