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表面プラズモンを利用した超高密度光電子集積回路基盤技術の開発

Research Project

Project/Area Number 13J04193
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Microdevices/Nanodevices
Research InstitutionToyohashi University of Technology

Principal Investigator

相原 卓磨  豊橋技術科学大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords表面プラズモン / 光配線 / 光電子集積回路 / 光ヘテロダイン / MOSFET / 光・電子集積回路 / コヒーレント光通信 / モノリシック集積 / 回折格子
Outline of Annual Research Achievements

情報処理デバイスの高性能化を目指して、チップ内光配線技術が注目される中、光デバイスと電子デバイスのサイズ不整合が課題の一つとして挙げられている。表面プラズモンを利用した光デバイス(以下、表面プラズモンデバイス)は、光の回折限界を越えて小型化できることから、チップ内光配線における新たな通信デバイスとして期待されている。
本研究では、表面プラズモンを通信キャリアとして用いたチップ内光配線の実現を目的とし、これまでにシリコンベースの表面プラズモンデバイスを実現してきた。
当該年度は、(1)表面プラズモン導波路と検出器の集積化、(2)表面プラズモンデバイスと半導体トランジスタの集積化、(3)表面プラズモン信号による電子回路の動作実証、(4)表面プラズモンを介したコヒーレント光信号の伝送特性の評価を行ってきた。(1)では、金属薄膜上を伝播した表面プラズモンをグレーティングを介して金属とシリコン界面に導き、内部光子放出効果に基づいて光電流に変換する構造を提案し、その動作を実証してきた。(2)では、標準CMOSプロセス後に集束イオンビーム加工を施すことにより実現した。(3)では、シリコンに吸収されない波長の光により励起した表面プラズモンを介して、電子回路が静的および動的に動作することを示した。(4)では、光ヘテロダイン法を用いて、光周波数変調信号が表面プラズモン導波路上を伝送することを実証した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2015 2014 2013 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (11 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Coherent Plasmonic Interconnection in Silicon-based Electrical Circuit2015

    • Author(s)
      Takuma Aihara, Hiroki Sakai, Ayumi Takeda, Shinya Okahisa, Masashi Fukuhara, Masashi Ota, Yuya Ishii, Mitsuo Fukuda
    • Journal Title

      IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology

      Volume: 未定 Issue: 10 Pages: 2139-2144

    • DOI

      10.1109/jlt.2015.2395537

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Surface-Plasmon Waveguides as Transmission Lines for Optical Signal and Electrical Bias2014

    • Author(s)
      Masashi Fukuhara, Masashi Ota, Ayumi Takeda, Takuma Aihara, Hiroki Sakai, Yuya Ishii, Mitsuo Fukuda
    • Journal Title

      IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology

      Volume: 32 Issue: 23 Pages: 4490-4495

    • DOI

      10.1109/jlt.2014.2357801

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Schottky-type surface plasmon detector with nano-slit grating using enhanced resonant optical transmission2014

    • Author(s)
      Ayumi Takeda, Takuma Aihara, Masashi Fukuhara, Yuya Ishii, Mitsuo Fukuda
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 116 Issue: 8 Pages: 084313-084313

    • DOI

      10.1063/1.4894150

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Low-loss waveguiding and detecting structure for surface plasmon polaritons2014

    • Author(s)
      Masashi Fukuhara, Masashi Ota, Hiroki Sakai, Takuma Aihara, Yuya Ishii, and Mitsuo Fukuda
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 104 Issue: 8 Pages: 81111-81111

    • DOI

      10.1063/1.4866792

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Monolithic Integration of Surface Plasmon Detector and Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors2013

    • Author(s)
      Takuma Aihara, Masashi Fukuhara, Ayumi Takeda, Byounghyun Lim, Masato Futagawa, Yuya Ishii, Kazuaki Sawada, and Mitsuo Fukuda
    • Journal Title

      IEEE Photonics Journal

      Volume: 5 Issue: 4 Pages: 6800609-6800609

    • DOI

      10.1109/jphot.2013.2272779

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Coherent signal operation of surface plasmon and electronic integrated circuit2014

    • Author(s)
      Takuma Aihara
    • Organizer
      13th Internationa conference of Near-Field Optics
    • Place of Presentation
      Salt Lake, USA
    • Year and Date
      2014-08-31 – 2014-09-04
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 表面プラズモン検出器-MOSFET集積回路における静的および動的特性2014

    • Author(s)
      相原 卓磨, 武田 愛弓, 福原 誠史, 石井 佑弥, 福田 光男
    • Organizer
      電子情報通信学会 レーザ・量子エレクトロニクス研究会
    • Place of Presentation
      同志社大学 烏丸キャンパス
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Plasmonic Signal Amplification by Monolithically Integrated Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect transistors2013

    • Author(s)
      Takuma Aihara, Ayumi Takeda, Masashi Fukuhara, Yuya Ishii, and Mitsuo Fukuda
    • Organizer
      IEEE Photonics Conference 2013
    • Place of Presentation
      Bellevue, USA
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Metal-oxide-semiconductor field-effect transistors operated by surface plasmon polariton2013

    • Author(s)
      Takuma Aihara, Ayumi Takeda, Masashi Fukuhara, Yuya Ishii, and Mitsuo Fukuda
    • Organizer
      SPIE Micro+nano Materials, Devices, and Applications
    • Place of Presentation
      Melbourne, Australia
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Devices and materials for nano-scale optical frequency signal transmission using surface plasmon2013

    • Author(s)
      Mitsuo Fukuda, Takuma Aihara, Masashi Fukuhara, Ayumi Takeda, Yuya Ishii, and Takeshi Ishiyama
    • Organizer
      European Materials Research Society 2013 Spring Meeting
    • Place of Presentation
      Strasbourg, France
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] POLARIZATION-INDEPENDENT PHOTODETECTOR WITH RING-TYPE GRATING2013

    • Author(s)
      Ayumi Takeda, Takuma Aihara, Masashi Fukuhara, Yuya Ishii, and Mitsuo Fukuda
    • Organizer
      IEEE Optical MEMS and Nanophotonics 2013
    • Place of Presentation
      Kanazawa, Japan
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] OPTIMAL DESIGN OF PHOTODETECTOR WITH MULTI-SLIT GRATING2013

    • Author(s)
      Ayumi Takeda, Takuma Aihara, Masashi Fukuhara, Yuya Ishii, and Mitsuo Fukuda
    • Organizer
      IEEE Optical MEMS and Nanophotonics 2013
    • Place of Presentation
      Kanazawa, Japan
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Photoluminescence characteristics of dye-doped polymer nanofibers excited by surface plasmon polaritons2013

    • Author(s)
      Ryohei Kaminose, Yuya Ishii, Takuma Aihara, Ayumi Takeda, and Mitsuo Fukuda
    • Organizer
      SPIE Optics+Photonics 2013
    • Place of Presentation
      San Diego, USA
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Sensitivity improvement of Schottky-type plasmonic detector2013

    • Author(s)
      Ayumi Takeda, Takuma Aihara, Masashi Fukuhara, Yuya Ishii, and Mitsuo Fukuda
    • Organizer
      SPIE Micro+nano Materials, Devices, and Applications
    • Place of Presentation
      Melbourne, Australia
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 表面プラズモン検出器とMOSFETのモノリシック集積化2013

    • Author(s)
      相原 卓磨, 武田 愛弓, 福原 誠史, 石井 佑弥, 福田 光男
    • Organizer
      2013年秋季 第74回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学 京田辺キャンパス
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 表面プラズモンで励起した有機色素含有高分子ナノファイバーの発光特性評価2013

    • Author(s)
      上ノ瀬 亮平, 石井 佑弥, 相原 卓磨, 武田 愛弓, 石井 佑弥, 福田 光男
    • Organizer
      2013年秋季 第74回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学 京田辺キャンパス
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Remarks] フォトニクス研究室

    • URL

      http://www.photon.ee.tut.ac.jp/result/result.html

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Remarks] フォトニクス研究室ホームページ

    • URL

      http://www.photon.ee.tut.ac.jp/result/result.html

    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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