Out-of-Equilibrium Carrier Dynamics in Graphene and Graphene-based Devices for High-Performance Electronics

Abstract

Con los limites tecnologicos de las tecnologias de semiconductores tradicionales alcanzando los limites de escalado y integracion en chip, el descubrimiento del grafeno y sus impresionantes propiedades supuso una prometedora alternativa para el futuro de la electronica. Para contextualizar adecuadamente las posibilidades del grafeno, la investigacion de las propiedades micrsocopicas del transporte electronico es una tarea crucial.\nCon este objetivo, se ha desarrollado un simulador Monte Carlo para grafeno, que incluye la dinamica de electrones y huecos, con espacial atencion a fenomenos de portadores calientes, como fonones fuera de equilibrio, procesos Auger o generacion/recombinacion asistida por fonones.El analisis del transporte electronico a campos altos permitio cuantificar el impacto relativo del autocalentamiento y los fonones calientes sobre la velocidad de deriva en condiciones estacionarias y la temperatura del material. Ademas, se observo un comportamiento lineal de la corriente debida a la ionizacion por impacto. \nSe ha estudiado la fenomenologia relacionada con fluctuaciones empleando diversos metodos numericos orientados a condiciones transitorias particulares (saltos abruptos de campo o senales 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 generacion de armonicos de orden alto en grafeno se presenta en terminos del ancho de banda limite para su deteccion. \nEl potencial del grafeno para aplicaciones optoelectronicas precisa de una comprension detallada de los procesos de relajacion ultrarrapida que sufren los portadores fotoexcitados con longitudes de onda apropiadas. Llevamos a cabo un examen exhaustivo de este proceso, con especial atencion a las condiciones iniciales de fotoexcitacion, el papel de los fonones calientes, y el efecto del sustrato. \nFinalmente presentamos una version inicial de simulador para dispositivos electronicos basados en materiales 2D, que cimentara las lineas futuras de investigacion en el campo del modelado Monte Carlo de estos dispositivos.