2019 Fiscal Year Annual Research Report
Research on ultra-small millimeter-wave wireless terminal
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17K06418
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
平野 拓一 東京都市大学, 工学部, 准教授 (60345361)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 小型 / 無線機 / ミリ波 / オンチップアンテナ / シリコン基板 / 低損失 / イオン照射 / スルーシリコンビア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリコン基板は抵抗率10Ω・cm(導電率10S/m)程度のものが用いられ、通信用のミリ波の損失は非常に大きく、放射効率（アンテナの入力電力に対して、外部に放射される電力の割合）は10%以下となってしまう。そこで、シリコン基板への水素(H)またはヘリウム(He)のイオン照射技術を用いてシリコン基板の抵抗率を1kΩ・cmまで上げて損失を低減させる方法を検討し、シミュレーションによって材料定数の確認を行った。シミュレーションで効率的に特性予測する手法を構築した。また、従来、シリコンの導電率のみが変化すると考えられていたが、テラヘルツ時間領域分光システムを用いてシリコンの比誘電率をテラヘルツ帯で測定した。イオン照射後は照射前に比べて、比誘電率が4%程度小さくなるという結果が得られた。
チップの実装方法として、現在主流のボンディングワイヤによる実装を想定した60GHz帯オンチップアンテナの設計を行った。放射効率を低下させる要因となるシリコン基板に放射電磁波を侵入させないように、スルー・シリコン・ビア(TSV)を用いた高効率オンチップアンテナの検討を行った。TSVはオンチップアンテナの領域を囲い、その内部はイオン照射処理を仮定して低損失のシリコンでモデル化した。シミュレーションで50%の放射効率が得られた。イオン照射およびTSVを用いないときの放射効率は5%であり、10倍の改善効果が得られた。また、フリップチップ実装を想定したオンチップアンテナの設計も行った。シミュレーションで52%の放射効率が得られ、ボンディングワイヤ同様に大きな改善効果が確認できた。
実際のチップ試作の準備として、チップの実装、チップ内の各回路の接続におけるシミュレーション技術を研究してオンチップアンテナのみならず、ディジタル・アナログ混載回路の特性評価に必要となる電磁界シミュレーション技術を準備した。
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Research Products
(8 results)
