1999 Fiscal Year Annual Research Report
テラヘルツ電磁波による走行電子波のビート集群現象と超高速三端子デバイスへの応用
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11450136
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
朝田 雅洋 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (30167887)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡辺 正裕 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (00251637)
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| Keywords | テラヘルツ増幅素子 / 共鳴トンネル構造 / フォトンアシストトンネル / 電子波ビート / テラヘルツ平面パッチアンテナ / 金属 / 絶縁体 / 半導体超挌子 / フッ化カルシウム / フッ化カドミウム |
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| Research Abstract |
超高周波増幅の可能性を持つデバイスとして提案した、電子波の光遷移とビートによる集群効果を組み合わせた新しい原理の三端子増幅素子の実現を目指し、(1)デバイス構造形成のための結晶成長法の確立、(2)動作原理の基礎である電子波のフォトンアシストトンネル効果の観測を行った。まず、デバイス構造形成のための結晶成長に関して、ヘテロ界面のポテンシャル障壁の高い組み合わせとしてSi基板上のCaF2/SiおよびCaF2/CdF2を選択し、イオン化ビーム結晶成長法を用いて成長層の結晶性および被覆率について基板結晶オフ角依存性および成長温度依存性を明らかにした。この結果に基づいて結晶成長条件を最適化して共鳴トンネルダイオードを作製し、室温で再現性のよい微分負性抵抗を得た。また、提案した増幅素子の主原理となるフォトンアシストトンネル効果を把握するための初期実験として、極微小面積GaInAs/InAlAs三重障壁共鳴トンネル構造にパッチアンテナ共振器を集積した構造を作製してテラヘルツ電磁波を照射し、共鳴トンネル構造においては室温で初めての、フォトンアシトトンネルによる誘導放出と吸収の電流成分を得ることに成功した。観測した誘導放出成分からフォトンアシストトンネルに伴うテラヘルツ増幅利得係数を算出した。さらに、パッチアンテナの構造を改善し、導体損失を大幅に減少させることにより、大きなテラヘルツ高周波電圧を共鳴トンネルに誘起することができ、これによって多光子過程を伴うフォトンアシストトンネルを発現させることにも成功した。これら実験で得られたフォトンアシストトンネル特性に基づいて、提案した三端子素子の増幅特性の理論解析を行い、数テラヘルツまでの電力増幅が可能であることを示し、その実現のために必要なデバイス構造を明らかにした。
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[Publications] W.Saitoh: "Analysis of short-channel schottky source/drain metal- oxide-semiconductor field-effect transistor on silicon-on-insulator substrate and demonstration of sub-50nm n-type"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 6226-6231 (1999)
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[Publications] M.Tsutsui: "Resonant tunneling diodes in Si/CaF2 heterostructures grown by molecular beam epitaxy"Japanese Journal of Applied Physics. 38. L920-L922 (1999)
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[Publications] W.Saitoh: ""35nm metal gate p-type metal oxide semiconductor field-effect transistor with PtSi Schottky source/drain on separation by implanted oxygen substrate""Japanese Journal of Applied Physics. 38. L629-L631 (1999)
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[Publications] Y.Oguma: ""Terahertz response with dradual change from square-law detection to photon-assisted tunneling in tripple-barrier resnant tunneling diodes""Japanese Journal of Applied Physics. 38. L717-L719 (1999)
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[Publications] M.Asada: ""Estimation of THz gain due to interwell transition by the measurement of detection properties of triple-barrier resonant tunneling diodes""Int.Conf.On Nonequilibrium Carrier Dynamics in Semiconductors (HCIS-11). MoB-1 (1999)
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[Publications] Y.Oguma: ""Observation of gradual change from square-law detection to photon-assisted tunneling in THz response of triple-barrier resonant tunneling diodes""Int.Conf.on Modulated Semiconductor Structures (MSS9). G03 (1999)
