新原理グラフェントランジスタによる高速?高感度テラヘルツ波の検出に成功 次世代6骋＆7骋超高速无线通信の実现に明るい光

新原理グラフェントランジスタによる高速?高感度テラヘルツ波の検出に成功　次世代6骋＆7骋超高速无线通信の実现に明るい光

2022年12月15日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇电気通信研究所　准教授　佐藤昭

【発表のポイント】

炭素原子の単层シートであるグラフェンを使い、室温下で高速応答かつ高感度なテラヘルツ波^注１の検出に成功した。
単一の金属种で全ての电极を形成する最も単纯なグラフェントランジスタ构造でも高速?高感度検出ができる新たな検出原理を発见した。
6骋、7骋^注２クラスの次世代超高速テラヘルツ无线通信の実现に贡献すると期待される。

【概要】

炭素原子の単原子层材料であるグラフェンは、电子の有効质量^注３がゼロなどの特异な物性を有することから、従来の技术では困难な室温で动作する高速応答かつ高感度なテラヘルツ波検出素子を実现する材料として注目されています。

东北大学电気通信研究所の佐藤昭准教授らと理化学研究所光量子工学研究センターの南出泰亜チームリーダーらの研究グループは、グラフェンを使って、室温で动作する高速応答かつ高感度なテラヘルツ波の検出に成功しました。テラヘルツ波の高速?高感度な検出素子として、电磁波吸収で発热した电子?正孔の空间拡散で生じる起电圧効果を利用する「光电热型検出素子」が知られていますが、电子?正孔の両方が寄与する复雑なバイポーラ型^注４でかつ検出素子の２つの电极に异种材料を用いなければ起电圧が生じず、高性能化と量产化?低コスト化の両立が极めて困难でした。研究グループは、グラフェンをチャネルとする电子のみが関与するユニポーラ型^注４で、かつ全ての电极に同一种の金属を用いる単纯なトランジスタ素子构造でも検出动作可能な、新たな原理を见い出し、高速?高感度なテラヘルツ波検出に初めて成功しました。次世代6骋＆7骋超高速无线通信実现のブレークスルーとなる画期的な成果です。

本成果は、米国物理学協会（American Institute of Physics）が発行するオープンアクセス国際学術論文誌　APL Photonics にFeatured Article*として2022年12月2日にオンライン掲載されました。

*编集委员会により特に学术的意义?インパクトが高いと评価された论文

図1 素子構造を示す鳥観図および素子表面の電子顕微鏡写真像

【用语解説】

注1.テラヘルツ波
テラヘルツは１秒间に10の12乗回（１兆回）振动する周波数。"テラ"は基础となる単位の10の12乗倍（１兆倍）の量を意味する（単位：罢贬锄）。テラヘルツ波は电波と光波の中间に位置する波长约10マイクロメートル（周波数30テラヘルツ）から11ミリメートル（周波数300ギガヘルツ）の电磁波。

注2.6骋、7骋
现行の5骋に続く次世代の无线通信规格であり、5骋の10～100倍以上の通信速度を目指し、研究开発が世界的に进んでいる。5骋で使用されているマイクロ波?ミリ波ではデータ容量に限界があるため、さらに高い周波数を持つテラヘルツ波の活用が望まれている。

注3.电子の有効质量
真空中の自由电子の（静止）质量に対し、固体中で観测される真空中と异なる见かけ上の质量。

注4.バイポーラ型とユニポーラ型
半导体デバイスにおいて电荷を运ぶ担体（キャリア）には电子と正孔（电子の空いた穴）の2种类があり、バイポーラ型デバイスは両者を用いる一方、ユニポーラ型デバイスはどちらか片方を用いる。グラフェンデバイスにおいては、ゲート电极の印加电圧を制御することにより自由に型を変えることが可能である。

详细（プレスリリース本文）