テラヘルツ帯の増幅・発振デバイス

太赫兹波段放大/振荡装置

基本信息

批准号：
13026207
负责人：
浅田雅洋
金额：
$ 29.31万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、満足な固体の増幅・発振素子が存在せず、未開拓の領域となっているテラヘルツ(THz)帯に対して、超格子サブバンド間誘導放出素子および新たに提案したフォトンアシストトンネルと電子波のビートを利用した三端子素子の実現を目指し、本年度は以下の成果を得た。THzデバイス形成に向けて、ポテンシャル障壁が高く、量子準位が尖鋭になることが期待される金属/絶縁体/半導体ヘテロ接合材料系に対して、昨年度までに成功している絶縁体/半導体(CaF_2/CdF_2/Si)ヘテロ接合に金属(CoSi2)を加え、結晶成長領域を100nm程度の微細な領域に限定したナノ領域エピタキシーを用いて共鳴トンネル構造を形成し、非常に均一性のよい室温微分負性抵抗特性を得ることに成功した。並行して、デバイスに一体集積するためのTHz帯平面微細アンテナと基本的なデバイス構造を提案し、金属/絶縁体/半導体ヘテロ接合への応用に先んじて、半導体ヘテロ構造を用いて形成し特性を把握した。微細アンテナに関しては集積スロットアンテナと半導体共鳴トンネルダイオードを集積した発振デバイスにより、サブTHz(250GHz)の発振が得られるとともに、理論解析によりサイズ縮小によりTHz帯も発振可能であることを明らかにした。基本となるデバイス構造の考案と作製に関しては、二次元電子ガスを用いたデバイスを考案し、作製プロセスを確立して素子中心部を形成することにより、直流特性から、電流量などTHz増幅に十分な特性を有することを明らかにした。これらのデバイスは、それ自体がサブTHz〜THz帯のデバイスとして有用な構造および特性を持つことが示されるとともに、金属/絶縁体/半導体THzデバイスの最適な構造に対する指針となった。

这项研究旨在开发一种超晶格子带间受激发射器件和一种新提出的太赫兹（THz）波段光子辅助隧道，这是一个尚未探索的领域，因为没有令人满意的固态放大/振荡器件。以下结果旨在利用电子波的节拍实现三端器件。为了形成太赫兹器件，绝缘体/半导体（CaF_2/CdF_2/Si ）通过在异质结中添加金属（CoSi2）并采用纳米域外延形成谐振隧道结构，将晶体生长区域限制在100 nm左右的微小区域，并实现极其均匀的室温微分负阻特性。成功获得它。与此同时，我们提出了一种太赫兹波段平面微型天线和用于集成集成到设备中的基本设备结构，并使用半导体异质结构开发了它，并在应用于金属/绝缘体/半导体异质结之前研究了其特性。对于精细天线，使用集成缝隙天线和半导体谐振隧道二极管的振荡装置可以获得亚太赫兹（250 GHz）振荡，理论分析表明，通过降低尺寸。关于基本器件结构的设计和制造，我们设计了使用二维电子气的器件，建立了制造工艺，并根据直流特性确定了足够的电流量。据了解，太赫兹放大具有以下特点。这些器件被证明具有可用作亚太赫兹至太赫兹频段器件的结构和性能，并为金属/绝缘体/半导体太赫兹器件的最佳结构提供了指导。