Development of High-Speed and High-Accuracy Electromagnetic Simulation Technology for RF Integrated Circuits

• Project/Area Number: 26820139
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Communication/Network engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Hirano Takuichi 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 助教 (60345361)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2016: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2015: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2014: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 電子デバイス・集積回路 / マイクロ波・ミリ波・テラヘルツ波 / 微細プロセス技術 / アンテナ / ダミーメタル / 電磁界解析 / 実効媒質定数 / 等価媒質定数 / 集積回路 / 誘電率 / オンチップアンテナ / CMOS / ミリ波 / 細線

Outline of Final Research Achievements

Electromagnetic simulation technology to extract effective material properties of metal dummy fills and lines is developed. Effective material properties are analyzed from propagation constant by considering a unit cell of the structure via eigenmode analysis. Measured and calculated frequency characteristic of reflection coefficient are compared for a 60 GHz band on-chip dipole antenna. It was confirmed that the calculated value agrees very well with the measured one when the effective material property of the dummy metal fills were considered. The proposed technique using effective material property enables high speed and accurate analysis of dummy metal fills in a CMOS chip.

Research Products

• [Journal Article] Analysis of Effective Material Properties of Metal Dummy Fills in a CMOS Chip (2017)
  • Author(s): T. Hirano, N. Li, K. Okada
  • Journal Title: IEICE Trans. Commun. Volume: Vol.E100-B, No.5 Pages: 793-798
  • NAID: 130005631648
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Relationship between Q factor and complex resonant frequency: investigations using RLC series circuit (2017)
  • Author(s): T. Hirano
  • Journal Title: IEICE Electronics Express Volume: 14 Issue: 21 Pages: 20170941-20170941
  • DOI: 10.1587/elex.14.20170941
  • NAID: 130006199438
  • ISSN: 1349-2543
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 電磁界シミュレータ利用の勘所 (2017)
  • Author(s): 平野拓一
  • Journal Title: 電子情報通信学会誌 Volume: Vol.100, No.5 Pages: 342-348
• [Journal Article] Dual-Band Printed Inverted-F Antenna with a Nested Structure (2016)
  • Author(s): T. Hirano, J. Takada
  • Journal Title: Progress In Electromagnetics Research Letters Volume: 61 Pages: 1-6
  • DOI: 10.2528/pierl16041202
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Influence of the SMA Connector and Its Modeling on Electromagnetic Simulation (2015)
  • Author(s): T. Hirano, J. Hirokawa and M. Ando
  • Journal Title: Microwave and Optical Technology Letters (MOP) Volume: 57 Issue: 9 Pages: 2168-2171
  • DOI: 10.1002/mop.29304
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 材料への微細空孔生成による低損失化の電磁界シミュレーション (2014)
  • Author(s): 矢尾 裕樹, 平野 拓一, 広川 二郎, 安藤 真
  • Journal Title: 電子情報通信学会論文誌 C Volume: J97-C Pages: 535-541
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Gain Measurement of 60 GHz CMOS On-Chip Dipole Antenna By Proton Irradiation (2017)
  • Author(s): Takuichi Hirano, Ning Li, Takeshi Inoue, Hirochika Yagi, Kenichi Okada, Akira Matsuzawa
  • Organizer: International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Education Materials of Electricity and Magnetism using MATLAB (2017)
  • Author(s): Takuichi Hirano and Jiro Hirokawa
  • Organizer: The 2017 IEEE International Symposium on Radio-Frequency Integration Technology (RFIT2017)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 共振の定義の違いと複素共振周波数によるQ値の計算 (2017)
  • Author(s): 平野拓一
  • Organizer: 電子情報通信学会ソサイエティ大会
• [Presentation] 電磁界シミュレーションの導波管ポートにおける高次モードの影響 (2017)
  • Author(s): 平野拓一
  • Organizer: 電子情報通信学会マイクロ波研究会
• [Presentation] Antenna Technology for Biomedical Imaging (2017)
  • Author(s): Takuichi Hirano, Takamaro Kikkawa
  • Organizer: 国際ナノデバイステクノロジーワークショップ2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ミリ波帯オンチップアンテナの解析におけるダミーメタルの実効媒質定数近似 (2016)
  • Author(s): 平野拓一・李 寧・岡田健一・広川二郎・安藤 真
  • Organizer: 電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県）
  • Year and Date: 2016-03-15
• [Presentation] 方形導波管中に置いた誘電体基板上の周期構造方形金属片のSパラメータ測定 (2016)
  • Author(s): 平野拓一
  • Organizer: 電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • Place of Presentation: 北大（北海道）
• [Presentation] ローレンツ力の発見の歴史と面電流に仮想変位の原理を適用した導出 (2016)
  • Author(s): 平野拓一
  • Organizer: 電子情報通信学会電磁界理論研究会
  • Place of Presentation: 網走 オホーツク・文化交流センター（北海道）
• [Presentation] 電力波の異なる導出方法と複素特性インピーダンスを持つ線路の伝送特性 (2016)
  • Author(s): 平野拓一
  • Organizer: 電子情報通信学会マイクロ波研究会
  • Place of Presentation: 岐阜大学 サテライトキャンパス（岐阜）
• [Presentation] GSGパッド給電の電磁界シミュレーションにおけるモデル化 (2016)
  • Author(s): 平野 拓一
  • Organizer: Microwave Workshops & Exhibition (MWE 2016) マイクロウェーブワークショップ
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川）
• [Presentation] Design of 60 GHz CMOS on-Chip Dipole Antenna with 50 % Radiation Efficiency by Helium-3 Ion Irradiation (2015)
  • Author(s): T. Hirano, N. Li, K. Okada, A. Matsuzawa, J. Hirokawa and M. Ando, T. Inoue, and H. Sakane
  • Organizer: The 2015 IEEE International Conference on Antenna Measurements and Applications (CAMA)
  • Place of Presentation: Chiang Mai, Thailand
  • Year and Date: 2015-11-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヘリウム3イオン照射による低損失60GHz帯CMOSオンチップダイポールアンテナの設計 (2015)
  • Author(s): 平野拓一・李 寧・岡田健一・松澤 昭・広川二郎・安藤 真・井上 剛・坂根 仁
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究報告
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県）
  • Year and Date: 2015-10-22
• [Presentation] ヘリウム3のイオン照射による60GHz帯50%放射効率CMOSオンチップアンテナの解析 (2015)
  • Author(s): 平野拓一・李 寧・岡田健一・松澤 昭・井上 剛・坂根 仁・広川二郎・安藤 真
  • Organizer: 電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県）
  • Year and Date: 2015-09-08
• [Presentation] 反射係数を考慮したSパラメータの距離特性を用いた利得測定に関する一検討 (2015)
  • Author(s): 飯田雄貴・平野拓一・広川二郎・安藤 真
  • Organizer: 電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県）
  • Year and Date: 2015-09-08
• [Presentation] Calculation of Gain in a Lossy Medium (2015)
  • Author(s): Hirano, Jiro Hirokawa, Makoto Ando
  • Organizer: Progress In Electromagnetics Research Symposium (PIERS)
  • Place of Presentation: Prague, Czech Republic
  • Year and Date: 2015-07-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 2次元周期配列導体細線の実効媒質定数の解析 (2015)
  • Author(s): 平野拓一・広川二郎・安藤 真
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究報告, vol.114, no.433, EST2014-130, pp.321-325
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス
  • Year and Date: 2015-01-29 – 2015-01-30
• [Presentation] 5GHz 帯CMOS オンチップスパイラルインダクタの電磁界解析 (2014)
  • Author(s): 平野拓一・李 寧・岡田健一・松澤 昭・広川二郎・安藤 真・井上 剛・坂根 仁
  • Organizer: 電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集, C-15-9
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 2014-09-23 – 2014-09-26
• [Book] 磁性材料・部品の最新開発事例と応用技術 (2018)
  • Author(s): 平野拓一（4.4節分担）他
  • Total Pages: 563
  • Publisher: 技術情報協会
• [Remarks] 研究紹介（平野拓一）
  • URL: http://www.takuichi.net/research/
• [Remarks] 電磁界解析（平野拓一）
  • URL: http://www.takuichi.net/em_analysis/
• [Remarks] 研究紹介
  • URL: http://www.takuichi.net/research/index.html
• [Remarks] 業績リスト
  • URL: http://www.takuichi.net/profile/papers.html
• [Remarks] 研究紹介
  • URL: http://www-antenna.ee.titech.ac.jp/~hira/research/
• [Remarks] 業績リスト
  • URL: http://www-antenna.ee.titech.ac.jp/~hira/profile/papers.html