具有分离门电抽运石墨烯中电子-空穴等离子体的冷却效应

张玉萍; 刘陵玉; 陈琦; 冯志红; 王俊龙; 张晓; 张洪艳; 张会云

doi:10.7498/aps.62.097202

摘要

本文研究了室温条件下具有分离门的电诱导石墨烯n-i-p结构中, 与电子和空穴注入有关的粒子数反转效应. 考虑n区横向电场的屏栅效应, 计算了电子-空穴的有效温度与门电压以及光声子的有效温度与门电压的关系, 结果表明注入可以导致n区中电子-空穴等离子体显著冷却, 直至低于晶格温度; 计算了电流-电压特性以及与频率有关的动态电导率, 在一定的电压下, 动态电导率在太赫兹频段可以为负值. 研究表明电子-空穴等离子体冷却能够加强负动态电导率效应, 提高实现太赫兹激射的可行性.

关键词:

Abstract

We have studied the effect of population inversion associated with the electron and hole injection in graphene layer n-i-p structures with split gates at room temperature. Considering the transverse electric field screening of the n-section, we calculated the dependence of the electron-hole effective temperature and optical phonon effective temperature on the gate-voltage. It is shown that the injection can lead to cooling of the electron-hole plasma in n-section to the temperatures lower than the lattice temperature. The current-voltage characteristics, and the frequency-dependent dynamic conductivity are calculated, the frequency-dependent dynamic conductivity can be negative in the terahertz frequency range at a certain applied voltage. The study demonstrates that electron-hole plasma cooling can enhance the negative dynamic conductivity effect and improve the feasibility of terahertz lasing.

Keywords:

作者及机构信息

1.
山东科技大学理学院, 青岛市太赫兹技术重点实验室, 青岛 266510;

2.
中国工程物理研究院, 电子工程研究所, 绵阳 621900;

3.
专用集成电路重点实验室, 石家庄 050051

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61001018)、山东省自然科学基金(批准号:ZR2011FM009,ZR2012FM011)、山东科技大学杰出青年科学基金(批准号:2010KYJQ103)、山东省高等学校科技计划项目(批准号:J11LG20)、青岛市科技计划项目(批准号:11-2-4-4-(8)-jch,10-3-4-2-1-jch)和山东科技大学科技创新基金(批准号:YCA120378)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Qingdao Key Laboratory of Terahertz Technology, College of Science,Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266510, China;

2.
Institute of Electronic Engineering, China Academy of Engineering Physics, Mianyang Sichuan 621900, China;

3.
Science and Technology on ASIC Labarotary, Shijiazhuang 050051, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61001018), the Natural Science Foundation of Shandong Province, China (Grant Nos. ZR2011FM009, ZR2012FM011), the Research Fund of Shandong University of Science and Technology (SDUST), China (Grant No. 2010KYJQ103), the project of Shandong Province Higher Educational Science and Technology Program (Grant No. J11LG20), the Qingdao Science & Technology Project, China (Grant Nos. 11-2-4-4-(8)-jch, 10-3-4-2-1-jch), and the Shandong University of Science and Technology Foundation, China (Grant No. YCA120378).

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