可穿戴电子设备和物联网等塑造未来的概念推动着人们对低功耗电子设备以及设备或芯片级能量收集的追求。来自 AMO GmbH、亚琛工业大学、查尔默斯大学和伍珀塔尔大学的研究人员现已开发出一种新型柔性能量收集器，为可穿戴设备和保形设备提供动力，前景良好。
图 1.ACS Applied Electronic Materials的封面，展示 Hemmetter 及其合作者实现的矩形天线（图片由 Andreas Hemmetter 制作）。
该装置是一种整流天线，即直接与二极管耦合的天线，能够检测辐射并将其转换为直流输出。由于肖特基二极管具有足够短的响应时间，在微波区域工作的整流天线早在六十年代就已问世。目前的挑战是将整流器的工作原理扩展到更高的频率范围，特别是太赫兹（THz）和光学频率。
论文第一作者 Andreas Hemmetter 解释说：”0.1 到 10 太赫兹之间的频率范围特别有趣，因为有很多应用都在这个频率范围内工作–从通信到材料分析，再到监控筛查和生物医学分析。”我们的设备是一个小型化、低噪音太赫兹功率探测器，工作频率可达 0.17 太赫兹。但与此同时，它还能在相同频率范围内作为能量收集器工作，其性能可与最先进的设备媲美”。
Hemmetter 及其合作者开发的设备的一大优势是可以在柔性薄膜衬底上生产，克服了硅电子芯片的外形限制。关键在于金属绝缘体石墨烯（MIG）二极管的使用。 石墨烯的高电荷载流子迁移率和柔韧性使其能够在柔性基底上实现兼具卓越直流性能和高截止频率的器件。
上图：聚酰亚胺上的矩形天线显微照片。下图: 一维 MIG 二极管的横截面示意图。
更准确地说，Hemmetter 及其合作者的整流天线利用的是一维 MIG 二极管，这意味着二极管中的结区只有石墨烯薄片本身的厚度，约为 0.3 纳米（见图 2）。与传统的 MIG 二极管相比，这种几何形状上的变化影响巨大，因为它同时降低了结的容量和电阻，提高了其工作频率，从而提高了整流天线的性能。
这项工作的另一个有趣之处在于，为制造基于一维 MIG 二极管的整流天线而开发的工艺是可扩展的，与传统的薄膜技术兼容，并且具有高产能。
“我们的成果非常令人鼓舞”，AMO 公司石墨烯电子学组组长、论文通讯作者Zhenxing Wang说。”他们指出了将整流天线阵列用作可穿戴设备或自供电传感器电源的可能性”。 该研究成果以开放获取方式发表在《ACS 应用电子材料》（ACS Applied Electronic Materials）上。
该项目获得了欧盟地平线 2020 研究与创新计划的资助，资助协议编号为 101006963 (GreEnergy)、881603 (Graphene Flagship) 和 863337 (WiPLASH)。本研究还得到了德国联邦政府项目 HiPeDi（编号：WA4139/1.1）、GLECS-2（编号：NE1633/3）的资助。
参考文献信息：
Terahertz Rectennas on Flexible Substrates Based on One-Dimensional Metal–Insulator–Graphene Diodes
A. Hemmetter, X. Yang, Z. Wang, M. Otto, B. Uzlu, M. Andree, U. Pfeiffer, A. Vorobiev, J. Stake, M. C. Lemme, and D. Neumaier, ACS Appl. Electron. Mater. 2021, 3, 9, 3747–3753
https://doi.org/10.1021/acsaelm.1c00134
Cover picture: https://pubs.acs.org/pb-assets/images/_journalCovers/aaembp/aaembp_v003i009-2.jpg?0.8416792197273669
本文来自AMO GmbH，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
