ニュースレター202507

　2025年7月に調査した最新論文の中で個人的に興味深かった論文を以下に紹介する。

• 400 GHz 8x1 Transmitter and Receiver Front-Ends With Metastructured On-Chip Antennas

Bersant Gashi, Sandrine Wagner, Lucas Tetzel, Michael Kuri, Rainer Weber, Philipp Neininger, Axel Tessmann, Arnulf Leuther, Marius Kretschmann, Steffen Wälde, and Rüdiger Quay 

Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics (IAF), Germany

Institute of Radio Frequency Engineering and Electronics (IHE), Karlsruhe Institute of Technology, Germany

VEGA Grieshaber KG, Germany

Institute for Sustainable System Engineering (INATECH), Technical Faculty of the University of Freiburg, Germany

IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, vol. 15, no. 4, pp. 660-671, July 2025

DOI: https://doi.org/10.1109/TTHZ.2025.3554724

要旨：

　本稿では、400 GHzで動作する2つの並列に組み立てられた4チャンネルサブミリ波モノリシック集積回路（S-MMIC）で構成される8x1送信機および受信機フロントエンドについて説明しています。これらのS-MMICは、周波数逓倍器、ミキサー、増幅器、およびオンチップアンテナを統合しており、35 nmのメタモルフィック高電子移動度トランジスタ(mHEMT)技術で製造されています。付属のブロードサイド放射オンチップアンテナは、2つの4x1送信機または受信機S-MMICを並列に配置するプリント基板への組み立てを簡素化しました。 

従来研究との新規性：

　本研究は、400 GHz帯において、メタ構造化されたオンチップアンテナを備えた8x1送信機および受信機フロントエンドを、並列に組み立てられた4チャンネルS-MMICで構成することで実現した点で新規性があります。特に、35 nm mHEMT技術を用いて、周波数逓倍器、ミキサー、増幅器、およびオンチップアンテナをS-MMICに統合し、ブロードサイド放射特性を持つオンチップアンテナによってPCBへの簡易なフェイスアップアセンブリを可能にした点が特徴です。これにより、390～420 GHzで少なくとも10 mWの放射出力電力を達成し、この周波数範囲における最先端技術を確立しました。これは、マルチチャンネル統合と高出力IC技術の利点を組み合わせた初のデモンストレーションであり、SiベースとIII-V半導体ベースソリューションの主要な利点を統合することに成功しています。

• 3D-Millimeter Wave Integrated Circuit (3D-mmWIC): A Gold-Free 3D-Integration Platform for Scaled RF GaN-on-Si Dielets with Intel 16 Si CMOS

Pradyot Yadav, Jinchen Wang, Danish A. Baig, Juan Pastrana-Gonzalez, John Niroula, Patrick Darmawi-Isakandar, Ulrich L. Rohde, Ahmad Islam, Muhannad Bakir, Ruonan Han, Tomás Palacios

Microsystems Technology Laboratories, Massachusetts Institute of Technology, USA

School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, USA

Air Force Research Laboratory Wright-Patterson AFB, USA

Federal University of the Armed Forces of Germany, Germany

2025 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC), San Francisco, CA, USA, 2025, pp. 327-330

DOI: https://doi.org/10.1109/RFIC61188.2025.11082852

要旨：

　本論文では、ゴールドフリーの3Dミリ波集積回路（3D-mmWIC）が提案されています。高集積GaN-on-Siのフロントエンドライン（FEOL）RFダイレットは、Cu-Cu熱圧着ボンディング（TCB）を用いてIntel 16 Si CMOSと統合されます。これはソルダーフリーの3Dヘテロジニアス統合（3DHI）です。このプロセスを実証するために、複数のダイレットを利用した2種類の3D-mmWICアンプが製造されました。最初の増幅器はダイレットの共役整合を実装し、最大4.8 dBの小信号ゲインと26-30 GHzの3 dB帯域幅を達成しました。2番目の増幅器は追加の交差中和容量を実装し、最大6.2 dBの小信号ゲインと26-32 GHzの3 dB帯域幅を達成しました。両方の3D-mmWICは、合計チップ面積が0.49 mm²と極めてコンパクトです。

従来研究との新規性

　本研究の主な新規性は、Intel 16 Si CMOSと高集積GaN-on-Si RFダイレットを、完全にゴールドフリーのCu-Cu熱圧着ボンディングを用いて3D統合した初のデモンストレーションである点です。これにより、従来のGaN MMIC製造における制限（小ウェハサイズ、高コスト、および従来の金ベースのインターコネクト）を克服し、GaNウェハとSi CMOSウェハの両方の面積を最大限に活用できる、費用対効果の高いアプローチを提案しています。また、クロスト中和容量を導入することで、アンプのゲインと安定性を向上させており、これは従来のGaN MMICプロセスでは限定的でした。

• Heterogeneously-Integrated Amplifier-on-Glass with Embedded Gallium Nitride (GaN) Dielet for mmWave Applications

Xingchen Li, Pradyot Yadav, Tomás Palacios, Madhavan Swaminathan [cite: 3091]

School of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, USA

Microsystems Technology Laboratories, Massachusetts Institute of Technology, USA 

Department of Electrical Engineering, Pennsylvania State University, USA

2025 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC), San Francisco, CA, USA, 2025, pp. 323-326

DOI: https://doi.org/10.1109/RFIC61188.2025.11082889

要旨：

　本研究は、埋め込み窒化ガリウム（GaN）高電子移動度トランジスタ（HEMT）ダイレットを用いた、ヘテロジニアス集積ミリ波（mmWave）アンプ・オン・ガラスの初のデモンストレーションを提示しています。ガラスキャビティに埋め込まれたGaNダイレットにより、ガラスパッケージ上の再配線層（RDL）が回路のバックエンド・オブ・ライン（BEOL）および他の集積コンポーネントへの相互接続として機能します。本研究では、埋め込みがGaN性能に与える影響を研究し、単段ミリ波アンプを設計しました。実現されたGaNアンプ・オン・ガラスは、27.35-34.63 GHzの帯域幅で7 dB以上のゲインを示しています。

従来研究との新規性：

　本研究は、ミリ波アプリケーション向けに埋め込みGaN HEMTダイレットを用いたヘテロジニアス集積アンプ・オン・ガラスを初めて実証した点で新規性があります。特に、ガラスキャビティへのGaNダイレットの埋め込みと、ガラスパッケージ上のRDLを回路のBEOLとして利用することで、自己パッケージングされたコスト効率の良いソリューションを提供しています。これにより、従来のGaN MMIC製造における高コストと大規模な面積消費という課題に対処しています。本手法は、将来の2.5Dおよび3Dミリ波システムにおいて、コスト効率と統合性を向上させる可能性を秘めています。

• >3kV NiO/Ga2O3 Heterojunction Diodes With Space-Modulated Junction Termination Extension and Sub-1V Turn-On

ADVAIT GILANKAR, ABISHEK KATTA, NABASINDHU DAS, AND NIDHIN KURIAN KALARICKAL

School of Electrical, Computer, and Energy Engineering, Arizona State University, Tempe, AZ, USA

IEEE Journal of the Electron Devices Society, vol. 13, pp. 373-377, 2025

DOI: https://doi.org/10.1109/JEDS.2025.3562028

要旨：

　本研究では、2段階空間変調接合終端延長（SM-JTE）を備えた高性能垂直NiO/Ga2O3ヘテロ接合ダイオード（HJD）を実証しています。現在の最先端Ga2O3 HJDとは異なり、3kVを超えるブレークダウン電圧を達成し、同時に0.8Vという低いターンオン電圧（VON）を実現しました（順方向電流密度1 A-cm⁻²で推定）。測定されたデバイスは、1.5Vの順方向バイアスで100 A-cm⁻²の電流密度を達成し、4.4 mΩ-cm²という低い微分比オン抵抗（Ron,sp）を示しました。計算された単極性能指数（FOM）は2 GW-cm²を超え、1V未満のターンオンを持つデバイスとしては最高の部類に入ります。また、製造されたデバイスは、ブレークダウン電圧試験中に印加された3kVの逆バイアスストレス後も、順方向I-V特性にわずかな変化しか示しませんでした。

従来研究との新規性：

　本研究は、2段階空間変調接合終端延長（SM-JTE）構造を採用することで、3kVを超える高ブレークダウン電圧と、0.8Vというこれまでに報告された中で最も低いターンオン電圧を両立させた点が新規性です。従来のNiO/Ga2O3 HJDの課題であった高いターンオン電圧を大幅に低減し、これにより2 GW-cm²を超える高い単極性能指数を達成しました。さらに、逆バイアスストレス後も順方向I-V特性がほとんど変化しない高い信頼性も示されました。これは、SiCダイオードで記録的なブレークダウン性能を実証したSM-JTEの概念を、Ga2O3 HJDに適用した初めての成功例であり、Kilovolt級パワーエレクトロニクスにおけるGa2O3の応用に大きく貢献します。

※なお、翻訳・要約にはGeminiアプリを活用した。