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Realisierung einer Graphen-basierten plasmonischen Antenne zur Kommunikation im THz-Bereich

Aufgrund der besonderen Materialeigenschaften von Graphen, können Graphen-basierte Antennen, bei gleicher Emissionsfrequenz, bis zu zwei Größenordnungen kleiner als metallische Antennen sein. Das bietet die Grundlage zur Integration von Antennen in modernen Technologien, wie Nanosensornetzwerken oder Rechnerarchitekturen mit hunderten oder tausenden parallel geschalteten Kernen. In dieser Arbeit werden die theoretischen, technologischen und experimentellen Grundlagen zur Realisierung Graphen-basierter Antennen beschrieben. Das erarbeitete theoretische Modell beschreibt die nötigen Voraussetzungen für eine funktionsfähige Antenne. Hierbei wird gezeigt, dass für eine funktionsfähige Graphen-Antenne eine gute Abstimmung zwischen Antennengeometrie und Materialqualität erfolgen muss. Es wurde ein technologischer Prozess etabliert, der die Herstellung von Graphen-Antennen sowie deren Charakterisierung ermöglicht. Durch Messungen wird gezeigt, dass neben dem Antenneneffekt auch Ladungsträger, die durch eine elektrische Vorspannung beschleunigt werden, zur THz-Emission beitragen. Zur Minimierung dieses Effektes wurde die Geometrie der Antennenstruktur angepasst. Um die Materialqualität zu erhöhen wurden des weiteren Proben hergestellt, bei denen entweder eine oder beide Seiten der Graphen-Antenne mit hexagonalen BorNitrid bedeckt sind. Messungen an diesen Antennen zeigen eine deutlich verstärkte THz-Emission durch die Konzentration des elektrischen Feldes zwischen den beiden Dipol-Antennenarmen. Abschließend werden diverse Möglichkeiten dargestellt um die Emission der Graphen-Antenne zu steigern. Diese Arbeit zeigt somit die erste THz-Emission einer Graphen-Antennenstruktur und präsentiert ausführliche theoretische, technologische und experimentelle Ergebnisse, die als Grundlage zur Realisierung einer funktionsfähigen Graphen-Antenne benötigt werden.

Aktualisiert: 2021-12-30

Autor: Christoph Dieter Süßmeier

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