Từ một lớp graphene chúng ta muốn tạo ra n-p chuyển tiếp graphene thì phải tạo ra các vùng có mật độ hạt tải khác nhau. Ví như pha tạp, trên lớp
graphene ta pha tạp sao cho tạo ra một vùng ở giữa có nhiều hạt tải lỗ trống – bán dẫn loại p xen giữa hai vùng có nhiều hạt tải electron – bán dẫn loại n. Với cách này ta đã tạo ra một lưỡng chuyển tiếp n-p-n graphene. Ngược lại bằng cách pha tạp ta cũng tạo ra được lưỡng chuyển tiếp p-n-p graphene.
Tuy nhiên, hiện nay trong nghiên cứu thực nghiệm người ta ta ra lưỡng chuyển tiếp n-p-n graphene bằng hệ các điện áp gate phù hợp. Phương pháp này có ưu điểm là có thể dễ dàng tạo ra lưỡng chuyển tiếp và đồng thời cũng có thể dễ dàng thay đổi bằng cách thay đổi điện áp các gate. Trong luận văn này, chúng tôi đưa ra mô hình lưỡng chuyển tiếp n-p-n graphene tạo ra bởi gate.
Hình 2.6: Mô hình lưỡng chuyển tiếp n-p-n graphene tạo ra bởi gate
Ta có Top-gate và Back-gate là hai điện cực, hai điện cực này sẽ tạo ra một điện trường, cảm ứng trên bề mặt Graphene làm cho bề mặt Graphene có một mật độ điện tích nào đó. Đối với Back-gate thì miền cảm ứng là trên toàn bộ tấm graphene, tức là kích thước của back-gate chính bằng kích thước của tấm graphene, còn đối với top-gate thì miền cảm ứng là miền nhỏ, ứng với kích thước của top-gate (thường là nhỏ hơn kích thước của tấm graphene). Với việc điều chỉnh điện thế trên hai gate, ta có thể điều khiển được nồng độ điện tích cảm ứng trên tấm graphene, làm tấm graphene tích điện với 3 miền
p-n hay p-n-p bằng việc điều khiển đó.
Từ thực nghiệm, người ta rút ra được sự phụ thuộc của mật độ các hạt tải tại các miền trên tấm graphene vào điện thế của top-gate và back-gate theo các công thức:
= −
( )
; = + −
( ) (2.2.1)
trong đó và là điện thế của back-gate và top-gate. Các tham số ; là điện dung tương hỗ giữa back-gate và top-gate với tấm graphene (giá trị của nó lấy từ thực nghiệm) và ( ); ( ) cũng được cho bởi thực nghiệm.