2023 Fiscal Year Final Research Report

Development of Ultra-high Performance InGaSb Channel THz Transistors

Research Project

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Project/Area Number	20H02211
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
Research Institution	Tokyo University of Science
Principal Investigator	Fujishiro Hiroki 東京理科大学, 先進工学部電子システム工学科, 教授 (60339132)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	遠藤聡東京理科大学, 先進工学部電子システム工学科, 客員教授 (60417110) 渡邊一世国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所小金井フロンティア研究センター, 室長 (20450687) 町田龍人国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所小金井フロンティア研究センター, 研究員 (50806560)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	テラヘルツ領域 / 極限性能トランジスタ / GaInSb / HEMT / 歪みバンドエンジニアリング / fT / fmax / 遅延時間解析
Outline of Final Research Achievements	To develop ultra-high performance THz transistors, (1) physical device/circuit integrated simulator, which includes quantum-corrected Monte Carlo (QC-MC) simulator that can take into account various scattering mechanisms such as interface roughness scattering and SPICE simulator has been developed. And GaInSb channel structure that maximizes fT under realistic roughness scattering and parasitic impedances has been designed. (2) Epi wafers of GaInSb HEMT structures have been grown by MBE. (3) Damage-less device fabrication process compatible with Sb-based materials has been developed and GaInSb HEMTs has been fabricated. In the double-doped strained step-buffer Ga0.22In0.78Sb HEMT with thin barrier layer and double Te δ-doped structure, we have achieved fT = 342 GHz (gate length Lg = 50 nm) and maximum oscillation frequency fmax = 451 GHz (Lg = 70 nm), which are the world's highest level of RF characteristics for Sb-based transistors.
Free Research Field	ナノ電子デバイス
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	光と電磁波の境界であるテラヘルツ領域は、次世代通信、未踏センシング、極限コンピューティングなどの帯域として、フォトニクス、電磁波、エレクトロニクスの分野から研究が進められており、工業・情報通信・医療・バイオ・農業・セキュリティなど様々な応用が見込まれている。本研究は、テラヘルツ領域での共通の基盤技術であるテラヘルツ領域で動作する極限性能トランジスタの開発を目的とし、Sb系トランジスタとして世界最高レベルのfT = 342 GHz、fmax = 451 GHzを実現すると共に、ナローギャップ半導体の新たな学術分野を開拓した。