2017 Fiscal Year Annual Research Report
Monolithic Integrated Terahertz Transceiver using Resonant Tunneling Diodes
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16K14246
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
鈴木 左文 東京工業大学, 工学院, 准教授 (40550471)
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2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | テラヘルツ / 増幅器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で提案する共鳴トンネルダイオード（RTD）を用いたテラヘルツ（THz）送受信モノリシック集積回路に関して、中核となるRTDの負性抵抗特性を利用した双方向増幅器の設計と実験的な基礎原理検証を行った。増幅器。回路設計には電磁界シミュレーションを用い、マイクロストリップラインの長さと幅および低損失誘電体であるシクロオレフィンコポリマー（COC）の厚さを変化させ90°ハイブリッド回路を設計し、4ポートパラメータを算出した後に、別途、RTDパラメータを組み合わせて設計した。RTDのパラメータは、デバイス作製により電流特性を明らかにし、また、発振器を作製して発振周波数を測定することでキャパシタンスを抽出した。以上の計算により、300GHz帯では0.7平方μm のRTDメサを集積することで5dB、1THz帯では0.4平方μm のRTDメサを集積することで2.5dBの増幅度を有することが分かり、テラヘルツ増幅が可能なことを示した。また、どちらの周波数帯でも100GHz程度の帯域を有していることも明らかになった。増幅器回路の設計と共に、一緒に集積するパッチアンテナの設計も行い、約5dBiの指向性が上方に得られることがわかった。これらより、理論的に増幅・放射特性は明らかになったが、増幅を得るには直流だけではなく高周波のTHz帯でも負性抵抗特性を有することが必要であるため、THzベクトルネットワークアナライザとオンウエハプローブを用いて高周波の負性抵抗特性を測定した。このRTDのTHz帯パラメータ直接測定は世界で初めての試みである。様々なデバイスパターンを用いて寄生素子の影響を取り除き特性を抽出したところ、1THz帯まで負性抵抗特性を有していることが明らかとなり、これにより、RTDによる増幅器実現の原理的な検証ができた。
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