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公開番号2024169596
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-05
出願番号2024162265,2022029350
出願日2024-09-19,2022-02-28
発明の名称テラヘルツ強誘電共振器
出願人テラクアンタムアーゲー,TERRA QUANTUM AG
代理人個人
主分類H03H 9/17 20060101AFI20241128BHJP(基本電子回路)
要約【課題】電気回路の電子またはテラヘルツ電磁波のテラヘルツスペクトル範囲における振動を共振器と結合するための改善された方法の提供。
【解決手段】装置が有するヘテロ構造は、複数の誘電体層のうちの誘電体層と複数の強誘電体層のうちの強誘電体層との交互の積層シーケンスを備え、複数の強誘電体層はそれぞれ、分極パターンを各々が形成する複数の強誘電分極ドメインを含み、分極パターンは、テラヘルツ周波数範囲内の共振周波数で、全体的な分極の振動または局所的な分極の振動に関連する振動を実施するように適合されており、本方法は、分極パターンの振動と、電気回路の電子またはテラヘルツ電磁波の振動とを装置によって機能的に結合することを含み、装置は、複数の誘電体層のうちの誘電体層または強誘電体層の一方である中間最上層と、他方である中間最下層との間に配置された少なくとも1つの中間電極をさらに備える。
【選択図】図1a
特許請求の範囲【請求項１】
ヘテロ構造（２００、２１０）を有する装置（１００）を、電気回路（８００、９００、９２０、１０００）の電子またはテラヘルツ電磁波（６０２、７０２、１００２、１２０２）のための共振器として利用する方法であって、
前記ヘテロ構造（２００、２１０）は、複数の誘電体層（１０４）および複数の強誘電体層（１０６）と、前記複数の誘電体層（１０４）のうちの誘電体層（１０４）と前記複数の強誘電体層（１０６）のうちの強誘電体層（１０６）との交互の積層シーケンスとを備え、
前記複数の強誘電体層（１０６）はそれぞれ、分極パターンを各々が形成する複数の強誘電分極ドメイン（１０８、１１０）を含み、
前記分極パターンは、テラヘルツ周波数範囲内の共振周波数で、全体的な分極の振動または局所的な分極の振動に関連する振動を実施するように適合されており、
前記方法は、
前記分極パターンの振動と、前記電気回路（８００、９００、９２０、１０００）の前記電子または前記テラヘルツ電磁波（６０２、７０２、１００２、１２０２）の振動とを前記装置（１００）によって機能的に結合することを含み、
前記装置（１００）は、前記複数の誘電体層（１０４）のうちの誘電体層（１０４）、または、前記複数の強誘電体層（１０６）のうちの強誘電体層（１０６）の一方である中間最上層と、前記複数の誘電体層（１０４）のうちの誘電体層（１０４）、または、前記複数の強誘電体層（１０６）のうちの強誘電体層（１０６）の他方である中間最下層との間に配置された少なくとも１つの中間電極をさらに備える、方法。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記テラヘルツ周波数範囲内の共振周波数を制御するために静電場を前記ヘテロ構造（２００、２１０）に加えることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記装置（１００）は、追加の集積素子（８０２，９０２，９２２）をさらに備え、
前記ヘテロ構造（２００，２１０）は、共通集積回路（８００，９００，９２０，１０００）の第１の構成要素であり、
前記追加の集積素子（８０２，９０２，９２２）は、前記共通集積回路（８００，９００，９２０，１０００）の第２の構成要素である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記追加の集積素子（８０２）は、ダイオードまたはトランジスタである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記追加の集積素子（８０２）は、小型半導体素子の一部であり、
前記小型半導体素子は、前記共振器のためのドライバおよび／または読み出し回路として構成される、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記装置（１００）は、前記ヘテロ構造（２００、２１０）の下方に配置された底部電極（１１２）と、前記ヘテロ構造（２００、２１０）の上方に配置された上部電極（１１４）と、前記上部電極（１１４）と前記底部電極（１１２）とを接続する金属または半導体シャント（９２２）とをさらに備える、請求項１または２に記載の方法。
【請求項７】
前記テラヘルツ電磁波（６０２、７０２、１００２、１２０２）のための受信機または送信機の構成要素として前記装置（１００）を利用することをさらに含む、請求項１または４に記載の方法。
【請求項８】
前記装置（１００）は、少なくとも１つの第２の誘電体層（１０４）および少なくとも１つの第２の強誘電体層（１０６）を備える第２のヘテロ構造（２００，２１０）をさらに備え、前記少なくとも１つの第２の強誘電体層（１０６）は、第２の分極パターンを形成する第２の複数の強誘電分極ドメイン（１０８、１１０）を含み、前記第２の分極パターンは、前記テラヘルツ周波数範囲内の第２の共振周波数を有し、分極の振動に関連する第２の振動を実施するように適合されており、
前記装置（１００）を適用することは、
前記ヘテロ構造（２００，２１０）を、過渡テラヘルツ電磁波（６０２，７０２，１００２）を発生させるように適合された送信機の構成要素として利用することと、
前記第２のヘテロ構造（２００，２１０）を、前記過渡テラヘルツ電磁波（６０２，７０２，１００２，１２０２）を受信するための受信機の構成要素として利用することと、をさらに含む、請求項１または７に記載の方法。
【請求項９】
プラズモン相互接続チャネルとして機能する金属チャネルを使用して前記過渡テラヘルツ電磁波（６０２，７０２，１００２）を誘導することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記装置（１００）を、ミラー、ビームスプリッタ、減衰器、位相調整器、ダイクロイックミラー、テラヘルツ光学ハイパスフィルタ、テラヘルツ光学ローパスフィルタ、テラヘルツバンドパスフィルタ、またはテラヘルツ光学ノッチフィルタであるテラヘルツ光学装置（１００）の構成要素として使用して、前記テラヘルツ電磁波（６０２，７０２，１００２，１２０２）を操作し、少なくとも１つのテラヘルツ光学パラメータを制御することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気共振器回路に関し、特に集積回路の電気共振器に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体産業は、集積電子回路を小型化し、そのスイッチング周波数および速度を増加させるというその目標によって推進されている。従来のシリコンベースの集積回路は、ある時点で、装置のキャパシタンスおよび誘導性、ならびに信号伝送中のエネルギー損失によって決定されるスイッチング周波数に関する基本的な限界に達することがある。より高速の回路および代替の伝送経路の概念が望ましい。電子伝送ではなく、電磁波による信号伝送が提案されている。今日のギガヘルツ電子機器から将来のテラヘルツ電子機器への発展は、同じまたは類似の集積電子素子を使用して、同様の周波数における電子信号処理および電磁波信号伝送を可能にし得る。したがって、テラヘルツ回路と電磁場とを結合する集積素子が望ましい。
【０００３】
テラヘルツ電磁信号伝送、特に受信は、医療撮像およびセキュリティスクリーニングなどの既存の用途、または例えば航空宇宙産業および宇宙もしくは衛星データ通信における長距離信号伝送にも有用であり得る。
【０００４】
信号の送受信に必要な共振器のような既存のテラヘルツ集積電子素子は、スプリットリング型およびスプリットディスク型の共振器を含む。これらの構造の寸法は、テラヘルツ波長によって決定され、シリコンベース集積回路の典型的な限界寸法よりもはるかに大きい。テラヘルツ振動器および共振器と小型集積回路との小型化および共集積化を可能にするための改善が望ましい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
Ｌｕｋ’ｙａｎｃｈｕｋ他、ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＢ９８，０２４１０７（２０１８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の技術的問題を考慮して、電気回路の電子またはテラヘルツ電磁波のテラヘルツスペクトル範囲における振動を共振器、特に小型集積回路に組み込むことができる共振器と結合するための改善された方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、独立請求項１に記載の方法によって達成される。独立請求項１１は、共振器として適用されるヘテロ構造を有する装置を提供する。独立請求項１４は、共振器として適用されるのに適したヘテロ構造を有する装置を製造する方法を提供する。従属請求項は、好ましい実施形態に関する。
【０００８】
第１の態様では、本開示は、ヘテロ構造を有する装置を、電気回路の電子またはテラヘルツ電磁波のための共振器として利用する方法に関する。ヘテロ構造は、少なくとも１つの誘電体層および少なくとも１つの強誘電体層を備える。少なくとも１つの強誘電体層は、分極パターンを形成する複数の強誘電分極ドメインを含む。分極パターンは、テラヘルツ周波数範囲内の共振周波数で振動を実施するように適合される。本方法は、分極パターンの振動と、電気回路の電子またはテラヘルツ電磁波の振動とを装置によって機能的に結合することを含む。
【０００９】
少なくとも１つの誘電体層および少なくとも１つの強誘電体層を備えるヘテロ構造を有する装置は、小型集積回路に集積することができ、小型集積回路は、スプリットリング共振器およびスプリットディスク共振器などの既存のテラヘルツ共振器を超える利点を提供することができる。特に、装置の側方面積は、例えば、今日の半導体素子の限界寸法まで小さくすることができる。さらに、少なくとも１つの強誘電体層および／または少なくとも１つの誘電体層は、層堆積技術の十分発達した技法を使用して堆積することができる。有利には、小型化のために、相当のインダクタンスをもたらす要素を装置内で省略することができる。
【００１０】
有利には、少なくとも１つの強誘電体層および少なくとも１つの誘電体層は、絶縁材料から形成することができ、絶縁材料は、共振周波数よりもはるかに低いかもしくははるかに高い周波数において、または分極パターン、電気回路の電子、もしくはテラヘルツ電磁波の振動の周波数において、例えば電磁波などの振動に対してほとんど応答を示さないものであり得る。これは、そうでなければはるかに高いまたははるかに低い周波数における振動、例えば電磁波に対する応答から生じる可能性がある望ましくない応答およびノイズを抑制することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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