Research and practical application have been developed utilizing terahertz gap between microwave and infrared light. Among that, Terahertz device utilizing field-effect transistors (FETs) such as III-V high-electron mobility transistors or Si-based metal oxide semiconductor transistors has been recently researched. Terahertz detection in FETs is mediated by the excitation of plasma waves within the channel of transistor. In this work, terahertz detection based on plasma wave response in graphene field-effect transistor are demonstrated and analyzed. In the first chapter, relative theory and research background is introduced. In the second chapter, the fabrication of graphene-field effect transistor and its optimization is discussed. In the third chapter, enhanced transconductance, which is essential for a high responsivity FET sensor, in a graphene-field effect transistor by adopting additional gate is studied. In the fourth chapter, short channel graphene field-effect transistor for enhanced plasma wave response is fabricated, and their performance is measured and analyzed.
광파와 라디오파 사이의 영역인 테라헤르츠 대역을 이용한 연구와 실 생활의 응용이 이루어져오고 있다. 그 중에서도 상온에서 동작하는 고성능 소자로서 삼-오족 고이동도트랜지스터나 실리콘 기반의 전계 효과 트랜지스터를 활용한 테라헤르츠 소자가 연구되고 있는데, 이는 채널 내 플라즈마파의 여기를 활용한다. 본 연구에서는 그래핀 채널 전계 효과 트랜지스터의 플라즈마파 반응을 이용한 테라헤르츠 신호 검출기를 구현하고, 이를 분석한다. 첫 장에서는 관련 이론에 대한 소개를, 두 번째 장에서는 그래핀 트랜지스터의 제조 과정과 기본적인 성능의 최적화에 대해 논한다. 세 번째 장에서는 그래핀 채널에서 이중게이트를 활용하여 고감도 검출기를 위한 변환컨덕턴스의 향상을 알아보고, 네 번째 장에서는 단채널 그래핀 트랜지스터를 제작하여 반응도 향상 및 공진모드로 동작하는 조건에 대하여 알아본다.
