CMOSとMEMS／NEMSの融合による超小型・高光度テラヘルツ連続波光源の研究

CMOS与MEMS/NEMS融合超小型高强度太赫兹连续波光源研究

基本信息

批准号：
24860027
负责人：
山根大輔
金额：
$ 1.91万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-08-31 至 2014-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-24860027/
关键词：
テラヘルツ MEMS NEMS CMOS めっき GaAs 光ミキサ

项目摘要

本研究の目的は，大面積ボトムアップ手法（無電解金ナノめっき）により，従来のトップダウン手法（リソグラフィ）では到達困難な超微細電極ギャップを作製し，光通信波長帯の半導体レーザ励起による低コスト・高光度かつ室温動作のテラヘルツ（0.1～10THz）光源を実現することである．初年度の研究実施計画は，無電解金めっきによる電極間ギャップ5nm以下，アスペクト比10以上の超微細厚膜電極の作製である．したがって本年度ではナノ電極作製に注力した．また，3次元電磁界シミュレータHFSSを利用して，ナノギャップ電極およびアンテナ素子（ダイポール型，ボウタイ型，およびスパイラル型）をモデル化し，テラヘルツ波に対する応答をシミュレーションした．ナノギャップ電極の作製では，共同研究者の真島豊教授（東京工業大学応用セラミック研究所）と共同研究を行い，真島研究室所有の電子ビーム描画装置と無電解めっきの条件検索から取り組んだ．GaAs基板を使用する前に，まず単結晶シリコン基板上へ所望の電極パターンを作製した．設計パラメータを電極幅，電極間隔，電極先端ギャップに絞り，他の設計値（デバイス全体のサイズ，パッドサイズなど）は先行研究に習った．シリコン基板上において歩留りの高い設計値は，電極間300nm，電極幅50nmであった．電極間ギャップの最小値は約8nmを達成しており，これは目標値により3nmほど足りないものの，先行研究デバイスよりも10分の1以下の電極ギャップであり，さらに，FIB（Focused Ion Beam）加工などによる基板への物理的ダメージがないため，テラヘルツ波発生効率の大幅な増加が期待できる．シリコン基板上でのプロセス検討後は，GaAs基板上での電極作製へ移行した．これまでに，GaAs基板でもシリコン基板と同等の微細電極を実現しており，今後はアンテナパターンとあわせたデバイス作製を行う．

这项研究的目的是利用大面积自下而上的方法（化学镀金纳米镀）来制造使用传统自上而下的方法（光刻）难以达到的超细电极间隙，并以减少的目标实现低成本、高发光强度、室温工作的太赫兹（0.1至10 THz）光源。第一年的研究实施计划是采用化学镀金技术制造极间间隙为5nm以下、深宽比为10以上的超细厚膜电极。因此，今年我们的重点是纳米电极的制造。此外，使用三维电磁场模拟器HFSS，我们对纳米间隙电极和天线元件（偶极型、领结型和螺旋型）进行了建模，并模拟了它们对太赫兹波的响应。在纳米间隙电极的生产中，我们与共同研究员真岛丰教授（东京工业大学应用陶瓷研究所）进行了联合研究，首先利用真岛实验室自己的电子束光刻设备探索化学镀的条件。在使用GaAs衬底之前，我们首先在单晶硅衬底上制作所需的电极图案。设计参数缩小为电极宽度、电极间距和电极尖端间隙，其他设计值（整体器件尺寸、焊盘尺寸等）是从以前的研究中获知的。硅基板上高良率的设计值为电极间距300纳米，电极宽度50纳米。电极间间隙的最小值约为8 nm，比目标值短约3 nm，但它还不到先前研究器件电极间隙的十分之一，因为没有对基板造成物理损坏。通过处理，我们可以预期太赫兹波的产生效率将显着提高。在检查了硅基板上的工艺之后，我们继续在 GaAs 基板上制造电极。到目前为止，我们已经在砷化镓衬底上实现了与硅衬底上的微电极相当的效果，未来我们将制造与天线方向图匹配的器件。