半導体2次元電子ガスのプラズマ波によるミリ波・テラヘルツ進行波デバイスの研究
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17656099
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Exploratory Research
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Field |
Electronic materials/Electric materials
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
長谷川 英機 北海道大学, 名誉教授 (60001781)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
葛西 誠也 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 助教授 (30312383)
佐藤 威友 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 助教授 (50343009)
賈 鋭 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 学術研究員 (30374606)
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| Project Period (FY) |
2005
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2005)
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| Budget Amount *help |
¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000)
Fiscal Year 2005: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000)
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| Keywords | 進行波型半導体デバイス / 半導体プラズマ / テラヘルツデバイス / インターディジタル型遅波構造 / 2次元電子ガス / 表面準位 / ガリウムヒソ / ガリウムナイトライド |
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| Research Abstract |
テラヘルツ(THz)帯の周波数領域では、効率よく電磁波を発生・増幅・検波する技術が確立されておらず「テラヘルツギャップ」とよばれている。本研究の目的は、ミリ波・テラヘルツ帯におい.て増幅・検波機能を果たす新しい進行波型半導体デバイスの可能性を、理論的および実験的に検討することにある。その原理は、半導体の2次元電子ガス中に発生するドリフトプラズマ波と、遅波構造による電磁波の空間高調波との相互作用を利用することにある。
(1)電子の慣性項を取り入れたより厳密なプラズマ方程式をもとに、TMモード解析とグリーン関数を含むFredholm積分方程式による空間高調波解析を行い、その結果ミリ波・THz帯で、大きな負性コンダクタンスが得られことを確認した。そして、その機構が高周波では1サイクルあたりの衝突頻度が飛躍的に減ることにあることを示した。
(2)さらに、解析を半導体の表面準位の効果を含むものに拡張し、表面状態による電界分布の変化やスクリーニングが、デバイスに悪影響を及ぼすことを見出した。
(3)AlGaAs/GaAsヘテロ接合上に、インターディジタル型遅波構造を形成したデバイスについて、マイクロ・ミリ波帯で予備実験を行い、おおきなコンダクタンス変調を観測するとともに、理論解析と実験がよく一致することを実証した。これらは、Jpn.J.Appl.Physの正規論文やISDRS(Dec.2005)の国際会議で報告された。
(4)大電力の観点からさらにすぐれた材料は、窒化物系であるが、ヘテロ接合形成技術や電極形成技術が遅れている。このため、この材料のヘテロ界面や表面制御の研究や調査を活発に同時進行させ、多くの成果を得て、これらを公表した。
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Report
(1 results)
Research Products
(17 results)
