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comsol电调石墨烯。
石墨烯这玩意儿在微波频段玩电调谐这两年可太火了。
最近拿COMSOL折腾了几个通宵总算摸清了点门道。
咱们直接从模型搭建开始说——打开COMSOL新建个RF模块选电磁波频域毕竟要搞的是GHz级别的响应。
关键在材料定义里藏玄机。
石墨烯表面电导率得用Kubo公式手输sigma (1i*e^2*Ef)/(pi*hbar^2*(omega 1i*gamma)) ... (1i*e^2*kB*T)/(pi*hbar^
*log(2*cosh(Ef/(2*kB*T)))/(omega 1i*gamma);这段代码看着唬人其实核心就是通过费米能级Ef控制电导率实虚部。
注意单位换算的坑——COMSOL默认用mks单位制但文献数据常用eV做单位记得手动转换1eV
602e-19焦耳。
comsol电调石墨烯。
结构上建议用共面波导设计接地板间距别超过50μm。
设置端口时边界条件容易翻车得把石墨烯层单独设为阻抗边界条件。
这里有个骚操作在端口设置里勾选Calculate ports automatically系统会自动识别传播模式。
参数扫描才是重头戏。
在COMSOL里新建参数化扫描把Ef从
2eV扫到
6eV步长
05eV。
跑完仿真别急着关右键结果-导出-参数化扫描数据导出的S参数矩阵用MATLAB处理s21 rfparam(s4p,2,
; plot(Ef_range,20*log10(abs(s
)); xlabel(Fermi Energy (eV)); ylabel(|S21| (dB));这曲线能清晰看到谐振点移动——当Ef从
4变到
5eV时谐振频率偏移了整整12GHz跟石墨烯介电常数随电场变化的非线性特性完全吻合。
不过要注意介电层厚度别超过200nm否则电容效应会削弱调谐灵敏度。
最后验证别忘了材料损耗。
在石墨烯属性里添加各向异性导电率把面内电导率设为sigmareal1i*sigmaimag面外方向保持绝缘。
跑完发现当gamma散射率从1e12增加到5e12时插入损耗直接飙了8dB说明工艺缺陷对器件性能影响比想象中还大。