石墨烯的电磁特性及其无源元件研究
本文关键词：石墨烯的电磁特性及其无源元件研究 出处：《浙江大学》2016年博士论文 论文类型：学位论文
更多相关文章： 石墨烯 表征 建模 异质互连 等效电路 信号完整性 天线 可调无源器件 频率选择性表面 吸波结构
【摘要】：随着电子信息技术的不断发展,芯片上晶体管密度遵循摩尔定律持续增加,然而囿于传统材料在电性能和热性能等方面的极限,摩尔定律正面临严峻挑战。为了全面改进电子设备的性能,需要在延续传统的硅基互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的同时,不断探索新材料、新结构、新原理及其应用等。石墨烯所具有的电学、热学与力学等多种优异特性使其成为延续摩尔定律与超越摩尔定律最具潜力的材料之一。然而,现阶段针对石墨烯的电磁研究在表征方法、无源器件设计等方面尚不完善,无法满足其在未来电子产业中的实用需求。针对这些问题,本文开展了以下创新性设计与研究：1)提出了一种基于APC-7 (Amphenol Precision Connector-7mm)同轴连接器的新型非接触式表征方法。该方法采用传播横电磁模电磁波的同轴结构,可以更好地模拟平面波,支持获取宽频带的石墨烯电磁特性,同时可避免去嵌入步骤以及金属-石墨烯接触电阻等容易引入误差的因素。2)深入探索了石墨烯在微波波段可调无源器件方面的新应用,分别对互连、天线、平面吸波结构等进行了分析与设计：基于等效电路建模与部分元等效电路方法,本文探究了基于多层石墨烯纳米带的互连结构与铜-石墨烯异质互连结构的电磁特性,并从输出／输入频率响应、信号完整性以及稳定性等方面,分析了石墨烯的费米能级、边缘散射率等因素对基于新型互连结构的驱动-互连-负载系统的影响。鉴于石墨烯柔性导电与表面电阻可调的特性,本文分别设计了基于石墨烯-金属网格材料的新型柔性天线与石墨烯作为终端负载的新型可调印刷偶极子天线,并实验分析了石墨烯终端负载对偶极子天线性能的影响。基于石墨烯薄膜,本文设计了一款采用石墨烯作为电阻平面,玻璃作为衬底,氟掺杂氧化锡薄膜作为反射面的透明吸波结构,并通过等效电路分析与实验验证了所提的设计方法,为今后的电磁屏蔽应用奠定了技术基础。3)设计了太赫兹频段基于垂直石墨烯条带阵列的新型三维频率选择性表面与吸波结构,二者均可以通过改变偏压实现对工作频率与工作带宽的连续调节。基于尺度规律,本文提出了上述两种结构的工作频率快速预测方法,并通过全波仿真验证了该方法的准确性。此外,本文还提出了频率选择性表面单元的等效电路模型,全波和等效电路仿真对比结果证明该方法高度精确。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O441.6;O613.71;TN820
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，本文编号：1324782
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