超高温プラズマ診断用ショットキ・ダイオード検出器の開発

本研究は、サブミリ波超高温プラズマ診断技術において必要不可欠な高感度高速応答のGaAsショットキダイオードの性能向上および各研究機関への供給を目的として実施された。1.ダイオードの性能向上 本年度は、特に低雑音化の研究を行なった。まずダイオード製作プロセスの酸素プラズマによるレジスト灰化処理とそれに続く熱処理の工程が雑音特性に大きな影響を及ぼすことを明らかにし、その2つの条件の違いにより雑音温度比が10dB以上変化することを明らかにした。次にビデオ検出時の等価雑音電力(NEP)を指標としてプロセスの最適化を図った結果、レジスト灰化時間は40分以下、熱処理条件は430℃(3分)〜500℃(1分)の間に最適条件があるという結論を得た。一方、サブミリ波検出感度の理論計算をする上で問題となっていたダイオードの障壁容量の測定を行ない、直径1μmφのもので約1fF(無バイアス時)という値を得た。またダイオードの障壁高さをリチャードソンプロットにより求め、従来の飽和電流より求める方法と一致することを明らかにした。これらの値とアンテナのインピーダンスを考慮した時の遮断周波数を用いて、検出器感度の理論値と実験値との対応を明らかにし、従来のダイオード等価回路がサブミリ波領域でも使用できることを示した。2.ダイオードの供給 本年度ダイオードは5研究機関へ30ケ(内アンテナ・マウント付2ケ)供給した。近年測定が多チャンネル化している為に、1研究機関に対するダイオード供給個数が増えていく傾向にある。なお本研究が科学研究費補助金で開始されて以来これまでの供給ダイオードの総数は150ケ余りになっている。

本研究は、サブミリ波超高温プラズマ診断技術において必要不可欠な高感度高速応答のGaAsショットキダイオードの性能向上および各研究機関への供給を目的として実施された。1.ダイオードの性能向上 本年度は、特に低雑音化の研究を行なった。まずダイオード製作プロセスの酸素プラズマによるレジスト灰化処理とそれに続く熱処理の工程が雑音特性に大きな影響を及ぼすことを明らかにし、その2つの条件の違いにより雑音温度比が10dB以上変化することを明らかにした。次にビデオ検出時の等価雑音電力(NEP)を指標としてプロセスの最適化を図った結果、レジスト灰化時間は40分以下、熱処理条件は430℃(3分)〜500℃(1分)の間に最適条件があるという結論を得た。一方、サブミリ波検出感度の理論計算をする上で問題となっていたダイオードの障壁容量の測定を行ない、直径1μmφのもので約1fF(無バイアス時)という値を得た。またダイオードの障壁高さをリチャードソンプロットにより求め、従来の飽和電流より求める方法と一致することを明らかにした。これらの値とアンテナのインピーダンスを考慮した時の遮断周波数を用いて、検出器感度の理論値と実験値との対応を明らかにし、従来のダイオード等価回路がサブミリ波領域でも使用できることを示した。2.ダイオードの供給 本年度ダイオードは5研究機関へ30ケ(内アンテナ・マウント付2ケ)供給した。近年測定が多チャンネル化している為に、1研究機関に対するダイオード供給個数が増えていく傾向にある。なお本研究が科学研究費補助金で開始されて以来これまでの供給ダイオードの総数は150ケ余りになっている。