一种方法包括提供具有场效应晶体管的振荡器，所述场效应晶体管与谐振电路相连接。所述场效应晶体管具有耦合到栅极电压源的栅电极、源电极、漏电极、和位于所述源电极和所述栅电极之间并电连接至所述源电极和所述漏电极的石墨烯通道。所述方法进一步包括：通过所述栅电极偏置所述石墨烯通道到负微分电阻运行区，以引起振荡器产生具有谐振频率f0的频率信号。还可以包括附加的步骤以改变所述栅极电压的方法，从而偏置所述石墨烯通道到所述负微分电阻运行区，及所述负微分电阻运行区之外，以便分别调整所述频率信号的开和关。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的示例性实施例总体上涉及电子设备、晶体管、场效应器件，场效应晶体管(FETS)，和能够产生微波和太赫兹(THz，112Hz)频率信号及波形的电路，以及包括所述FETS的电子电路。
技术介绍
太赫兹辐射表示频率在0.3到3THz (100 μ m到Imm)之间的电磁波。此频率范围介乎微波和光学光谱(远红外线)之间。THz辐射是重要的、有前景的应用，包括(但不限于)，高带宽通信，医疗，生物和工业图像、隐藏物体的非侵入性成像、雷达、以及空间科学。
技术实现思路
本专利技术示例性实施例的第一个方面提供了一种产生高频信号的设备。该设备由栅电极、源电极、漏电极、以及位于源电极和漏电极之间并且电连接至所述源电极和所述漏电极的石墨烯通道。所述石墨烯通道相对于所述栅电极进行设置，从而由所述栅电极偏置到负微分电阻运行区。本专利技术的示例性实施例的另一方面提供一个电路，所述电路包括场效应晶体管以及谐振电路，所述谐振电路具有连接至场效应晶体管的第一终端。谐振电路包括电感、电容，并且具有用于连接到辐射器的第二终端。场效应晶体管由耦合到栅极电压源的栅电极、源电极、漏电极、位于源电极与漏电极之间并电连接至所述源电极和所述漏电极的石墨烯通道。所述石墨烯通道相对于所述栅电极进行设置，从而由所述栅电极偏置到负微分电阻运行区。本专利技术示例性实施例的一个方面提供了一种方法包括:提供包括与谐振电路连接的场效应晶体管的振荡器。所述场效应晶体管由耦合到栅极电压源的栅电极、源电极、漏电极、和位于源电极与漏电极之间并电连接至所述源电极和所述漏电极的石墨烯通道。所述方法进一步包括通过栅电极偏置石墨烯通道到负微分电阻运行区以引起振荡器产生谐振频率fo。本专利技术的示例性实施例的又一个方面提供了一种方法，包括:提供包括与谐振电路连接的场效应晶体的振荡器，所述场效应晶体管包括耦合到栅极电压源的栅电极、源电极、漏电极、和位于源电极与漏电极之间并电连接至所述源电极和所述漏电极的石墨烯通道。所述方法进一步包括:通过栅电极偏置石墨烯通道到负微分电阻运行区以使得振荡器产生具有谐振频率f0的频率信号，并且改变栅极电压以偏置石墨烯通道到所述负微分电阻运行区，及所述负微分电阻运行区之外，以便分别开启及关闭所述频率信号。【附图说明】图1A和图1B (统称为图1)示出了具有顶栅结构的石墨烯场效应晶体管(FET)的示例性横截面放大视图。其中图1B示出了图1A中的FET的立体图。(各层厚度并未按比例绘制)。图2示出了一个底栅石墨烯FET横截面放大图。图3示出了电流⑴与漏极电压(Vds)的示意图，用于解释图1和图2中的石墨烯FET的电流-电压特征，特别是石墨烯FET的负微分电阻(NDR)操作。图4和5示出了谐振电路的示例性示意图，每个所述谐振电路与辐射器耦合，并且所述谐振电路包括图1或图2中的石墨烯FET。【具体实施方式】有效的生成和检测THz辐射仍然存在挑战，这导致所谓的“太赫兹间隙”的产生。至少部分原因是由于事实上，连续波(CW)、集中、有效、大功率、便宜的，且在室温环境下操作的太赫兹源尚不存在。实现这一 THz源有助于实现，例如通信、成像和医疗等领域的多种应用。原则上，可以使用至少两种不同的技术生成THz辐射。例如，从THz的高频段来看，可以扩展光学技术以产生和检测THz波。但是，这种方法通常受限于太赫兹能量(?ImeV)远小于半导体的典型能量间隙和室温的热能量(?25meV)这一事实。此外，使用光学设备以产生THz辐射通常需要高成本的、复杂的和庞大的设备。从THz的低频段来看，已经对大量的两端电子设备(例如，耿氏二极管，共振隧穿二极管RTD，以及碰撞雪崩过境时间(IMPATT) 二极管)进行了广泛的研宄。这些两端电子设备一个共同的特点和限制性特征就是其电流电压(1-V)特征中表现出的负微分电阻特性。在太赫兹波段采纳RF(射频)电子技术受限于千赫兆范围的晶体管的截止频率，所述截止频率实质性低于THz的范围。本专利技术的实施例中的各种非限制性的示例至少提供一种设备和方法以产生基于三端石墨烯场效应器件的微波和THz辐射。实施例中的非限制性示例提供可以便利的纳入现有电子技术以产生一个简洁、低功耗和便携的THz信号源的设备和电路设计。石墨烯是一种碳的同素异形体，其具有一个原子厚的平面薄片结构，该薄片具有组成了蜂巢(六角形)晶格网络的sp2杂化碳原子。石墨烯具有固有的高载流子迀移率。并且石墨烯提供了形成可以支持很薄的体厚度的石墨烯层的可能性，比如仅有一个碳原子的厚度。可以提供基于石墨烯的场效应晶体管的高频操作，比如超过300GHz。在本专利技术的实施例中，THz频率的产生原理至少部分的基于在特定条件下的石墨烯场效应设备中的负微分电阻(NDR)行为。由于石墨烯的优异电气属性以及和一个相对简单设计相关的最小寄生效应，石墨烯电路的示例性实施例提供了在微波和THz频谱中产生电磁波的额外的和改进的方法。本专利技术的实施例中的非限制性示例提供一种基于石墨烯场效应设备(FETs)产生微波和/或THz辐射的技术。这部分地通过在可以展现负微分电阻(NDR)行为的范围内操作石墨烯FETs来实现。石墨烯FETS的示例性实施例具有三个终端:源电极、漏电极和栅电极。源电极和漏电极直接与石墨烯相连接，而栅电极通过一个薄的绝缘电介质层与石墨烯通道分离。所述石墨烯FET通道体现为一个石墨烯单原子层，其中通道电导由施加于栅电极的电位控制。位于石墨烯通道中的负微分电阻可以实现一定范围的源漏极偏压。如果适当的耦合到包括比如至少一个电感和一个或多个电容的谐振电路，则可以利用石墨烯FET的NDR效果在微波和/或THz频段中的指定频率产生持续的、稳定的、振荡。使用本专利技术的示例性实施例，石墨烯的高载波流动性和饱和速度使得实现与其它类型的NDR设备相比的高振荡频率成为可能。此外，石墨烯的平面结构与晶圆级工艺流程相吻合，并且可以促进和硅基微电子的集成。进一步，按照本专利技术的特定实施例，THz产生电路的特征和操作可以使用栅电极进行调整。比如，可以通过控制栅极电压“开”、“关”微波/THz辐射的产生来实现快速切换。进一步，通过在单腔内放置多个辐射源(多于一个微波/THzFET)，可以实现大功率发射的辐射。图1A和1B，统称为图1，示出了具有顶栅结构的石墨烯场效应设备100的示例。图1示出了具有介质衬底10的顶栅结构，其具有石墨烯层以在所述衬底10表面上形成石墨烯通道12。所述石墨烯通道12至少部分的位于源区14和漏区16的下方，并且电连接至所述源电极和所述漏电极。在石墨烯通道12的上方是栅极电介质层18，所述栅极电介质层18位于栅极区20的下面。与所述源区14相连的是源电极，与所述漏区16相连的是漏电极，并且与所述栅极区20相连的是栅电极，这样可以与石墨烯FET 100的三个端子电连接。图2示出了一个底栅石墨烯FET 100A横截面图。在本实施例中，衬底10的中间部分1A可以作为栅极电介质12。可替代地，可以像图1那样提供单独的栅极电介质层18。在图1或图2所示的实施例中，石墨烯层/通道12可以被外延生长于比如SiC衬底10，或者通过化学气相沉积(CVD)生长于另外一个衬底或者被转移到所期望的衬底。非限制性的，其它合适的衬底材料例如包括:本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种方法，包括:提供振荡器，包括与谐振电路相连的场效应晶体管，其中所述场效应晶体管包括：耦合到栅极电压源的栅电极、源电极、漏电极、和位于所述源电极和所述漏电极之间并且电连接至所述源电极和所述漏电极的石墨烯通道；以及通过所述栅电极偏置石墨烯通道到负微分电阻运行区，以引起所述振荡器产生具有谐振频率f0的频率信号。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：KA詹金斯，林佑民，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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