2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of plasmonic integrated circuits
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26289103
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
福田 光男 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50378262)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石井 佑弥 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30633440)
石山 武 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40314653)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 表面プラズモン / 光・電子融合素子 / 光デバイス / 光回路 / 論理演算回路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度の研究目標はCMOS互換プロセスにより作製可能な(1)表面プラズモン変調器の開発と(2)表面プラズモンデバイスと電子デバイスの集積化技術開発である。本目標に向けて以下の研究を行なった。
（１）表面プラズモン変調器の開発：表面プラズモン金属導波路（ゲート電極）/SiO2/ｐ-Si/ SiO2/Siで構成されるMOS構造を時間領域差分法（FDTD法）により設計した。本構造では、金属導波路（ゲート電極）へ電圧を印加することにより、ｐ-Si層内に反転分布を発生させて電子を蓄積することが可能で、本電子の自由キャリア吸収により表面プラズモンの光電界を吸収することが可能である。したがって、印加電圧の大きさで表面プラズモンの強度を変調可能である。CMOS互換プロセスにより本変調器を作製し、表面プラズモンが強度変調（20Vの電圧印加で強度が3dB減少）されることを実験的に確認した。
（２）表面プラズモンデバイス及び電子デバイスの集積化：上記変調器の開発と平行して、表面プラズモン変調器とモノリシック集積が可能な、1300nmと1550nm帯で動作する表面プラズモン合波器と分波器を設計し、CMOS互換プロセスにより作製した。これらのデバイスについて、表面プラズモン強度の空間分布を近接場光顕微鏡により測定し、合波および分波動作していることを確認した。これらデバイスを表面プラズモン導波路でMOSFETのゲート電極へ接続すると、導波路を伝播した表面プラズモン信号によりMOSFETが動作し、電気信号としてMOSFETから出力可能である。
（３）論理演算回路の高度化：平成27年度に実現していたシリコン基板上に表面プラズモン金属配線導波路と多モード干渉計からなるプラズモニック半加算器について、信号のオン/オフ比増大の観点より、設計と作製の両面で見直しを行なった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成28年度の開発目標はCMOS互換プロセスにより作製可能な(1)表面プラズモン変調器の開発と(2)表面プラズモンデバイスと電子デバイスの集積化技術開発である。
これら目標に対して、研究実績の概要で記載したように、CMOS互換プロセスで製作可能な構造を有する表面プラズモン変調器を開発し、その動作を実験的に確認できている。また、表面プラズモンデバイスと電子デバイスを同一シリコン基板上で集積するための導波路および合分波器を開発し、それら出力をMOSFETの電気信号として出力できる構成を実験的に確認している。さらに、目標には掲げていないが、表面プラズモン半加算器の性能向上の検討を設計と製作の両面から実施している。
これらを勘案し、上記進捗の判断を行なった。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度から28年度までに開発した光・電子融合デバイスの作製技術を基礎として、最終年度である平成29年度は(1)表面プラズモン変調器の高性能化（デバイスサイズの縮小）と(2)表面プラズモン論理回路の多段接続化の実現を狙う。これらの技術を開発することにより、表面プラズモンを用いた光・電子融合デバイスの一層の高性能化が可能となる。
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Research Products
(17 results)
