集積回路設計のための高速・高精度な電磁界解析技術の研究

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26820139
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 平野 拓一 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 助教 (60345361)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 等価媒質定数 / 集積回路 / 電磁界解析 / ダミーメタル / 誘電率 / オンチップアンテナ / CMOS / ミリ波

研究実績の概要

本研究課題では、集積回路の高速・高精度な電磁界解析に関する研究を行うのが目的である。シリコンCMOSプロセス技術の発展により、ディジタル回路のみならずマイクロ波・ミリ波帯高周波アナログ回路のチップへの集積化が進んでいる。しかし、高度に集積した場合には回路ブロック同士の相互結合や干渉が問題となる。これらの問題は電磁界解析により予測できるが、チップの配線構造が複雑なため、実構造の電磁界解析は現在でも不可能である。本課題では回路ブロック同士の相互結合および干渉を評価するための高速・高精度解析に関する研究を行う。
平成27年度は誘電体基板を用いたマイクロ波帯(1 GHz～10 GHz 程度)での実測による理論の検証を行った。CMOSチップのダミーメタルを模したパターンをFR-4基板で製作し、有限要素法によるシミュレーション結果と比較して、良好な一致が確認できた。
平成28年度は実際のCMOSチップのダミーメタルの等価媒質定数のシミュレーションによる抽出計算を行った。
平成29年度はミリ波帯(30 GHz～67 GHz)での実測との比較により平成26年に確立した一様等価媒質による解析手法の有効性の検証を行った。65nm以下のCMOS製造プロセスでの配置が必須となるダミーメタルを等価媒質としてシミュレーションした。ダミーメタルを考慮しないでシミュレーションした場合は反射係数の共振周波数は13%高くなっていたが、ダミーメタルを考慮したシミュレーションでは4%高くなるにとどまり、シミュレーション精度の向上が確認できた。今後、シミュレーションによる高精度なRF回路設計の可能性が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Analysis of Effective Material Properties of Metal Dummy Fills in a CMOS Chip (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hirano, N. Li, K. Okada
  • 雑誌名: IEICE Trans. Commun. 巻: Vol.E100-B, No.5 ページ: 793-798
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relationship between Q factor and complex resonant frequency: investigations using RLC series circuit (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hirano
  • 雑誌名: IEICE Electronics Express 巻: Vol.14, No.21 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1587/elex.14.20170941
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 電磁界シミュレータ利用の勘所 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平野拓一
  • 雑誌名: 電子情報通信学会誌 巻: Vol.100, No.5 ページ: 342-348
• [学会発表] Gain Measurement of 60 GHz CMOS On-Chip Dipole Antenna By Proton Irradiation (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuichi Hirano, Ning Li, Takeshi Inoue, Hirochika Yagi, Kenichi Okada, Akira Matsuzawa
  • 学会等名: International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP)
  • 国際学会
• [学会発表] Education Materials of Electricity and Magnetism using MATLAB (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuichi Hirano and Jiro Hirokawa
  • 学会等名: The 2017 IEEE International Symposium on Radio-Frequency Integration Technology (RFIT2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 共振の定義の違いと複素共振周波数によるQ値の計算 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平野拓一
  • 学会等名: 電子情報通信学会ソサイエティ大会
• [学会発表] 電磁界シミュレーションの導波管ポートにおける高次モードの影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平野拓一
  • 学会等名: 電子情報通信学会マイクロ波研究会
• [学会発表] Antenna Technology for Biomedical Imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuichi Hirano, Takamaro Kikkawa
  • 学会等名: 国際ナノデバイステクノロジーワークショップ2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 磁性材料・部品の最新開発事例と応用技術 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平野拓一（4.4節分担）他
  • 総ページ数: 563
  • 出版者: 技術情報協会
• [備考] 研究紹介（平野拓一）
  • URL: http://www.takuichi.net/research/
• [備考] 電磁界解析（平野拓一）
  • URL: http://www.takuichi.net/em_analysis/