新規グラフェンTHzプラズモニックデバイスの理論的検証

• 研究課題/領域番号: 26820122
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐藤 昭 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (70510410)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: グラフェン / テラヘルツ / プラズモン

研究成果の概要

本研究では、グラフェン中プラズモンを利用した室温動作テラヘルツ波プラズモニックデバイス実現のため、非対称二重格子ゲート構造グラフェントランジスタにおけるプラズモン不安定性を中心として、単層グラフェンにおけるバンド間反転分布形成やグラフェン二重層における共鳴トンネル効果など、デバイス動作原理の理論的検証を行なった。特に非対称二重格子ゲート構造グラフェントランジスタにおいては、Dyakonov-Shur不安定性とRyzhii-Satou-Shur不安定性が同時発現することによって巨大プラズモン不安定性が起こることを明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] IREE (Saratov Branch)/Moscow Inst. of Physics and Technology/Institute of Physics and Technology(ロシア連邦)
• [国際共同研究] IREE (Saratov Branch)/Institute of Physics and Technology(ロシア連邦)
• [雑誌論文] A fitting model for asymmetric I-V characteristics of graphene field-effect transistors for extraction of intrinsic mobilities (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, G. Tamamushi, K. Sugawara, J. Mitsushio, V. Ryzhii, and T. Otsuji
  • 雑誌名: IEEE Trans. Electron Devices 巻: 63 号: 8 ページ: 3300-3306
  • DOI: 10.1109/ted.2016.2578325
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant plasmon instability in dual-grating-gate graphene transistor (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Koseki, V. Ryzhii, T. Otsuji, V. V. Popov, and A. Satou
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 号: 24
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.245408
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cooperative promotion of plasma instabilities for emission of terahertz radiation in an asymmetric dual-grating gate graphene-channel FET (2016)
  • 著者名/発表者名: Akira Satou, Yuki Koseki, Takayuki Watanabe, Vyacheslav V. Popov, Victor Ryzhii, Taiichi Otsuji
  • 雑誌名: Prof. SPIE 巻: 9856 ページ: 98560F-98560F
  • DOI: 10.1117/12.2227438
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cooperative promotion of plasma instabilities for emission of terahertz radiation in an asymmetric dual-grating gate graphene-channel FET (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, Y. Koseki, T. Watanabe, V. V. Popov, V. Ryzhii, and T. Otsuji
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 9856 ページ: 9856111-7
  • 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] グラフェンチャネルFETにおける真性パラメータの抽出 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉虫元，菅原健太，佐藤昭，田島圭一郎，吹留博一，末光眞希，尾辻泰一
  • 雑誌名: 信学技報 ED2015 巻: 115 ページ: 25-30
• [雑誌論文] Computational study of graphene plasmons: damping mechanisms and instabilities (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, Y. Koseki, V. Ryzhii, V.V. Popov, and T. Otsuji
  • 雑誌名: Proceedings of the 4th Russia-Japan-USA Symposium on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies 巻: 1
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Computational study of plasmon instabilities in dual-grating-gate graphene transistor (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, Y. Koseki, V. Ryzhii, V.V. Popov, and T. Otsuji
  • 雑誌名: The 19th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures Digest 巻: 1
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Active guiding of Dirac Plasmons in graphene (2015)
  • 著者名/発表者名: M.Y. Morozov, A.R. Davoyan, I.M. Moiseenko, A. Satou, T. Otsuji, and V.V. Popov
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 106 号: 6
  • DOI: 10.1063/1.4907644
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of carrier-carrier scattering on population inversion in graphene under pulse photoexcitation (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, V. Ryzhii, and T. Otsuji
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 584
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Graphene vertical hot-electron terahertz detectors (2014)
  • 著者名/発表者名: V. Ryzhii, A. Satou, T. Otsuji, M. Ryzhii, V. Mitin and M.S. Shur
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 116 号: 11 ページ: 1145041-9
  • DOI: 10.1063/1.4895738
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frequency dispersion and damping mechanisms of terahertz plasmons in graphene transistor structures (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, V. Ryzhii, V. V. Mitin, F. T. Vasko, and T. Otsuji
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 486
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] A numerical model for energy dispersion correction by electron-electron interaction in doped graphene at finite temperature (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Komatsu, T. Otsuji, V. Ryzhii, D. Svintsov, V. Vyurkov, and A. Satou
  • 学会等名: 5th Russia-Japan-USA-Europe Symposium on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies (RJUSE TeraTech-2016 )
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2016-10-31
  • 国際学会
• [学会発表] A numerical model for finite-temperature electron self-energy in doped graphene with electron-electron interaction (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Komatsu, T. Otsuji, V. Ryzhii, D. Svintsov, V. Vyurkov, and A. Satou
  • 学会等名: GrapheneCanada2016 International Conference
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 2016-10-18
  • 国際学会
• [学会発表] トランジスタ構造内二次元プラズモンを用いたサブテラヘルツ／テラヘルツデバイス (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤昭，渡辺隆之，末光哲也，ヴィクトール・リズィー，尾辻泰一
  • 学会等名: 電気通信情報学会2016年ICD/SDM/ITE-IST研究会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2016-08-01
  • 招待講演
• [学会発表] Extraction of intrinsic and extrinsic parameters of graphene field-effect transistor from its asymmetric I-V characteristic (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, G. Tamamushi, K. Sugawara, J. Mitsushio, V. Ryzhii, and T. Otsuji
  • 学会等名: 2016 Compound Semiconductor Week
  • 発表場所: Toyama, Japan
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Plasmonic THz devices based on InP HEMTs and Graphene FETs (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, T. Watanabe, T. Suemitsu, V. Ryzhii, D. Fateev, V. V. Popov, and T. Otsuji
  • 学会等名: EMN Meeting on Terahertz
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
  • 年月日: 2016-05-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cooperative promotion of plasma instabilities for emission of terahertz radiation in an asymmetric dual-grating gate graphene-channel FET (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, Y. Koseki, T. Watanabe, V. V. Popov, V. Ryzhii, and T. Otsuji
  • 学会等名: SPIE Defence+Commercial Sensing
  • 発表場所: Baltimore, Maryland, USA
  • 年月日: 2016-04-17
  • 国際学会
• [学会発表] 有限温度でのグラフェン内電子間相互作用によるエネルギー分散補正の計算モデル構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小松竜大，尾辻泰一，Victor Ryzhii，Dmitry Svintsov，Vladimir Vyurkov，佐藤昭
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都大田区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] グラフェンFETにおける真性トランジスタパラメータ抽出用モデルの評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 満塩純希，玉虫元，菅原健太，佐藤昭，末光哲也，吹留博一，末光眞希，尾辻泰一
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都大田区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] THz devices based on plasmons in 2D electron systems (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, T. Watanabe, T. Suemitsu, V. Ryzhii, D. Fateev, V. V. Popov, and T. Otsuji
  • 学会等名: XX International Symposium “Nanophysics & Nanoelectronics"
  • 発表場所: Nizhny Novgorod, Russia
  • 年月日: 2016-03-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] グラフェンチャネルFETにおける真性パラメータの抽出 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉虫元，菅原健太，佐藤昭，田島圭一郎，吹留博一，末光眞希，尾辻泰一
  • 学会等名: 2015年電子デバイス研究会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2015-12-21
• [学会発表] Computational study of plasmon instabilities in dual-grating-gate graphene transistor (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, Y. Koseki, V. Ryzhii, V. V. Popov, and T. Otsuji
  • 学会等名: 19th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics, and Nanostructures (EDISON 19)
  • 発表場所: Salamanca, Spain
  • 年月日: 2015-06-29
  • 国際学会
• [学会発表] Computational study of graphene plasmons: damping mechanisms and instabilities (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, Y. Koseki, V. Ryzhii, V. V. Popov, and T. Otsuji
  • 学会等名: The 4th Russia-Japan-USA Symposium: The Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies (RJUS TeraTech-2015)
  • 発表場所: Chernogolovka, Russia
  • 年月日: 2015-06-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 非対称二重格子ゲート構造を有するグラフェントランジスタにおけるプラズマ不安定性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小関勇気，Victor Ryzhii, 尾辻泰一，Viacheslav V. Popov, 佐藤昭
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 平塚
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 超高速テラヘルツ無線を支える光電子デバイス技術の動向 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤昭，尾辻泰一
  • 学会等名: 2015年電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 草津
  • 年月日: 2015-03-10 – 2015-03-13
  • 招待講演
• [学会発表] Damping mechanism of terahertz plasmons in graphene on heavily-doped substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Koseki, A. Satou, V. Ryzhii, V. Vyurkov, and T. Otsuji
  • 学会等名: International Symposium on Physics of Semiconductors (ICPS 2014)
  • 発表場所: Austin, TX, USA
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [学会発表] Effects of carrier-carrier scattering on graphene terahertz/photonic devices (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, V. Ryzhii, V. Mitin, F. T. Vasko, and T. Otsuji
  • 学会等名: International Symposium on Physics of Semiconductors (ICPS 2014)
  • 発表場所: Austin, TX, USA
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [学会発表] Damping mechanism of terahertz plasmons in graphene on heavily-doped substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Koseki, A. Satou, V. Ryzhii, V. Vyurkov, and T. Otsuji
  • 学会等名: The 3rd Russia-Japan-USA Symposium: The Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies (RJUS TeraTech-2014)
  • 発表場所: Buffalo, NY, USA
  • 年月日: 2014-06-18 – 2014-06-20
• [学会発表] Kinetic transport model with carrier-carrier scattering for graphene terahertz/photonic device simulation (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Satou, V. Ryzhii, V. Mitin, F. T. Vasko, and T. Otsuji
  • 学会等名: 2014 International Workshop on Computational Electronics (IWCE 2014)
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 2014-06-03 – 2014-06-06