2016 Fiscal Year Annual Research Report
共振器結合型Bi-2212単結晶発振器の創成による1THz以上の発振周波数の獲得
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15H03973
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
加藤 孝弘 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (10432098)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 容士 島根大学, 総合理工学研究科, 教授 (10362906)
川上 彰 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 主任研究員 (90359092)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 固有ジョセフソン接合 / テラヘルツ発振器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H28年度は、前年度に引き続き（１）固有接合発振器において問題となる自己発熱効果の抑制法の検討に加えて（２）フラックス法によるBi-2212単結晶育成法の検討を行った。
(1)の研究では、現状のデバイス構造の熱的問題点を解決するための最適な構造を有限要素法によってシミュレーションした。デバイスの排熱として一番の問題点となるのは発振素子と基板を張り合わせるための接着層（本研究ではポリイミドあるいは紫外線硬化樹脂）のであり，厚さを1 um程度まで薄くすることが出来れば熱特性が改善されることが予想されたため，デバイスプロセスに接着層厚を制御するためのプロセスを取り入れた。現時点では接着層厚に若干のバラつきはあるものの厚さをおおよそ1 umへと薄膜化することに成功した。この結果、発振素子に印加できる電圧を既存のデバイスの3倍程度に向上させることが可能となり，この結果受けて発振周波数1THz以上を達成した。
(2)の研究ではフッ化物をフラックスとしたBi-2212単結晶成長を試みた。出発原料としてBi2O3, SrCO3, CaCO3, CuO, SrF2, CaF2 を用いて、まず酸化物のみで金属比Bi:Sr:Ca:Cu=2:2:1:2 となるように試料を秤量、混合、仮焼を行った。その後、炉から取り出し混合し、さらに加熱処理をした。最後に、フッ化物を混合しアルミナるつぼに入れ熱処理（880℃、6時間）を行った。この結果、最大で厚さ0.25mm×長さ4 mm の板状結晶の成長を確認した。同様の温度プロファイルで酸化物のみのBi-2212 組成の試料を本焼した結果、粉末のまま固相のBi-2212 が生成していたことから、フッ化物を混合することで融解が進み液相からの結晶成長が進んだと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成28年度は前年度に課題となった発熱効果の抑制とシャント抵抗効果の付与効果に関する研究を中心に進めることを目標に定めていた。この課題のうち、発熱の抑制については有限要素法による熱解析によってデバイス構造の最適化を進め発熱を大幅に抑えることが可能となった。この結果、固有接合発振器において1THz以上の発振周波数を達成に成功した。一方で、さらなる発展にはシャント抵抗の付与とその効果の評価など残された課題もある。この課題については、最終年度であるH29年度での解決を目指す。
一方、当初の予定になかったフッ化物フラックス法によるBi-2212単結晶育成法の研究では金属フラックスを用いた場合より低温度での液相成長が可能である見通しを得ることが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度に行った研究において、研究の立案段階の第一目標であった1THz以上の発振周波数は達成することが出来た。また、結晶成長においてフッ化物フラックスを利用することで成長温度の低温下に対する見通しを得ることが出来るなどの進展があった。一方で、シャント抵抗効果の付与効果に加え共振器構造との結合など固有ジョセフソン発振器を高周波工学に基づいて設計するまでには至っていない。最終年度となる平成29年度は、固有接合発振器へのシャント抵抗効果の付与効果、共振器構造との結合に関する研究を進め固有接合発振器の設計指針を明らかにするこをと目指す。
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