Отклик асимметричных устройств на основе углеродных нанотрубок на субтерагерцовое излучение

Abstract

In this paper we report on the response of the asymmetric devices based on carbon nanotubes (CNT) on the sub-terahertz radiation. Sensing element of the devices is a dense CNTs network formed by chemical vapor deposition near the catalytic island. Asymmetry of the investigated devices is inhomogeneous morphology of the CNT film which contacted with the metal electrodes. One of the electrodes contacts the part of the CNT-nets which is on the catalytic island where most of the nanotubes are suspended. The second contact connects to the other part of the CNT-network in which the nanotubes are in direct contact with the substrate. This results in the device's asymmetry associated with different thermal contact of the CNT film with the substrate. Under the radiation with a frequency of 140 GHz the DC voltage is observed at zero current bias. Analysis of the dependence of the response on the incident radiation power and the gate voltage in a wide temperature range suggests that the observed effect has a dual nature: thermal and photovoltaic. Volt-watt sensitivity of the device at room temperature exceeds the values which were earlier reported for detectors based on CNTs for submillimeter and THz ranges.

• carbon nanotubes
• THz detectors

Аннотация (на русском)

Отклик асимметричных устройств на основе углеродных нанотрубок на субтерагерцовое излучение

В данной работе мы описываем отклик, возникающий под воздействием субтерагерцового излучения, в ассиметричных устройствах на основе углеродных нанотрубок (УНТ). Чувствительным элементом данных устройств является плотная сетка УНТ, сформированная путем осаждения из газовой фазы в окрестности каталитического островка. Асимметрия исследуемых устройств заключается в неоднородной морфологии сетки УНТ, соединенной с металлическими контактами. Один из контактов связан с той частью УНТ-сетки, которая находится на каталитическом островке, где большинство нанотрубок подвешены над подложкой. Второй металлический контакт связан с другой частью УНТ-сетки, в которой нанотрубки находятся в непосредственном контакте с подложкой. Это приводит к асимметрии в устройстве, связанной с различным тепловым контактом сетки УНТ по отношению к подложке. Под воздействием излучения с частотой 140 ГГц наблюдается возникновение постоянного напряжения при нулевом токе смещения. Анализ зависимостей данного отклика от мощности падающего излучения и от затворного напряжения в широком диапазоне температур свидетельствует о том, что наблюдаемый эффект имеет двойную природу: тепловую и фотоэлектрическую. Вольт-ваттная чувствительность такого устройства при комнатной температуре превышает значения, которые приводились ранее для детекторов на основе УНТ, для субмиллиметрового и ТГц диапазонов.

For citation

References

1. P. Avouris, M. Freitag & V. Perebeinos, Nature Photonics 2, 341 - 350 (2008).
2. L. Ren, C. L. Pint, L. G. Booshehri, W. D. Rice, X. Wang, D. J. Hilton, K. Takeya, I. Kawayama, M. Tonouchi, R. H. Hauge and J. Kono, Nano Lett., 9, 2610 (2009).
3. J. D. Chudow, D. F. Santavicca, C. B. McKitterick, D. E. Prober, and P. Kim, Appl. Phys. Lett., 100, 163503 (2012).
4. M. Rinzan, G. Jenkins, H. D. Drew, S. Shafranjuk, and P. Barbara, Nano Lett., 12, 3097 (2012).
5. H. L. Hortensius, A. Öztürk, P. Zeng, E. F. C. Driessen, and T. M. Klapwijk, Appl. Phys. Lett. 100, 223112 (2012).
6. A. Tselev, K. Hatton, M. S. Fuhrer, M. Paranjape and P. Barbara, Nanotechnology, 15, 1475 (2004).
7. B. C. St-Antoine, D. Me´nard, and R. Martel, Nano Lett., 9, 3503 (2009).
8. J. P. Small, K. M. Perez, and P. Kim, Phys. Rev. Lett. 91, 256801 (2003).
9. T. Kampfrath, K. von Volkmann, C. M. Aguirre, P. Desjardins, R. Martel, M. Krenz, C. Frischkorn, M. Wolf, and L. Perfetti, Phys. Rev. Lett., 101, 267403 (2008).