Neue Publikation: Skalierbare Graphen-Rectennas für den Terahertz-Bereich
Wir gratulieren Dr. Andreas Hemmetter und dem gesamten Forschungsteam herzlich zur Veröffentlichung ihres neuen Fachartikels „Enhanced coupling efficiency in geometric terahertz rectennas based on scalable CVD graphene“ in der Fachzeitschrift Discover Electronics.
Die Gewinnung und Nutzung elektromagnetischer Energie aus zukünftigen drahtlosen Kommunikationsnetzwerken könnte eine Schlüsseltechnologie für autonome Sensoren und IoT-Anwendungen werden. Einen wichtigen Schritt in diese Richtung stellt die nun veröffentlichte Arbeit dar, in der geometrische Graphen-Rectennas für den Terahertz-Frequenzbereich vorgestellt werden. Die Bauelemente arbeiten bei Raumtemperatur und ohne externe Vorspannung bis zu Frequenzen von 0,68 THz.
Eine zentrale Herausforderung bei geometrischen Gleichrichtern besteht darin, quasi-ballistischen Ladungstransport mit einer skalierbaren Fertigungstechnologie zu verbinden. Statt des häufig verwendeten mechanisch exfolierten Graphens setzte das Forschungsteam auf kommerziell verfügbares CVD-Graphen und fertigte die Bauelemente auf 2-Zoll-Wafern. Damit wird ein wichtiger Schritt in Richtung industriell relevanter Herstellungsprozesse ermöglicht.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Arbeit ist das innovative Bauelementdesign. Durch die Parallelschaltung von drei geometrischen Gleichrichtern konnte der Eingangswiderstand reduziert und die Impedanzanpassung an die Antenne deutlich verbessert werden. Dadurch stieg die Kopplungseffizienz von 2,1 % auf 7,4 %. Gleichzeitig erhöhte sich die gemessene Terahertz-Responsivität im Vergleich zu einem einzelnen Gleichrichter nahezu um den Faktor fünf.
Die entwickelten Bauelemente erreichten eine intrinsische Spitzenresponsivität von 11,8 V/W sowie eine minimale thermische rauschäquivalente Leistung von 1,9 nW/√Hz. Besonders bemerkenswert ist, dass diese Werte ohne Source-Drain- oder Gate-Vorspannung erzielt wurden. Die Ergebnisse unterstreichen das Potenzial geometrischer Graphen-Rectennas als Grundlage für zukünftige skalierbare THz-Detektoren und für Systeme zur Energiegewinnung aus drahtlosen Netzwerken.
Die Arbeit entstand im Rahmen einer erfolgreichen internationalen Zusammenarbeit zwischen der AMO GmbH, der RWTH Aachen University, der Goethe-Universität Frankfurt, der Università degli Studi di Udine, der Marche Polytechnic University und der Vilnius University. Neben Erstautor Andreas Hemmetter waren zahlreiche Forschende der beteiligten Partnerinstitutionen an dem Projekt beteiligt.
Die Forschungsarbeiten wurden durch das europäische GreEnergy-Projekt, die 2D Pilot Line, das DFG-Schwerpunktprogramm INTEREST sowie die Lithuanian Science Foundation unterstützt.
Wir freuen uns, zu dieser Entwicklung beigetragen zu haben, und gratulieren Andreas Hemmetter sowie allen beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zu dieser erfolgreichen Veröffentlichung.
Die Publikation ist als Open-Access-Beitrag verfügbar und kann hier abgerufen werden.
