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．

这项研究的目的是创建超细电极差距，使用传统的自上而下方法（光刻）使用大面积自下而上的方法（电气上的金色纳米镀金），并通过在光学沟通中实现低成本，高亮度的Terahertz（0.1-10 THZ）光源，以光源激发在光学沟通中。第一年的研究实施计划是通过通过电子镀金制造超富薄膜电极，其纵横比为10或更多。因此，今年我们专注于纳米电极生产。此外，对使用3D电磁场模拟器HFSS，纳米磁发电极和天线元件（偶极类型，Bowtie类型和螺旋型）进行了建模，以模拟对Terahertz波的响应。在准备NanoGap电极时，我们与合作者Mashima Yutaka（东京理工学院应用陶瓷研究所）进行了联合研究，并研究了由Mashima Laboratory and Electroless Plating拥有的电子光束照明设备的条件。在使用GAAS底物之前，首先在单晶硅底物上制备所需的电极图案。从先前的研究中学到了设计参数范围缩小到电极宽度，电极间距和电极尖端间隙，以及其他设计值（所有设备尺寸，垫子尺寸等）。硅底物上的高产量设计值在电极之间为300 nm，宽50 nm。电极间差距的最小值约为8nm，由于目标值而小于3nm，但是电极间隙小于先前研究设备的电极间隙的十分之一，并且由于FIB（聚焦离子光束）处理，因此对底物没有物理损害，因此Terahertz波浪生成的效率可以显着提高。在硅底物上研究该过程后，将过程转移到GAAS基板上的电极制造。到目前为止，与硅底物相同的优质电极已在GAAS基板上实现，将来，将与天线图案结合制造设备。