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周波数可変機能を持つ半導体室温テラヘルツ発振素子の研究

具有变频功能的半导体室温太赫兹振荡器研究

基本信息

批准号：
26249045
负责人：
浅田雅洋
金额：
$ 26.12万
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 (A)
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-01 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-26249045/
关键词：
テラヘルツ波テラヘルツ電子デバイス室温テラヘルツ光源共鳴トンネルダイオード周波数可変バラクタダイオードスロットアンテナテラヘルツ/赤外材料半導体超微細化マイクロナノデバイス電子デバイス・機器電子・電気材料

项目摘要

電子デバイスによる単体のテラヘルツ発振素子に対して、周波数可変機能を実現することを目的として行い、本年度は以下の成果を得た。スロットアンテナ内に共鳴トンネルダイオードとバラクタを集積した周波数可変テラヘルツ発振素子について、昨年度までに周波数可変動作の実現、可変幅の広帯域化、および、有機物の吸光度測定への応用を行ったが、今年度はこれに加えて、小さい印加電圧で周波数が大きく変化する新たな動作モードを見出した。通常の動作モードではバラクタに逆方向電圧を印加して周波数を変化させるが、作製したデバイスでは順方向でも周波数が大きく変化することが測定され、さらに、この原因がバラクタの微分抵抗の変化を通して素子全体のインダクタンス成分が変化することであり、これにより発振回路の共振周波数が変化することを、理論解析と実験の比較から明らかにした。この動作では１V以下の印加電圧で150～200GHzと、通常の動作に比べて小さな電圧で周波数変化が起こるため、種々の応用に有用である。理論解析を拡張して、周波数変化がさらに大きく取れるバラクタの層構造や配線のインダクタンスなどを理論的に明らかにした。また、この周波数可変素子に対してヘテロダイン受信系を構築し、バラクタのバイアス回路へ混入する雑音を低減して、発振線幅9MHzを得た。さらにこのヘテロダイン出力に対して、平衡変調器により基準信号との周波数混合を行って位相雑音を電圧信号に変換し、これをバラクタに負帰還することにより位相同期ループを構成し、周波数の安定化と線幅狭化を行った。この結果、周波数の揺らぎが抑圧され、安定化が達成できた。しかし、線幅狭化に関しては、5MHzとやや狭くなったものの、基準信号の線幅までの狭化には至らなかった。この原因は発振素子の出力が小さいことによるループ利得の不足であることがわかり、発振素子に対して高出力化構造を設計した。

The following results have been achieved in the current year: In the past year, the implementation of the variable frequency operation, the variable amplitude localization, the absorption measurement of organic matter, the application of the new operation, the increase of the frequency, the increase of the frequency, the frequency, the increase of the frequency The frequency of the normal operation is changed in the reverse direction of the voltage, and the frequency of the normal operation is changed in the reverse direction. The frequency of the normal operation is changed in the reverse direction. Theoretical analysis and comparison This operation is less than 1V and the initial voltage is 150~200GHz. The normal operation is smaller than the initial voltage. The frequency of the cycle is changed. It is useful for various applications. Theoretical analysis of the number of cycles and the structure of layers The frequency of this signal can be changed to 9 MHz, and the frequency of this signal can be reduced to 9MHz. For example, the frequency of the reference signal, the frequency of the cycle, the frequency of the voltage signal, the frequency of the phase synchronization, the frequency of the cycle stabilization, and the frequency of the amplitude narrowing. The results show that the number of cycles is reduced and the stabilization is achieved. The amplitude of the reference signal is narrowed to 5MHz. The reason for this is that the output of the oscillator is small and the gain is insufficient.