WO2023188408A1 - グラフェン光検出器 - Google Patents

グラフェン光検出器 Download PDF

Info

Publication number
WO2023188408A1
WO2023188408A1 PCT/JP2022/016933 JP2022016933W WO2023188408A1 WO 2023188408 A1 WO2023188408 A1 WO 2023188408A1 JP 2022016933 W JP2022016933 W JP 2022016933W WO 2023188408 A1 WO2023188408 A1 WO 2023188408A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
graphene
photodetector
zno
gate electrode
graphene photodetector
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/016933
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
克将 吉岡
倫雄 熊田
昌幸 橋坂
太郎 若村
Original Assignee
日本電信電話株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電信電話株式会社 filed Critical 日本電信電話株式会社
Priority to PCT/JP2022/016933 priority Critical patent/WO2023188408A1/ja
Publication of WO2023188408A1 publication Critical patent/WO2023188408A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors

Definitions

  • the present invention relates to a graphene photodetector, and specifically relates to a technique for improving the operating speed of a graphene photodetector.
  • a graphene photodetector is an optical receiver that can convert optical signals into electrical signals at high speed and with high efficiency (Non-Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 1 because the energy relaxation of photoexcited carriers that occurs when light is incident is relatively fast, it is expected to operate at speeds of over 200 GHz with a 3 dB bandwidth.
  • Non-Patent Document 2 Since the response of graphene to light changes greatly depending on the Fermi level, it is necessary to create a gate structure to control the Fermi level, but this increases the RC time constant of the circuit and reduces the bandwidth by 3 dB. The band becomes narrow (Non-Patent Document 2).
  • a metal such as Au or graphite is used for the gate electrode.
  • gate capacitance C g (capacitance formed between the gate electrode and the graphene film) is generated when the photocurrent generated in graphene is extracted from the source/drain electrode.
  • the photocurrent decay constant ⁇ RC is given by the product of circuit resistance R and C g as shown in the following equation.
  • the 3 dB bandwidth of the photodetector is determined by the cutoff frequency f RC given by the following equation.
  • a typical value of ⁇ RC in equation (2) is 10 ps for a micrometer-sized graphene photodetector (Non-Patent Document 2).
  • f RC is 16 GHz, and high speeds of 200 GHz or higher cannot be achieved.
  • the present invention aims to provide a graphene photodetector that is not limited by the cut-off frequency f RC of the electrical circuit by nullifying the gate capacitance C g .
  • One aspect of the graphene photodetector of the present invention is a graphene photodetector including a gate electrode for controlling the Fermi level of graphene, wherein the gate electrode is made of ZnO.
  • the RC time constant can be minimized, thereby realizing a high-speed photodetector exceeding 200 GHz with a 3 dB bandwidth.
  • FIG. 1 is a diagram of a graphene photodetector according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing the frequency response of the graphene photodetector according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a diagram of a graphene photodetector according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram of a graphene photodetector according to Embodiment 3.
  • FIG. 4 is a diagram of a graphene photodetector according to Embodiment 4.
  • FIG. 7 is a diagram of a graphene photodetector according to Embodiment 5.
  • FIG. 7 is a diagram of a graphene photodetector according to a sixth embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram of a graphene photodetector according to a comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram showing the frequency response of a graphene photodetector according to a comparative example.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a top-gate graphene photodetector 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • ZnO is used as the material for the gate electrode, which is normally made of metal. This gate structure makes it possible to optimize the Fermi level of graphene.
  • the graphene photodetector 100 includes a substrate 101, a source electrode 102 and a drain electrode 103 formed on the substrate 101, and a portion between the source electrode 102 and the drain electrode 103 on the substrate 101 so as to be in contact with these electrodes.
  • the formed graphene film 104 is included.
  • a ZnO layer 106 is formed above the graphene film 104 with an insulating layer 105 interposed therebetween.
  • the substrate 101 is Si, SiO 2 or Al 2 O 3 .
  • the material of the source electrode 102 and the drain electrode 103 is, for example, a metal material such as Ti/Au.
  • the material of the insulating layer 105 is, for example, an insulating material such as Al 2 O 3 .
  • a ZnO layer is a layer made purely of ZnO. Furthermore, the ZnO layer may contain impurities. A ZnO layer is included in both cases.
  • a graphene film is a layer consisting purely of graphene. Furthermore, the graphene film may contain impurities. The graphene film is included in either case.
  • the Fermi level of graphene is controlled by applying a voltage to the gate structure V Gate described above.
  • ZnO has conductivity to direct current, the conductivity decreases in a region of GHz or higher, and it becomes transparent to high-frequency electromagnetic fields (Non-patent Documents 3 and 4). Therefore, while the ZnO gate electrode has the function of controlling the Fermi level of graphene, it behaves as if it does not exist in response to high-speed photocurrent. As a result, the gate capacitance C g can be minimized, and a high-speed graphene photodetector with a gate structure can be realized.
  • the value of the resistor R varies depending on the device to be mounted, but as an example, if the resistor R is 400 ⁇ , the gate capacitance C g must be 7 fF or less to achieve a 200 GHz response. As described above, in this embodiment, by using ZnO for the gate electrode, it is possible to reduce the gate capacitance C g to 7 fF or less. Note that when the resistance R increases, it is necessary to decrease the gate capacitance C g in inverse proportion.
  • FIG. 2 shows the frequency response of the graphene photodetector 100 that was actually measured.
  • the solid line shows the vector network analysis (VNA) data
  • the white circle shows the heterodyne data
  • the broken line shows the fit line. Since this is an area that conventional VNAs cannot measure, the data was obtained by time-resolved measurement of photocurrent with sub-picosecond time resolution and Fourier transform of the time waveform.
  • White circles are data points
  • solid lines are data points.
  • the dashed line is the fit line. The 3 dB bandwidth reaches 220 GHz, making it possible to realize a high-speed photodetector determined by the inherent time response of graphene.
  • Embodiment 2 In Embodiment 1, an example of a top gate structure was shown, but in Embodiment 2, a graphene photodetector 300 having a bottom gate structure will be described in FIG.
  • the graphene photodetector 300 includes a substrate 101, a source electrode 102 and a drain electrode 103 on the substrate 101, a ZnO layer 106 on the substrate 101 and between the source electrode 102 and the drain electrode 103, and a ZnO layer 106. , an insulating layer 105 on the source electrode 102 and the drain electrode 103, and a graphene film 104 on the insulating layer 105.
  • the height of the upper surface of the insulating layer 105 is lower than the height of the film thickness of the source electrode 102 and the drain electrode 103.
  • a graphene film 104 is formed between the source electrode 102 and the drain electrode 103 so as to be in contact with these electrodes.
  • Embodiment 4 In Embodiment 1, an example of a top gate structure was shown, but in this embodiment, a graphene photodetector 500 having a dual gate structure will be described with reference to FIG.
  • Graphene photodetector 100 has a single ZnO layer 106, whereas graphene photodetector 500 includes multiple ZnO layers 106a, 106b.
  • Embodiment 1 shows an example in which the insulating layer 105 and the ZnO layer 106 are patterned, but in this embodiment, a graphene photodetector 600 in which the insulating layer 605 and the ZnO layer 606 are not patterned is shown in FIG. Explain.
  • a source electrode 102 and a drain electrode 103 are formed to cover both ends of the graphene film 104.
  • Non-patent document 5 is used as the material of the source electrode 102 and the drain electrode 103, and a metal-dielectric-metal (Metal Insulator Metal; MIM) waveguide is formed with a nano gap between the source electrode 102 and the drain electrode 103. . (Non-patent document 5)
  • FIG. 6 a graphene photodetector 700 in which a top dual gate structure is combined with a Si or Si 3 N 4 waveguide 907 in a recess on the substrate 101 is shown in FIG. A graphene film 104 is formed on the Si or Si 3 N 4 waveguide 907 .
  • top gate structure photodetector 100 of the first embodiment with the Si or Si 3 N 4 waveguide 907 of the sixth embodiment in the recess on the substrate 101.
  • ZnO is used for the gate electrode, but ZnO is not limited to ZnO, and while it has conductivity in principle to a DC electric field, the conductivity becomes zero in the 3 dB bandwidth GHz to THz region. , any transparent material can be used instead.
  • FIG. 8 illustrates a conventional graphene photodetector 800.
  • the material of the gate electrode 806 is a metal material such as Au or graphite.
  • the materials of the other components in FIG. 8 are the same as those of the components in FIG.
  • FIG. 9 shows the frequency response of a conventional graphene photodetector 800.
  • the solid line shows the vector network analysis (VNA) data
  • the white circle shows the heterodyne data
  • the broken line shows the fit line.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

本発明のグラフェン光検出器（１００）は、グラフェン（１０４）のフェルミ準位を制御するためのゲート電極（１０６）を備えるグラフェン光検出器（１００）において、前記ゲート電極（１０６）は、ZnOからなることを特徴とする。本発明のグラフェン光検出器の提供により、3 dB帯域幅が200 GHzを超える超高速光検出器の実現が可能になる。

Description

グラフェン光検出器
　本発明は、グラフェン光検出器に関し、詳しくは、グラフェン光検出器の動作速度を向上させる技術に関する。
　グラフェン光検出器は、高速かつ高効率で光信号を電気信号に変換することができる光受信器である（非特許文献１）。特に、光が入射された際に生じる光励起キャリアのエネルギー緩和が比較的高速であるため、3 dB帯域幅で200 GHz以上の速度で動作することが期待されている。
M. Romagnoli, V. Sorianello, M. Midrio, F. H. L. Koppens, C. Huyghebaert, D. Neumaier, P. Galli, W. Templ, A. D’Errico, and A. C. Ferrari, Nat. Rev. (2018) Mater. 3, 392. J. W. McIver, B. Schulte, F.-U. Stein, T. Matsuyama, G. Jotzu, G. Meier, and A. Cavalleri, Nat. Phys. (2020) 16, 38. N. Kumada, N.-H. Tu, K. -i. Sasaki, T. Ota, M. Hashisaka, S. Sasaki, K. Onomitsu, and K. Muraki, Phys. Rev. (2020) B 101, 205205. N. H. Tu, K. Yoshioka, S. Sasaki, M. Takamura, K. Muraki, and N. Kumada, Commun. Mater. (2020) 1, 7. Z. Ma, K. Kikunaga, H. Wang, S. Sun, R. Amin, R. Maiti, M. H. Tahersima, H. Dalir, M. Miscuglio, and V. J. Sorger, ACS Photonics (2020) 7, 932. V. Miseikis, S. Marconi, M. A. Giambra, A. Montanaro, L. Martini, F. Fabbri, S. Pezzini, G. Piccinini, S. Forti, B. Terres, I. Goykhman, L. Hamidouche, P. Legagneux, V. Sorianello, A. C. Ferrari, F. H. L. Koppens, M. Romagnoli, and C. Coletti, ACS Nano (2020) 14, 11190. J. Li, C. Liu, H. Chen, J. Guo, M. Zhang, and D. Dai, Nanophotonics (2020) 9, 2295. M. Massicotte, G. Soavi, A. Principi, and K.-J. Tielrooij, Nanoscale (2021) 13, 8376. S. Marconi, M. A. Giambra, A. Montanaro, V. Miseikis, S. Soresi, S. Tirelli, P. Galli, F. Buchali, W. Templ, C. Coletti, V. Sorianello, and M. Romagnoli, Nat. Commun. (2021) 12, 806.
　しかしながら、グラフェンはフェルミ準位によって光に対する応答が大きく変化するため、フェルミ準位を制御するためのゲート構造を作り込む必要があるが、これによって回路のRC時定数が増大し3 dB帯域幅が狭帯域化してしまう（非特許文献２）。
　すなわち、従来のゲート構造では、ゲート電極にAuやグラファイトなどの金属を用いている。その結果、グラフェンで発生した光電流をソースドレイン電極から引き出す際に、ゲートキャパシタンス Cg（ゲート電極とグラフェン膜との間で形成される容量）が生じる。この場合、グラフェンの光応答の速度にかかわらず、光電流の減衰定数τRCは、次式のとおり、回路抵抗RとCgの積で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　その結果、光検出器の3 dB帯域幅は、次式のカットオフ周波数fRCで律速されることになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）におけるτRCの典型的な値は、マイクロメートルサイズのグラフェン光検出器において10 ps （非特許文献２）である。この場合、fRCは16 GHzであり、200 GHz以上の高速を実現することは出来ない。
　本発明では、ゲートキャパシタンスCgを無効化することにより、電気回路のカットオフ周波数fRCによって制限されないグラフェン光検出器を提供することを目的とする。
　本発明のグラフェン光検出器の一態様は、グラフェンのフェルミ準位を制御するためのゲート電極を備えるグラフェン光検出器において、前記ゲート電極は、ＺｎＯからなることを特徴とする。
　ゲート電極にＺnＯを用いることでRC時定数を最小化することができ、これにより、3 dB帯域幅で200 GHzを超える高速な光検出器を実現することができる。
実施の形態１に係るグラフェン光検出器の図である。 実施の形態１に係るグラフェン光検出器の周波数応答を示す図である。 実施の形態２に係るグラフェン光検出器の図である。 実施の形態３に係るグラフェン光検出器の図である。 実施の形態４に係るグラフェン光検出器の図である。 実施の形態５に係るグラフェン光検出器の図である。 実施の形態６に係るグラフェン光検出器の図である。 比較例に係るグラフェン光検出器の図である。 比較例に係るグラフェン光検出器の周波数応答を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るグラフェン光検出器について、詳細に説明する。但し、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることが当業者にとって自明であることは以下の説明からも明らかである。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
（実施形態１）
　図１は、本発明の実施形態１に係るトップゲート型のグラフェン光検出器１００を示す断面図である。
　通常金属が使われているゲート電極の材料としてZnOを用いる。このゲート構造によりグラフェンのフェルミ準位を最適化することができる。
　グラフェン光検出器１００は、基板１０１と、基板１０１上に形成されたソース電極１０２及びドレイン電極１０３と、基板１０１上において、ソース電極１０２とドレイン電極１０３との間でこれらの電極と接するように形成されたグラフェン膜１０４と、を含む。さらに、グラフェン膜１０４の上方に絶縁層１０５を介してZnO層１０６が形成されている。
　図１のグラフェン光検出器１００の構成要素の材料について、例えば、基板１０１は、Si, SiO2又はAl2O3である。ソース電極１０２及びドレイン電極１０３の材料は、例えば、Ti/Auなどの金属材料である。絶縁層１０５の材料は、例えば、Al2O3などの絶縁体の材料である。
　本明細書において、ZnO層とは、純粋にZnOからなる層である。また、ZnO層は、不純物を含んでいる場合もある。ZnO層は、いずれの場合も含む。本明細書において、グラフェン膜とは、純粋にグラフェンからなる層である。また、グラフェン膜は、不純物を含んでいる場合もある。グラフェン膜は、いずれの場合も含む。
　上述したゲート構造VGateに電圧を加えることによってグラフェンのフェルミ準位を制御する。ZnOは、直流電流に対しては伝導度を有するものの、GHz以上の領域では伝導度が低下し、高周波の電磁場に対して透明となる（非特許文献３、４）。従って、ZnOのゲート電極はグラフェンのフェルミ準位を制御する機能を有しつつ、高速の光電流に対しては存在しないかのように振る舞う。その結果、ゲートキャパシタンスCgを最小化でき、ゲート構造付き高速グラフェン光検出器を実現することができる。
　抵抗Ｒの値は実装されるデバイスによって変わるが、一例として、抵抗Ｒを400 Ωとした場合、200 GHzの応答を実現するにはゲート容量Cgを7 fF以下にする必要がある。本実施形態は、上述のとおり、ゲート電極にZnOを用いることにより、ゲート容量Cgを7 fF以下とすることが可能となる。なお、抵抗Ｒが増す場合、反比例してゲートキャパシタンスCgを減らす必要がある。
　図２に、実際に測定したグラフェン光検出器１００の周波数応答を示す。実線は、ベクトル・ネットワーク解析（VNA）のデ一タ、白丸は、ヘテロダインのデ一タ、破線は、フィット線を示す。従来のVNAでは測定できない領域のため、「サブピコ秒の時間分解能で光電流を時間分解計測し、その時間波形をフーリエ変換することによって得られたデータである。白丸がデータ点、実線がデータ点を繋いだ線、破線がフィット線である。3 dB帯域幅は220 GHzに達しており、グラフェン本来の時間応答で決まる高速光検出器を実現することができた。
　グラフェン光検出器のゲート電極にZnOを用いることでRC時定数を最小化することにより、グラフェンのポテンシャルを最大限引き出すことが可能になる。結果、3 dB帯域幅が200 GHzを超える超高速光検出器の実現が可能になった。
　さらに、ZnOをゲート電極に使用する上で、通常の金属電極と比べてデバイス作成上の制限が増えることはないため様々な応用が可能である。
（実施の形態２）
　実施の形態１では、トップゲート構造の例を示したが、本実施の形態２では、図３にボトムゲート構造を有するグラフェン光検出器３００を説明する。
　グラフェン光検出器３００は、基板１０１と、基板１０１上のソース電極１０２及びドレイン電極１０３と、基板１０１上にあり、かつ、ソース電極１０２及びドレイン電極１０３間にあるZnO層１０６と、ZnO層１０６、ソース電極１０２及びドレイン電極１０３上にある絶縁層１０５と、絶縁層１０５上のグラフェン膜１０４と、を備える。絶縁層１０５の上面の高さは、ソース電極１０２とドレイン電極１０３の膜厚の高さよりも低い。ソース電極１０２とドレイン電極１０３との間でこれらの電極と接するようにグラフェン膜１０４は形成される。
　本実施形態２のグラフェン光検出器のゲート電極にZnOを用いることでRC時定数を最小化することにより、グラフェンのポテンシャルを最大限引き出すことが可能になる。結果、3 dB帯域幅が200 GHzを超える超高速光検出器の実現が可能になる。
（実施の形態３）
　実施の形態２では、トップゲート構造の例を示したが、実施の形態では、図４にデュアルゲート構造を有するグラフェン光検出器４００を説明する。グラフェン光検出器３００は、単数のZnO層１０６を有するのに対し、グラフェン光検出器４００は、複数のZnO層１０６a, １０６bを有する。
　本実施の形態３のグラフェン光検出器のゲート電極にZnOを用いることでRC時定数を最小化することにより、グラフェンのポテンシャルを最大限引き出すことが可能になる。結果、3 dB帯域幅が200 GHzを超える超高速光検出器の実現が可能になる。
（実施の形態４）
　実施の形態１では、トップゲート構造の例を示したが、本実施の形態では、図５に、デュアルゲート構造を有するグラフェン光検出器５００を説明する。グラフェン光検出器１００は、単数のZnO層１０６を有するのに対し、グラフェン光検出器５００は、複数のZnO層１０６a, １０６bを備える。
　本実施の形態４のグラフェン光検出器のゲート電極にZnOを用いることでRC時定数を最小化することにより、グラフェンのポテンシャルを最大限引き出すことが可能になる。結果、3 dB帯域幅が200 GHzを超える超高速光検出器の実現が可能になる。
（実施の形態５）
　実施の形態１では、絶縁層１０５及びＺｎＯ層１０６がパターニングされた例を示したが、本実施の形態では、図６に、絶縁層６０５及びＺｎＯ層６０６がパターニングされていないグラフェン光検出器６００を説明する。グラフェン膜１０４の両端部を覆うように、ソース電極１０２及びドレイン電極１０３が形成されている。
　また、ソース電極１０２及びドレイン電極１０３の材料でＡｕを採用し、ソース電極１０２及びドレイン電極１０３間のナノギャップで構成された金属-誘電体-金属（Metal Insulator Metal；MIM）導波路を形成する。（非特許文献５） 
　本実施の形態５のグラフェン光検出器のゲート電極にZnOを用いることでRC時定数を最小化することにより、グラフェンのポテンシャルを最大限引き出すことが可能になる。結果、3 dB帯域幅が200 GHzを超える超高速光検出器の実現が可能になる。
（実施の形態６）
　本実施の形態６では、トップデュアルゲート構造に、基板１０１上の凹部に、Si又はSi3N4導波路９０７を組み合わせたグラフェン光検出器７００を図７に示す。Si又はSi3N4導波路９０７上にグラフェン膜１０４が形成されている。（非特許文献６，９）
　本実施の形態６のグラフェン光検出器のゲート電極にZnOを用いることでRC時定数を最小化することにより、グラフェンのポテンシャルを最大限引き出すことが可能になる。結果、3 dB帯域幅が200 GHzを超える超高速光検出器の実現が可能になる。
　実施の形態１のトップゲート構造の光検出器１００に、基板１０１上の凹部に、本実施の形態６のSi又はSi3N4導波路９０７を組み合わせることも可能である。
　これまでに発表されている様々な構造、例えば、ハイブリッドシリコン光応答デバイス において、ゲート電極をZnOに置き換えゲート容量Cgを無効化することで、グラフェン光検出器の3 dB帯域幅を限界まで広帯域化させることが可能である。（非特許文献７、８）
　本発明では、ゲート電極にZnO を採用したが、ZnOに限らず、原理的にはDC電場に対して伝導度を有する一方で、3 dB帯域幅がGHz~THz領域で伝導度がゼロになる、透明になる材質であれば代替することができる。
　ゲート電極の材料をZnOに変更するだけで良いため、応用範囲が非常に広く、様々な構造において適用可能である。
<比較例１>
　図８に、従来のグラフェン光検出器８００を説明する。ゲート電極８０６の材料は、Auやグラファイトなどの金属材料である。図８のその他の構成要素の材料は、図１の構成要素の材料と同じである。
　図９に、従来のグラフェン光検出器８００の周波数応答を示す。実線は、ベクトル・ネットワーク解析（VNA）のデ一タ、白丸は、ヘテロダインのデ一タ、破線は、フィット線を示す。その結果、ゲート電極８０６を有するグラフェン光検出器において、実験的にこれまで報告されている3 dB帯域幅の最大値は70 GHzに留まっていたことがわかる（非特許文献９）。

Claims (8)

  1. 　グラフェンのフェルミ準位を制御するためのゲート電極を備えるグラフェン光検出器において、前記ゲート電極はZnOからなることを特徴とするグラフェン光検出器。
  2. 　絶縁層を介して、前記グラフェンからなる層上に、前記ゲート電極を備えたことを特徴とする請求項１に記載のグラフェン光検出器。
  3. 　絶縁層を介して、前記ゲート電極上に、前記グラフェンからなる層を備えたことを特徴とする請求項１に記載のグラフェン光検出器。
  4. 　前記ZnＯは複数の層からなることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載のグラフェン光検出器。
  5. 　前記絶縁層及び前記ゲート電極がパターニングされている特徴とする請求項２乃至４いずれか一項に記載のグラフェン光検出器。
  6. 　前記絶縁層及び前記ゲート電極がパターニングされていないことを特徴とする請求項２乃至４いずれか一項に記載のグラフェン光検出器。
  7. 　Si導波路又はSi3N4導波路が、基板上に設けられ、前記導波路上に前記グラフェンからなる層を設けた請求項２、４又は５に記載のグラフェン光検出器。
  8. 　前記グラフェンからなる膜と、ソース電極及びドレイン電極と接している請求項１乃至７いずれか一項に記載のグラフェン光検出器。
PCT/JP2022/016933 2022-03-31 2022-03-31 グラフェン光検出器 WO2023188408A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/016933 WO2023188408A1 (ja) 2022-03-31 2022-03-31 グラフェン光検出器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/016933 WO2023188408A1 (ja) 2022-03-31 2022-03-31 グラフェン光検出器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023188408A1 true WO2023188408A1 (ja) 2023-10-05

Family

ID=88200475

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/016933 WO2023188408A1 (ja) 2022-03-31 2022-03-31 グラフェン光検出器

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023188408A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130026442A1 (en) * 2011-07-29 2013-01-31 Electronics And Telecommunications Research Institute Photodetector
KR20140037318A (ko) * 2012-09-14 2014-03-27 제주대학교 산학협력단 산화아연 마이크로 와이어를 이용한 그래핀의 전기적 특성 제어수단
US20140264275A1 (en) * 2013-03-13 2014-09-18 The Regents Of The University Of Michigan Photodetectors based on double layer heterostructures
US20170256667A1 (en) * 2016-03-02 2017-09-07 Gwangju Institute Of Science And Technology Graphene-semiconductor schottky junction photodetector of having tunable gain
US20200350443A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-05 Gwangju Institute Of Science And Technology Graphene-semiconductor heterojunction photodetector and method of manufacturing the same
CN112635614A (zh) * 2020-12-21 2021-04-09 华南理工大学 一种采用栅调制石墨烯/半导体肖特基结的光电探测器及制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130026442A1 (en) * 2011-07-29 2013-01-31 Electronics And Telecommunications Research Institute Photodetector
KR20140037318A (ko) * 2012-09-14 2014-03-27 제주대학교 산학협력단 산화아연 마이크로 와이어를 이용한 그래핀의 전기적 특성 제어수단
US20140264275A1 (en) * 2013-03-13 2014-09-18 The Regents Of The University Of Michigan Photodetectors based on double layer heterostructures
US20170256667A1 (en) * 2016-03-02 2017-09-07 Gwangju Institute Of Science And Technology Graphene-semiconductor schottky junction photodetector of having tunable gain
US20200350443A1 (en) * 2019-05-03 2020-11-05 Gwangju Institute Of Science And Technology Graphene-semiconductor heterojunction photodetector and method of manufacturing the same
CN112635614A (zh) * 2020-12-21 2021-04-09 华南理工大学 一种采用栅调制石墨烯/半导体肖特基结的光电探测器及制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kindness et al. Active control of electromagnetically induced transparency in a terahertz metamaterial array with graphene for continuous resonance frequency tuning
Li et al. Enhanced bulk photovoltaic effect in two-dimensional ferroelectric CuInP2S6
Kang et al. MXene–silicon van der Waals heterostructures for high‐speed self‐driven photodetectors
Kielar et al. Long-term stable organic photodetectors with ultra low dark currents for high detectivity applications
Tong et al. Sensitive and ultrabroadband phototransistor based on two‐dimensional Bi2O2Se nanosheets
Fang et al. Solution‐processed self‐powered transparent ultraviolet photodetectors with ultrafast response speed for high‐performance communication system
Luo et al. High responsivity graphene photodetectors from visible to near-infrared by photogating effect
Yajima et al. Positive-bias gate-controlled metal–insulator transition in ultrathin VO2 channels with TiO2 gate dielectrics
Agarwal et al. 2D-3D integration of hexagonal boron nitride and a high-κ dielectric for ultrafast graphene-based electro-absorption modulators
Xiao et al. High performance Van der Waals graphene–WS2–Si heterostructure photodetector
Cho et al. Novel zinc oxide inks with zinc oxide nanoparticles for low-temperature, solution-processed thin-film transistors
Liu et al. Direct observation of high photoresponsivity in pure graphene photodetectors
Hu et al. Gate‐Switchable Photovoltaic Effect in BP/MoTe2 van der Waals Heterojunctions for Self‐Driven Logic Optoelectronics
Sharma et al. Enhanced charge separation at 2D MoS2/ZnS heterojunction: KPFM based study of interface photovoltage
Yang et al. The photovoltaic and photoconductive photodetector based on GeSe/2D semiconductor van der Waals heterostructure
Liu et al. High‐performance quasi‐2D perovskite/single‐walled carbon nanotube phototransistors for low‐cost and sensitive broadband photodetection
Xie et al. Photovoltaic, photo-impedance, and photo-capacitance effects of the flexible (111) BiFeO3 film
Fu et al. Improvement of ultraviolet photoresponse of bent ZnO microwires by coupling piezoelectric and surface oxygen adsorption/desorption effects
Brus et al. Photosensitive Schottky-type heterojunctions prepared by the drawing of graphite films
Patra et al. Dielectric constant of thin film graphitic carbon nitride (g-C3N4) and double dielectric Al2O3/g-C3N4
Shen et al. Enhanced Negative Photoconductivity in InAs Nanowire Phototransistors Surface‐Modified with Molecular Monolayers
Nath et al. Light tuning DC and AC electrical properties of ZnO-rGO based hybrid nanocomposite film
Chen et al. Enhanced photoresponsivity in carbon quantum dots-coupled graphene/silicon Schottky-junction photodetector
Zhang et al. Enhanced polarization sensitivity by plasmonic-cavity in graphene phototransistors
Veeralingam et al. Low cost, flexible, perovskite BaTiO3 nanofibers‐based p–n homojunction for multifunctional sensing of physical and chemical stimuli

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22935546

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1