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THz周波数ΔΣ変調方式を用いた高性能センサ技術の開拓

Research Project

Project/Area Number 18H01495
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
Research InstitutionUniversity of Toyama

Principal Investigator

前澤 宏一  富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (90301217)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 安藤 浩哉  豊田工業高等専門学校, 情報工学科, 教授 (30212674)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,030,000 (Direct Cost: ¥13,100,000、Indirect Cost: ¥3,930,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
KeywordsΔΣ変調 / 共鳴トンネル / THz / センサ / 周波数ΔΣ変調 / 発振器 / マイクロフォン / FPGA / ノイズフロア
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、THz に達する超高周波発振器を用いた周波数ΔΣ変調方式に基づく新しいセンサ技術を開拓することにある。周波数ΔΣ変調方式は、高分解能・高ダイナミックレンジを特徴とするΔΣアナログ-デジタル変換器(ADC) のコアであるΔΣ変調器を、電圧制御発振器(VCO) を用いて実現する方法である。通常必要なフィードバックデジタル-アナログ変換器(DAC) を必要とせず、高速動作、高帯域化に適している。このVCO を何らかの物理量で周波数が変化する発振器に置き換えれば、シンプルな構成で高性能なセンサが可能となる。このセンサの性能は、発振周波数に強く依存する。我々は、これに共鳴トンネル素子を基盤としたTHz 領域の発振器を用いることにより、超高性能なセンサ技術を開拓する。
本年度は、空洞共振器マイクロフォンセンサのさらなる高性能化とともに、新しい応用について検討を進めた。空洞共振器には様々な共振モードがあるが、これまでは、比較的単純で励起しやすいTE111モードを用いてきた。しかし、このモードは、メンブレンの変位に対する共振周波数変化が比較的小さく、またQ値もさほど大きくない。ここでは、TE111と同様な方法で励起可能なTE113モードについて検討した。外部アンプを用いたループ型発振器を構成し、TE113モードでの発振を確認するとともに、7dB以上の感度の増大を確認した。
次に、本マイクロフォンセンサの新たな応用について検討を行った。このセンサはメンブレンの変位を検知するものであり、高性能な変位計としても使うことができる。ここでは本センサの特徴を生かした表面粗さ計/AFMへの応用を提案した。この方式は1mmの段差のある表面の1nm以下の微細構造の測定が可能となることが期待できる。簡易的な装置を試作し、その基本動作を実証した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(31 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 4 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Experimental Demonstration of a Hard-Type Oscillator Using a Resonant Tunneling Diode and Its Comparison with a Soft-Type Oscillator2021

    • Author(s)
      MAEZAWA Koichi、ITO Tatsuo、MORI Masayuki
    • Journal Title

      IEICE Trans. Electron.

      Volume: E104.C Issue: 12 Pages: 685-688

    • DOI

      10.1587/transele.2021ecs6002

      10.1587/transele.2021ECS6002

    • NAID

      130008123357

    • ISSN
      0916-8524, 1745-1353
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Noise Floor Reduction in Frequency Delta-Sigma Modulation Microphone Sensors2021

    • Author(s)
      Maezawa Koichi、Mori Masayuki、Andoh Hiroya
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 21 Pages: 3470-3470

    • DOI

      10.3390/s21103470

    • NAID

      120007036355

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Transition Dynamics of Multistable Tunnel-Diode Oscillator Used for Effective Amplitude Modulation2021

    • Author(s)
      NARAHARA Koichi、MAEZAWA Koichi
    • Journal Title

      IEICE Trans. Electron.

      Volume: E104.C Issue: 1 Pages: 40-43

    • DOI

      10.1587/transele.2020ecs6012

      10.1587/transele.2020ECS6012

    • NAID

      130007965112

    • ISSN
      0916-8524, 1745-1353
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of Oscillator Phase Noise on Frequency Delta Sigma Modulators with a High Oversampling Ratio for Sensor Applications2021

    • Author(s)
      MAEZAWA Koichi、MORI Masayuki
    • Journal Title

      IEICE Trans. Electron.

      Volume: E104.C Issue: 9 Pages: 463-466

    • DOI

      10.1587/transele.2020ecs6026

      10.1587/transele.2020ECS6026

    • NAID

      130008082171

    • ISSN
      0916-8524, 1745-1353
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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Delta-sigma modulation microphone sensors employing a resonant tunneling diode with a suspended microstrip resonator2020

    • Author(s)
      Maezawa Koichi、Ito Tatsuo、Mori Masayuki
    • Journal Title

      Sensor Review

      Volume: 40 Pages: 535-542

    • DOI

      10.1108/sr-03-2020-0044

    • NAID

      120006887780

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  • [Journal Article] Study on impedance matching and maximum wireless power transfer efficiency of circuits with resonant coupling based on simplified <i>S</i>-matrix2019

    • Author(s)
      Andoh Hiroya, Tsuzuki Keita, Oikawa Dai, Sugiura Toko, Tsukamoto Takehiko, Maezawa Koichi
    • Journal Title

      IEICE Electron. Express

      Volume: 16 Issue: 11 Pages: 20190156-20190156

    • DOI

      10.1587/elex.16.20190156

    • NAID

      130007661786

    • ISSN
      1349-2543
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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Possibilities of Large Voltage Swing Hard-Type Oscillators Based on Series-Connected Resonant Tunneling Diodes2018

    • Author(s)
      MAEZAWA Koichi、MORI Masayuki
    • Journal Title

      IEICE Trans. Electron.

      Volume: E101.C Issue: 5 Pages: 305-310

    • DOI

      10.1587/transele.e101.c.305

      10.1587/transele.E101.C.305

    • NAID

      130006729735

    • ISSN
      0916-8524, 1745-1353
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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characterization of a hard-type oscillator using series-connected tunnel diodes2018

    • Author(s)
      Narahara Koichi、Maezawa Koichi
    • Journal Title

      IEICE Electron. Express

      Volume: 15 Issue: 10 Pages: 20180355-20180355

    • DOI

      10.1587/elex.15.20180355

    • NAID

      130006744393

    • ISSN
      1349-2543
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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] A microwave chaos generator circuit employing a resonant tunneling diode2021

    • Author(s)
      Umer Farooq, Masayuki Mori, Koichi Maezawa
    • Organizer
      2nd International Electronic Conference (IEC2021) - Enabling Nanoelectronics
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 周波数ΔΣ変調方式変位センサを用いたAFM/表面粗さ計の可能性2021

    • Author(s)
      前澤 宏一, 森 雅之
    • Organizer
      Future Technologies from HIMEJI 2021、第13回集積化MEMSシンポジウム
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  • [Presentation] TE113モードを用いたFMΔΣ変調方式マイクロフォンセンサの特性評価2021

    • Author(s)
      中干場 翔伍、森 雅之、前澤 宏一
    • Organizer
      令和3年度(2021年)応用物理学会 北陸・信越支部 学術講演会
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  • [Presentation] 共鳴トンネルダイオードを用いた周波数ΔΣ方式マイクロフォンセ ンサの 実験的検証2021

    • Author(s)
      相澤 一仙、 森 雅之、 前澤 宏一
    • Organizer
      令和3年度(2021年)応用物理学会 北陸・信越支部 学術講演会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Resonant tunneling hard-type oscillators for THz applications2021

    • Author(s)
      Koichi Maezawa, Masayuki Mori, Hiroya Andoh, and Taiichi Otsuji
    • Organizer
      東北大学 電気通信研究所 令和2年度共同プロジェクト研究発表会
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  • [Presentation] 共鳴トンネルダイオードを用いたハードタイプ発振器の位相ノイズ特性評価2020

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      伊藤多津生、森雅之、前澤宏一
    • Organizer
      令和2年度(2020年)応用物理学会 北陸・信越支部 学術講演会
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  • [Presentation] ループフィードバック型発振器を用いた周波数ΔΣマイクロフォンセンサの検討2020

    • Author(s)
      田端一貴、森雅之、前澤宏一
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      令和2年度(2020年)応用物理学会 北陸・信越支部 学術講演会
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  • [Presentation] Resonant Tunneling Chaos Generator on a Printed Circuit Board (PCB) Employing Bonding Wires for High Quality Inductors2020

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      UMER Farooq, Masayuki MORI, Koichi MAEZAWA
    • Organizer
      令和2年度(2020年)応用物理学会 北陸・信越支部 学術講演会
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  • [Presentation] Fluidic Self-Assembly用Geバンプ接続のマイクロ波/ミリ波特性について2020

    • Author(s)
      大寺悠介、森雅之、前澤宏一
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      令和2年度(2020年)応用物理学会 北陸・信越支部 学術講演会
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  • [Presentation] 周波数ΔΣ変調方式センサにおける位相ノイズのシンプルなモデル化とその実験的検証2020

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      前澤 宏一, 森 雅之
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      Future Technologies from KUMAMOTO ONLINE、第12回集積化MEMSシンポジウム
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  • [Presentation] Resonant tunneling diode oscillators for high performance sensors2020

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      Koichi Maezawa
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      東北大学 電気通信研究所 令和元年度共同プロジェクト研究発表会
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    • Author(s)
      Koichi Maezawa and Masayuki Mori
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      13th Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics (TWHM 2019)
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  • [Presentation] Spurious Free Oscillations of the Resonant Tunneling Hard-Type Oscillators Having a Simple Capacitor Coupled Trigger Input2019

    • Author(s)
      Tatsuo Ito, Masayuki, Mori and Koichi Maezawa
    • Organizer
      13th Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics (TWHM 2019)
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  • [Presentation] 共鳴トンネルダイオード発振器の回路構成と回路パラメータの位相ノイズへの影響2019

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      吉田素将、森 雅之、前澤宏一
    • Organizer
      令和元年度応用物理学会北陸・信越支部学術講演会
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  • [Presentation] 周波数⊿Σ型振動センサ―用発振器に対する基板歪みの効果2019

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      本村彰啓、前澤宏一、森 雅之
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      令和元年度応用物理学会北陸・信越支部学術講演会
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  • [Presentation] 周波数⊿Σ変調方式センサに対する発振器位相ノイズの影響2019

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      前澤宏一、森雅之
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      電子情報通信学会、電子デバイス研究会
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  • [Presentation] Resonant tunneling hard-type oscillators having a Schottky diode trigger circuit for stable and large voltage swing operation2018

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      Koichi Maezawa, Motoyuki Yoshida, Masayuki Mori
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      The 42nd Workshop on Compound Semiconductor Devices and Integrated Circuits held in Europe
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 1-MHz strain detection using resonant tunneling delta-sigma modulation sensors2018

    • Author(s)
      K. Maezawa, T. Tajika, M. Mori
    • Organizer
      2018 Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices (AWAD 2018)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Koichi Maezawa, Motoyuki Yoshida, Masayuki Mori2018

    • Author(s)
      Operating Mechanism and Voltage Swing Enhancement of the Hard-type Oscillators Based on Series-connected RTDs
    • Organizer
      Progress In Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2018)
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  • [Presentation] 周波数⊿Σ変換方式を用いたマイクロフォンセンサの帯域内雑音低減2018

    • Author(s)
      村谷龍星、前澤宏一、森雅之
    • Organizer
      平成30年度応用物理学会北陸・信越支部学術講演会
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  • [Presentation] 空洞共振器を用いた周波数⊿Σ型振動センサの提案2018

    • Author(s)
      本村彰啓、前澤宏一、島田知輝、山川雅輝、村谷龍星、森雅之
    • Organizer
      平成30年度応用物理学会北陸・信越支部学術講演会
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  • [Presentation] 共鳴トンネルダイオードを用いた硬い発振器2018

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      吉田素将、森雅之、前澤宏一
    • Organizer
      第4回有機・無機エレクトロニクスシンポジウム
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  • [Presentation] 周波数ΔΣ変調型センサのための10GS/s FPGA測定系の構築2018

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      前澤宏一、山岡昂博、森雅之
    • Organizer
      電子情報通信学会、 電子デバイス研究会
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      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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