Out-of-equilibrium carrier dynamics in graphene and graphene-based devices

Resumen

Con los límites tecnológicos de las tecnologías de semiconductores tradicionales alcanzando los límites de escalado y integración en chip, el descubrimiento del grafeno y sus impresionantes propiedades supuso una prometedora alternativa para el futuro de la electrónica. Para contextualizar adecuadamente las posibilidades del grafeno, la investigación de las propiedades micrsocópicas del transporte electrónico es una tarea crucial. Con este objetivo, se ha desarrollado un simulador Monte Carlo para grafeno, que incluye la dinámica de electrones y huecos, con espacial atención a fenómenos de portadores calientes, como fonones fuera de equilibrio, procesos Auger o generación/recombinación asistida por fonones.El análisis del transporte electrónico a campos altos permitió cuantificar el impacto relativo del autocalentamiento y los fonones calientes sobre la velocidad de deriva en condiciones estacionarias y la temperatura del material. Además, se observó un comportamiento lineal de la corriente debida a la ionización por impacto. Se ha estudiado la fenomenología relacionada con fluctuaciones empleando diversos métodos numéricos orientados a condiciones transitorias particulares (saltos abruptos de campo o señales AC). La temperatura del ruido dependiente de la frecuencia se obtuvo a partir de la difusividad y movilidad diferencial los portadores, y la viabilidad de la generación de armónicos de orden alto en grafeno se presenta en términos del ancho de banda límite para su detección. El potencial del grafeno para aplicaciones optoelectrónicas precisa de una comprensión detallada de los procesos de relajación ultrarrápida que sufren los portadores fotoexcitados con longitudes de onda apropiadas. Llevamos a cabo un examen exhaustivo de este proceso, con especial atención a las condiciones iniciales de fotoexcitación, el papel de los fonones calientes, y el efecto del sustrato. Finalmente presentamos una versión inicial de simulador para dispositivos electrónicos basados en materiales 2D, que cimentará las líneas futuras de investigación en el campo del modelado Monte Carlo de estos dispositivos.