【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.29】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AT0219

利用課題名 / Title

多層MIMダイオードを用いた28GHz整流回路の性能評価

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所 / AIST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

MIMダイオード,テラヘルツ帯,レクテナ,薄膜絶縁層(ZnO-SiO2-Al2O3)

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

片岡 佑真

所属名 / Affiliation

国立大学法人　筑波大学

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AT-031：原子層堆積装置_1[FlexAL]

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　MIM(金属-絶縁層-金属)構造によるトンネルダイオード(MIMダイオード)はテラヘルツ帯の整流を可能にする。先行研究において、絶縁層を複数層にすることで純バイアス、逆バイアス印加時に流れるトンネル電流に非対称性を生じさせ、高い整流性能を持ったMIIIM(金属-絶縁層-絶縁層-絶縁層-金属)ダイオードが開発された。本研究では、このダイオードを用いたレクテナ(アンテナと整流回路が一体となったもの)を作成する前段階としてMIIIMダイオードを用いた整流回路を作製した。この整流回路を作製する際の薄膜絶縁層(ZnO-SiO₂-Al₂O₃)の堆積のために産業技術総合研究所ナノプロセシング施設の原子層堆積装置を使用した。

実験 / Experimental

　20 mm角にダイシングした高抵抗Siウエハ上にCrを下地としたAuを100 nmスパッタにより堆積し、ウェットエッチングによって下部回路を作製した後、この試料に対してプラズマアッシャー[NPF021]を使用した後、原子層堆積装置[NPF031]を用いて200℃の条件下でZnO,SiO₂,Al₂O₃をそれぞれ2 nmずつ連続で堆積を行った。また、その後Alの200 μm堆積、ウェットエッチングによる上部回路の作製を行った後電気の直流特性および28 GHz電力の整流能力を測定した。

結果と考察 / Results and Discussion

　本実験ではダイオードと負荷抵抗が直列で接続されているSeries回路と、並列で接続されているShunt回路を作製した。双方ともコプレーナ導波路を採用しており、上部金属には理論上ダイオードでの消費電力が0になるF級フィルタを回路形状の工夫によって作製した。加えてShunt型に対してはF級フィルタの作製を回路形状ではなく、キャパシタを用いたものも作製した。MIIIMダイオードはトンネル効果がなければキャパシタであるということ、周波数が高くなるとキャパシタの能力が上昇することを利用し、28 GHzにおいてはキャパシタとして働くような設計で回路を作製した。これら3つの整流回路をそれぞれFig.1(a),(b),(c)に示す。
　この回路にGSGプローブによって28 GHz電力を入力し、負荷抵抗200 kΩにおいて19.0 mVの電圧が出力されることを確認した。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1. The photographs of the three types of the substrates. (a)Series, b)Shunt_pattern, (c)Shunt_capacita

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

　ダイオードの寄生容量を少なくするための面積縮小を可能にする微細加工技術が求められる。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件