ニュースレター202509

　2025年9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。

A Large Chip-Width TMICs Packaging Solution for THz Applications

Ze Du, Zhi-Yu Duan, Ke Zhan, Zhen-Hua Wu, Ji-Sheng Chen, Hu Li, and Ming-Zhou Zhan

School of Physics, University of Electronic Science and Technology of China, China

Xiamen Semicon Wafer Corporation, China

IEEE Microwave and Wireless Technology Letters, vol. 35, no. 9, pp. 1440-1443, Sept. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/LMWT.2025.3575467

要旨：

　この論文では、テラヘルツ（THz）周波数における大チップ幅のテラヘルツモノリシック集積回路（TMICs）向けパッケージングソリューションを提案しています。提案された電磁バンドギャップ（EBG）構造は、スリット幅が増加した際に発生するさまざまな干渉モードを効果的に抑制できます。オンチップ集積ダイポールアンテナ遷移モデルを使用して、コプレーナ導波路（CPWG）と導波管間のモード変換と相互接続を実現しています。3760 µmのチップ幅に対応するパッケージング構造を設計・作製し、214-242 GHzの周波数範囲で、リターンロスは9 dB以上、挿入損失は4 dB以上、単一遷移の平均損失は1 dB未満という優れた測定結果を得ました。

従来研究との新規性：

　この論文の新規性は、THzアプリケーション向けに、記録的な大チップ幅（3.76mm）に対応するTMICパッケージングソリューションを提案し、実現した点です。従来の技術では、大チップ幅に伴う導波管スリットでの高次モード共振が大きな課題でした。本研究は、オンチップ集積ダイポールアンテナとEBG構造、さらに多段整合（MSM）構造を組み合わせることで、この課題を克服し、単一遷移損失1 dB未満という優れた性能を実証しました。これは、THz周波数デバイスの設計に新たなアプローチを提供するものです。

A Compact and Broadband Waveguide-to-GCPW Transition for 260-400 GHz Large-Width TMIC

Guangru Liu, Huali Zhu, Bo Zhang, Yang Chen, and Yong Zhang

School of Electronic Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, China

IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, vol. 15, no. 5, pp. 940-943, Sept. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/TTHZ.2025.3593186

要旨：

　この論文では、大チップ幅のテラヘルツモノリシック集積回路（TMIC）向けに、接地型コプレーナ導波路（GCPW）から矩形導波管（RWG）への広帯域な変換器を提案しています。この変換器は、非対称結合プローブを持つダイポールアンテナを利用し、オフチップ相互接続技術による寄生効果を排除して低損失を実現します。さらに、周期的な金属ピン（EBG構造）を用いて、大チップ幅TMICで発生する共振に対処しています。50-µm InP基板上に作製されたバックツーバック構造は、272-400 GHzの広帯域で12 dB以上のリターンロス、平均挿入損失4.72 dB（単一遷移損失0.46 dBに相当）を達成しました。

従来研究との新規性：

　本研究は、大チップ幅TMIC向けに、非対称結合プローブ付きダイポールアンテナとEBG（周期的な金属ピン）構造を統合した、小型かつ広帯域（272-400 GHz、38%帯域幅）のRWG-to-GCPW変換器を提案・実証した点で新規性があります。特に、非対称プローブは、広帯域で最適なエネルギー結合効率を実現し、EBG構造は、半導体プロセスを追加せずに大チップ幅に伴う不要な共振を抑制できる点で画期的です。これにより、標準的な矩形導波管の幅を大幅に超えるTMICパッケージングの可能性が示されました。

Impact of Layout on the RF Performance of Vertical In-Ga-As Nanowire MOSFETs

Marcus E. Sandberg, Anette Löfstrand, Johannes Svensson, and Lars Fhager

Department of Electrical and Information Technology, Lund University, Sweden

NordAmps AB, Sweden

IEEE Microwave and Wireless Technology Letters, vol. 35, no. 9, pp. 1392-1395, Sept. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/LMWT.2025.3571131

要旨：

　本研究では、高周波の垂直In-Ga-AsナノワイヤMOSFETの測定結果を、パラメトリックレイアウトモデルを用いて解析しました。小型および大型トランジスタの測定値を用いて、ゲートフィンガ数と1フィンガあたりのワイヤ数に依存するモデルを構築しました。このモデルを介して、本質的な（デバイス本体の）要素と寄生的な（配線などの）要素の両方から外挿することで、ピーク周波数性能のための最適なレイアウトが明らかになりました。これにより、将来の周波数性能の大幅な向上に向けた、実現可能な道筋が示されました。

従来研究との新規性：

　本研究は、垂直In-Ga-AsナノワイヤMOSFETのRF性能を、本質的要素と寄生要素（フィーダやアクセス構造）を分離したスケーラブルなパラメトリック小信号モデルを用いて解析し、ピーク周波数性能のための最適なデバイスレイアウトを予測した点で新規性があります。特に、従来最大サイズを大幅に超える10×200ワイヤまでのデバイスを測定し、モデルのパラメータを較正しました。このモデルは、fmaxの最適化には特定のレイアウト依存性があることを明らかにし、将来のテラヘルツ帯の垂直高周波デバイス技術の設計指針を提供するものです。

Enhanced Cooling of Multifinger GaN HEMTs via Topside Diamond Integration

Daniel C. Shoemaker, Kelly Woo, Yiwen Song, Mohamadali Malakoutian, Bill Zivasatienraj, Puneet Srivastava, Isaac Wildeson, Srabanti Chowdhury, and Sukwon Choi

Department of Mechanical Engineering, The Pennsylvania State University, USA

Department of Electrical Engineering, Stanford University, USA

BAE Systems, Inc., USA

IEEE Electron Device Letters, vol. 46, no. 9, pp. 1597-1600, Sept. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/LED.2025.3588202

要旨：

　この研究では、ゲート抵抗温度測定（GRT）を用いて、16フィンガGaN/SiC HEMTに対するトップサイドのダイヤモンド放熱板の冷却効果を報告しています。厚さ2 µmのダイヤモンド放熱板は、12 W/mmの電力密度でゲート温度上昇を約20%低減しました。シミュレーションに基づき、デバイスの熱抵抗（Rth）を10%低減するためには、ダイヤモンド層の厚さが1.5 µm以上、熱伝導率が450 W/m･K超、SiN保護層が75 nm未満である必要があることが示されました。

従来研究との新規性：

　この研究の新規性は、トップサイドに統合されたダイヤモンド放熱板の多フィンガGaN HEMT（16フィンガ）における冷却効果を、ゲート抵抗温度測定（GRT）を用いて実験的に検証した点にあります。また、実験的に検証された3D熱モデルを用いて、デバイス設計パラメータ（ダイヤモンドの厚さ、熱伝導率、SiN層の厚さ）が冷却性能に及ぼす影響を定量的に特定したことも重要です。これにより、トップサイドおよびボトムサイドのダイヤモンド統合を含む、さまざまな熱管理スキームを包括的にベンチマークすることが可能になりました。

Enhancement Mode N-Polar Deep Recess GaN HEMT With Record Small Signal Performance

Oguz Odabasi, Md. Irfan Khan, Xin Zhai, Harsh Rana, and Elaheh Ahmadi

Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of California at Los Angeles, USA

Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Michigan, USA

Applied Physics Program, University of Michigan, USA

IEEE Electron Device Letters, vol. 46, no. 9, pp. 1505-1508, Sept. 2025

DOI：https://doi.org/10.1109/LED.2025.3585597

要旨：

　この論文では、新しいエンハンスメントモード（ノーマリーオフ）N極ディープリセス（NPDR）GaN高電子移動度トランジスタ（HEMT）を報告しています。リセスエッチング（ゲート下のGaN層を掘り下げる加工）には、原子層エッチング（ALE）とウェットエッチングの組み合わせを採用し、高誘電率で高破壊電界のHfSiOをゲート絶縁膜として使用しました。その結果、75 nmのゲート長（Lg）で+0.8Vのしきい値電圧（Vth）と、122 GHzのカットオフ周波数（fT）を達成し、EモードAlGaN/GaN HEMTとしてfT×Lgで9.1 GHz･µmという記録的な性能を達成しました。

従来研究との新規性：

　この研究は、エンハンスメントモードN極ディープリセス（NPDR）GaN HEMTにおいて、fT×Lgで9.1 GHz･µmという記録的な小信号性能を達成した点で新規性があります。ノーマリーオフ動作は、PAMBE成長のエピタキシー、オンアクシスN極GaN基板の使用、HfSiOゲート絶縁膜の採用、およびALEとウェットエッチングの組み合わせによる精密なリセス加工によって実現されました。特に、この精密なリセスとHfSiOの統合が、高いVthと優れた高周波特性を両立させ、高性能なノーマリーオフGaN HEMTの実現に向けた大きな進歩を示しています。

※なお、翻訳・要約にはGeminiアプリを活用した。

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