| 研究課題/領域番号 |
19H00761
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 関西学院大学 (2020-2021)
福井大学 (2019) |
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研究代表者 |
葛原 正明 関西学院大学, 工学部, 教授 (20377469)
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| 研究分担者 |
ASUBAR JOEL 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (10574220)
分島 彰男 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80588575)
只友 一行 山口大学, その他部局等, 名誉教授 (10379927)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
45,500千円 (直接経費: 35,000千円、間接経費: 10,500千円)
2021年度: 12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円)
2020年度: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円)
2019年度: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円)
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| キーワード | 準ミリ波 / HEMT / AlGaN/GaN / 電力増幅器 / 無線電力伝送 / 破壊電界 / 電力利得 / トランジスタ / 窒化物半導体 / 高出力 / 高電子移動度トランジスタ / 電力増幅 / 耐圧 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の概要は、24 GHz帯（免許不要の産業・科学・医療バンド）の準ミリ波帯で電力増幅が可能な小型の高出力GaNトランジスタの開発を行う研究である。
GaNの理想の破壊電界強度3.3 MV/cmに近い絶縁特性を得るべく、半絶縁性GaN基板の上にトランジスタを作製し、その基本構造は、AlGaN/GaNヘテロ接合上に形成したサブミクロン長のゲート電極をもつ高電子移動度トランジスタ（HEMT）とする。開発するトランジスタの目標性能は、準ミリ波帯で無線電力伝送実験が可能となるよう、電力利得6 dB以上で出力電力10 W以上（出力電力密度5 W/mm以上）とする。
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| 研究成果の概要 |
本研究では無線電力伝送応用を目指した電力増幅器の研究開発を推進した。大電力動作が可能な絶縁膜（MOS）ゲートをもつGaN-HEMTを検討した。この結果、MOSゲートHEMTにおいて、印加バイアス20-50Vの広い範囲で高周波利得が4～5dB改善できることを確認した。等価回路解析からMOSゲートHEMTの電圧利得(gm/gd)が従来HEMTより2.5～3倍向上していることを確認した。また半絶縁性GaN基板の絶縁破壊電界の向上を進め、Fe添加により最大2 MV/cmを超える絶縁破壊電界を達成した。これら知見をもとに半絶縁性GaN基板上の24GHz帯増幅器の設計を完了しデバイス試作を実施した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
エネルギー自給率の向上を目指して再生可能エネルギーの開発と省エネ化が急務である。この解決策として無線電力伝送を用いた太陽光や洋上風力発電の推進が望まれる。本研究では、準ミリ波帯で動作する高出力動作可能なMOSゲートGaN-HEMTを開発する。またMOSゲートGaN-HEMTが従来HEMTに比べて高利得を示す要因を解明する。さらに高電圧HEMT動作をめざして、半絶縁性GaN基板の実効破壊電界強度の向上を推進し世界最高性能の実現をめざす。本研究で開発する技術は無線電力伝送に用いる電力増幅器の回路設計性を容易にし、アンテナやシステムの小型化など回路応用の汎用性を広げる利点を社会に提供できる。
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