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中赤外・THz光電力変換用高性能レクテナダイオードの開発

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ0239
補助金の研究課題番号 22J11167 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関東北大学

研究代表者

LIU ZHEN  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードEnergy harvesting / optical retenna / MIM diode / High rectification / Optical rectenna / Tunnel diode / Nanoparticles / Electric field
研究開始時の研究の概要

The mid-infrared and terahertz range is still an unexplored area for energy harvesting technology. Optical rectenna, comprising a specially designed rectenna and a tunneling diode, has demonstrated potential for infrared energy conversion. This research’s goal is to create a high performance tunnel diode for optical rectenna, and then integrates with the novel deigned antenna to absorb the infrared light for practical power generations.

研究実績の概要

The target of this study is to create a high-performance metal-insulator-metal (MIM) diode for optical rectenna system to realize infrared radiation energy harvesting. During this study, the progress mainly included 3 parts:

1. Establish a design framework for materials combination of MIM diode based on photon-assisted-tunneling. Aiming to achieve the most effective energy harvesting and maximize the utilization of photon energy.
2. Development of rectification performance improved 231 times MIM diode with nanoparticles (NPs) for near infrared thermal radiation. Design and fabricate the MIM diode with metallic NPs to achieve the electrical field concentration effect in tunneling layer.
3. Establish a detailed analytical model for electron tunneling with MIM diode by considering comprehensive effect including materials properties and geometric changes.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] INSA Lyon(フランス)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Enhanced current density and asymmetry of metal-insulator-metal diodes based on self-assembly of Pt nanoparticles2023

    • 著者名/発表者名
      Zhen Liu, Shunsuke Abe, Makoto Shimizu, and Hiroo Yugami
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 122 号: 9 ページ: 093502-093502

    • DOI

      10.1063/5.0123591

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optical rectenna with wide wavelength coverage from a hollow resonator coupled with a metal-insulator-metal tunnel diode2022

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Matsuura, Makoto Shimizu, Zhen Liu and Hiroo Yugami
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 15 号: 6 ページ: 062001-062001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac6c1b

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Emission bandwidth control on a two-dimensional superlattice microcavity array2022

    • 著者名/発表者名
      Liu Zhen、Shimizu Makoto、Yugami Hiroo
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 30 号: 8 ページ: 13839-13839

    • DOI

      10.1364/oe.455722

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Energy Harvesting for Thermal Radiation in a Wide Wavelength Range Using Optical Rectenna with a Hollow Resonator2024

    • 著者名/発表者名
      Zhen Liu
    • 学会等名
      45th PhotonIcs and Electromagnetics Research Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Metal-insulator-metal diode using self-assembled Pt nanoparticles for optical rectenna2023

    • 著者名/発表者名
      Zhen Liu
    • 学会等名
      The 84th JSAP Autumn Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] MIMトンネルダイオード結合型空洞共振器構造に基づく光レクテナデバイスの設計2023

    • 著者名/発表者名
      Zhen Liu
    • 学会等名
      熱工学コンファレンス2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Hybrid Resonance Mode Based Narrowband Emission in 2D Superlattice Photonic Microcavity2022

    • 著者名/発表者名
      Zhen Liu
    • 学会等名
      13Th World Conference on Thermophotovoltaic Generation of Electricity
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of Metal-Insulator-Metal Diodes for Optical Rectennas Operating at Various Wavelengths2022

    • 著者名/発表者名
      Zhen Liu
    • 学会等名
      The 83rd JSAP Autumn Meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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