طراحی، شبیه سازی و ساخت آشکارساز تراهرتز مبتنی بر گرافن

گرافن لایه دو بعدی از اتم های کربن با پیوند sp2 در شبکه لانه زنبوری می باشد. پیکربندی منحصر بفرد اتم های کربن منجر به یک رابطه ی پراکندگی جدید در حوالی انرژی دیراک می شود. در حوالی نقطه دیراک طیف دو بعدی، خطی است و در نتیجه الکترون ها با سرعت ثابت (100 بربار بیشتر از سیلیکان) در حرکت هستند. بسیاری از ویژگی های جذاب گرافن ناشی از این رابطه پراکندگی است که ناشی از فرمیون های نسبی بی جرم می باشد. در قطعات الکترونیکی مبتنی بر سیلیکان، سرعت عملکرد قطعه توسط حفره ها محدود می شود. ولی در گرافن تحرک حفره ها برابر با تحرک الکترون هاست. در نتیجه، قطعات الکترونیکی مبتنی بر گرافن سریع تر عمل می کنند. به دلیل عدم وجود گاف انرژی در طیف انرژی، گرافن می تواند طیف وسیعی از تابش الکترومغناطیسی را جذب نماید. در نهایت، گرافن می تواند در ادوات الکترونیکی از قبیل سلول خورشیدی، دیودهای نورگسیل آلی، آشکارسازهای نوری و سایر موارد مورد استفاده قرار گیرد. از طرفی دیگر تمام اتم های کربن در سطح گرافن قرار گرفته است و چگالی الکترون ها در آن بالا می باشد و همچنین گرافن تحت تاثیر گازهای محیط اطراف قرار می گیرد که این به نوبت خود باعث ناپایداری شیمیایی گرافن شده و برای بدست آوردن نتایج قابل تکرار به شرایط خلا نیازمند است. چالش اساسی در تحقیقات بر روی گرافن ، اصلاح سطح در معرض تماس آن است. به معرفی گاف انرژی ناشی از اندرکنش مولکول های شیمیایی با سطح گرافن برای دستیابی به آشکارساز مادون قرمز در ناحیه 3 تا 5 میکرومتر پرداخته ایم. در این پژوهش نشان داده شده است که به دلیل اندرکنش بین اتم های کربن در گرافن با هیدروژن لیگاندهای شیمیایی، ساختار گرافن به شدت تغییر می کند. در نهایت، آشکارساز مادون قرمز مبتنی بر گرافن ترکیبی با گاف انرژی مهندسی شده را ارائه دادیم. ساختار ارائه شده قابلیت کار در دمای اتاق را دارد و در مقایسه با دیگر آشکارسازهای ساخته شده بر اساس گرافن سریع تر می باشد.