2022 Fiscal Year Final Research Report

Creation of free-space electron-traveling photodiodes and realization of terahertz-wave pulsed beams

Research Project

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Project/Area Number	20H00253
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	Kato Kazutoshi 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (10563827)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	永妻忠夫大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (00452417) 硴塚孝明早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 准教授 (20522345) 金谷晴一九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (40271077) 前田辰郎国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究主幹 (40357984) 高畑清人早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 准教授 (40780797) 久保木猛九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (50756236)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	光電変換デバイス / テラヘルツ波 / 真空フォトダイオード / パルスビーム / アレー集積 / フォトミキシング
Outline of Final Research Achievements	A photoelectric conversion device structure was formed in which electrons travel in free space. The change in the applied voltage-photocurrent characteristic with and without optical input confirmed that the electrons were traveling in space. A device consisting of 8 x 17 = 136 elements of 0.25 mm square connected to an antenna was created, giving the prospect of 100-array scale integration technology. Using conventional photodiodes, we established terahertz-wave beam generation using an array and a new pulsed technology using a wavelength-tunable laser. As an application system development, we extended the depth of field of a terahertz-wave imaging scanner and demonstrated the world's highest performance with a scan frequency of 250 Hz, a moving stage speed of 500 mm/sec, and a depth of field of 170 mm.
Free Research Field	光エレクトロニクス
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	光電子を半導体内ではなく自由空間を走行させる新たなデバイスの概念を提示し、それを実現するためのデバイス構造の提案および作製を実現したこと、このデバイスの動作を実証する特性が得られたこと、また波長可変レーザを用いた新たなパテラヘルツルス波生成法の提案と実証を行ったことが学術的意義である。社会ニーズを調査し、本技術の応用として、テラヘルツ波イメージングスキャナの被写界深度の拡大を行い世界最高性能を実証したことで、テラヘルツ波の応用分野の可能性を一気に広げたことが社会的意義である。