2026/04/28 更新

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スズキ サフミ
鈴木 左文
SUZUKI SAFUMI
所属
総合研究院 未来産業技術研究所 教授
職名
教授
外部リンク

News & Topics
  • Nonlinear Optical Detection of Terahertz-Wave Radiation from Resonant Tunneling Diodes

    2017/04/05

    掲載言語: 英語

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    Scientists at Tokyo Tech and RIKEN Center for Advanced Photonics have introduced an optical detection technique for compact electronic terahertz (THz)-wave sources. By incorporating a resonant tunneling diode (RTD), a wavelength from a THz wave can be converted to a near-infrared (NIR) wave that can be detected using a commercial photodetector. The scientists report this technique will open up new opportunities in THz-wave applications.

  • 光波長変換によりテラヘルツ波を高感度に検出―室温で動作するテラヘルツ波領域の小型非破壊検査装置の実現へ―

    2017/03/03

    掲載言語: 日本語

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    要旨 理化学研究所(理研) 光量子工学研究領域テラヘルツ光源研究チームの瀧田佑馬基礎科学特別研究員、縄田耕二基礎科学特別研究員、南出泰亜チームリーダーと東京工業大学(東工大) 科学技術創成研究院の浅田雅洋教授、同大学 工学院の鈴木左文准教授らの共同研究チームは、理研が開発した光波長変換技術による小型・室温動作・高感度テラヘルツ波検出装置を用いて、東工大が開発した共鳴トンネルダイオードからのテラヘルツ波放射を高感度に検出することに成功しました。

  • テラヘルツデバイス~世界で初めて室温電子デバイスから1テラヘルツを越える周波数の電波を発生

    2010/06/22

    掲載言語: 日本語

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    東京工業大学大学院総合理工学研究科 物理電子システム創造専攻の鈴木左文助教と浅田雅洋教授は,NTTフォトニクス研究所と共同で,1テラヘルツ(テラは10の12乗)の周波数を越える超高周波電磁波を直接発生する室温電子デバイスの実現に世界で初めて成功した.この周波数は、光と電波の中間にあり,透過イメージングや高速大容量通信への応用が期待されながらも、コンパクトな光源が無いため未開拓となっていた.この成果はテラヘルツ波の応用を広げる新しい光源として期待される.

研究分野

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 電子デバイス、電子機器

論文

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 波動性の顕在化による電子デバイスの超越動作

    研究課題/領域番号:24H00031  2024年4月 - 2029年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(S)

    鈴木 左文, 冨士田 誠之

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    配分額:206960000円 ( 直接経費:159200000円 、 間接経費:47760000円 )

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  • メタエレクトロニクスによる電子光融合デバイスの創生

    研究課題/領域番号:21H04552  2021年4月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    鈴木 左文

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    配分額:42900000円 ( 直接経費:33000000円 、 間接経費:9900000円 )

    本研究で新たに提案する非共振メタ表面について、本年度はまず電磁界解析を用いて応答の解析を行った。電磁界解析には半導体デバイスの動作を反映させることはできないので、これまでの研究で共鳴トンネルダイオードを等価回路モデル化したものを利用し、そこからメタ表面における反射係数の見積を行った。見積の結果、ダイオードのバイアス電圧によって反射係数の変化が起こり、ダイオードの負性抵抗領域では反射係数が高くなることが明らかとなった。
    上記解析を元にデバイスの作製を通常の半導体プロセスにより行った。メタ原子が多数並ぶため、駆動電流が大きくなり、大きな発熱も問題になることが試作、および、熱解析から明らかとなった。そこで、共鳴トンネルダイオードの層構造を見直し、層の下部にある熱導電性の低いInGaAs導電層を熱導電性の高いInPに変え放熱性を向上させた構造を利用しデバイスを作製した。その結果、放熱性の向上が明らかになると共に、メタ表面の構成要素であるメタ原子の作製に成功した。
    このように作製したメタ原子について動作を実証するため、テラヘルツ帯で用いられているパルス光源により広帯域に応答を測定した。フェムト秒パルスレーザーを光伝導アンテナ照射して発生したテラヘルツパルスをメタ原子に照射し、反射・受信されたパルス波の波形をフーリエ分解し周波数特性を調べた。その結果、作製したメタ原子では200GHz付近をおおよそのピークとして反射係数が高くなり、その反射係数はバイアス依存性を持つことが実験的に示され、理論とおおよそ一致することが明らかとなった。以上から、新たに提案したメタマテリアルの動作実証に成功した。
    さらに、最終的に目指すレーザー型デバイスに向け、メタ表面を分布型ブラッグ反射鏡の上に置いた単純な構造について解析を行ったところ、メタ表面と反射鏡の結合によって反射鏡による共振が現れることも明らかとなった。

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  • 電子の走行と遷移が融合したテラヘルツ放射の解明によるデバイス限界の打破

    研究課題/領域番号:16H06292  2016年4月 - 2021年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特別推進研究

    浅田 雅洋, 宮本 恭幸, 鈴木 左文, 西山 伸彦

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    配分額:537810000円 ( 直接経費:413700000円 、 間接経費:124110000円 )

    本研究は、テラヘルツ周波数帯の半導体光源について、共鳴トンネルダイオード発振器をもとに、その物理解明、高性能化、応用展開を目的とした。物理解明ではテラヘルツ波に対する応答理論の構築、高性能化では、室温電子デバイスで最高の1.98THz発振の達成と約2.8THzまで発振可能な新構造の提案、アレイ構造による1THzで0.7mWの高出力の達成、周波数可変機能および1Hzの狭線幅発振の達成、応用展開では、分光、大容量通信、レーダー、3次元イメージングの基本動作実証など多くの成果が得られた。

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  • 共鳴トンネルダイオードを用いたモノリシック集積テラヘルツ送受信デバイス

    研究課題/領域番号:16K14246  2016年4月 - 2018年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    鈴木 左文

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    配分額:3640000円 ( 直接経費:2800000円 、 間接経費:840000円 )

    本研究で提案する共鳴トンネルダイオード(RTD)を用いたテラヘルツ(THz)送受信モノリシック集積回路に関して、増幅器の設計と実験的な基礎原理検証を行った。電磁界シミュレーションを用いた回路設計と、THz帯ベクトルネットワークアナライザによって抽出したRTDのTHz帯パラメータより増幅率を計算した。計算より1THz帯では0.4平方μm のRTDメサを集積することで約2dBの増幅度を有することが分かった。初期実験として、300GHz帯で増幅デバイスを作製し増幅率の測定を行ったが、寄生発振により増幅特性は得られなかった。そのため、この寄生発振を抑圧することでTHz増幅動作が可能と考えられる。

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  • 機能的半導体ヘテロ構造を持つ共鳴トンネルダイオードによるテラヘルツ発振器高性能化

    研究課題/領域番号:24560398  2012年4月 - 2015年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    鈴木 左文

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    配分額:5460000円 ( 直接経費:4200000円 、 間接経費:1260000円 )

    高周波・高出力化を目指しGaInAs/AlAs共鳴トンネルダイオード(RTD)テラヘルツ発振器について研究を行った。まず、高周波化に向け走行時間を減らすため、空乏層の長さを決めているコレクタスペーサ層厚の最適化を行った。さらに、井戸内滞在時間を減らすための狭井戸化を行い、導体損失を低減したアンテナと組み合わせることで1.92THzの発振を得た。これは現在電子デバイスで最高の発振周波数である。高出力化に向けて、インピーダンスマッチングのためのオフセット給電スロットアンテナとアレイ化による出力合成を行った。これにより620GHzにおいて610μWの高出力が得られた。

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  • 3次元集積構造によりビーム制御機能を有する共鳴トンネルダイオードテラヘルツ発振器

    研究課題/領域番号:22760247  2010年 - 2011年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(B)

    鈴木 左文

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    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    3次元的にマイクロサイズの八木アンテナを集積した発振素子構造を提案し、その構造の放射パターンのシミュレーション、および、プロセスの研究を行った。シミュレーションよりアレイエレメントを3つ配置したときに19dBiの指向性が得られることが分かった。素子の作製プロセスの開発では薄膜基板を作製する条件や、誘電体厚膜を積層する条件などを求め、作製プロセスの確立を行った。

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  • テラヘルツ波による大容量無線通信実現の為のデバイス・システムの開拓

    研究課題/領域番号:21226010  2009年5月 - 2014年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(S)

    浅田 雅洋, 宮本 恭幸, 西山 伸彦, 鈴木 左文

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    配分額:213330000円 ( 直接経費:164100000円 、 間接経費:49230000円 )

    未開拓のテラヘルツ周波数帯を用いた大容量無線通信の実現を目指し、テラヘルツ波の発振と変調、および無線伝送の研究を行った。発振デバイスでは、電子遅延を短縮した共鳴トンネルダイオードにより、半導体電子デバイスでは最高周波数の1.55THz室温発振を達成するとともに、集積微細アンテナの構造最適化による高出力動作および高速直接変調を達成した。光信号照射によるテラヘルツ波変調デバイス、変調用の高電流駆動能力トランジスタも得られた。また、共鳴トンネルダイオード送信器とショットキーバリアダイオード受信器を用いた無線伝送実験を行い、テラヘルツ波による大容量通信の見通しを得た。

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  • バレー間散乱による走行遅延を抑制した共鳴トンネル構造を持つテラヘルツ発振素子

    研究課題/領域番号:21860032  2009年 - 2010年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  研究活動スタート支援

    鈴木 左文

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    配分額:2678000円 ( 直接経費:2060000円 、 間接経費:618000円 )

    テラヘルツ周波数帯光源のキーデバイスである共鳴トンネルダイオード(RTD)を用いたテラヘルツ発振器において、素子の高周波化を行うためには、空乏層に高い電圧が印可されていることによって起こるΓ-Lバレー間散乱を抑圧することが必要である。そのため、今年度スパイクドーピング構造を持つRTDと、極薄バリアと傾斜エミッタを持つRTDに関して研究を行った。
    スパイクドーピング構造を持つRTDでは、コレクタ側スペーサ層に濃度の異なるスパイクドーピングを持つRTD発振素子を作製し、発振特性を測定した。測定より、スパイクドーピングの濃度が上昇すると、RTDの容量が大きくなってしまうが、空乏層の電界が緩和されΓ-L散乱は抑圧出来きることが分かった。スパイクドーピングの濃度がおよそ2x10^<18>cm^<-3>の時最適となり、その基板により、898GHzまで発振周波数が向上出来た。
    上記構造ではRTDの容量が大きくなってしまうため、新たに、極薄バリアと傾斜エミッタを持つRTDを提案し、発振素子を作製した。傾斜エミッタにより動作点の電圧が下がり、空乏層にかかる電界が小さくなるため、Γ-L散乱の抑圧ができ走行時間が短縮される。さらに薄膜バリアによりトンネル時間も短縮される。この構造を持つ発振素子により室温電子デバイスでは最高周波数の951GHzの基本波発振を達成した。さらなるRTDのデバイス面積の縮小により、1THzを超える発振が期待できる。

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