本論文では、高周波無線通信回路のキーコンポーネントであるパワーアンプと
LDMOSデバイスの高信頼性化の研究を行った。
パワーアンプの研究として、パワーアンプを効率よく動作させる包絡線追跡電源に 関して、将来の設計仕様に要求される広帯域化、高スルーレート化を目標として回路 設計を行った。ヒステリシスにより制御を行う包絡線追跡電源に制御ロジック回路を 組み込むことで、多相包絡線追跡電源を設計した。制御ロジック回路をTSMC180nm CMOSプロセスによりIC設計を行い、多相包絡線追跡電源を実装した。設計回路に 関して、シミュレーションおよび測定により回路の有用性を確認した。制御回路部に 発生する信号遅延による性能の頭打ちが生じてしまったため、今後の課題として信号 遅延の影響を避ける回路構成の検討、また信号遅延が発生しない場合の理論的性能の 確認を行う。
LDMOSデバイスの高信頼性化の研究として、従来のLDMOS構造には電流増大現
象（Current Expansion）が問題となっており、この現象により信頼性が損なわれる ことがあった。これに対し、従来構造に新たなドーピングを行うことで高信頼化した
（DR①構造）。さらに、高信頼化した構造に対して、オン抵抗を減らす工夫を行うこ とで、今までに発表されている値と同等のオン抵抗値にまで減らすことができた（DR
②構造）。LDMOS構造の設計にはさまざまなトレードオフが存在するが、実用的な条 件下での損失値において、DR②構造の有用性を確認した。このLDMOS構造の検討 は、シミュレーションベースでの検討となっており、実測での検討が今後の課題とい える。
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参考資料
[1] 総務省 ‘‘総務省電波利用ページ’
http://www.tele.soumu.go.jp/j/adm/freq/index.htm
[2] 新田隆夫 ‘‘移動通信をめぐる最近の動向’’, MWE 2007 Microwave Workshop Digest Opening Ceremony pp 3~11.
[3] 阪田史郎 “UWB/ワイヤレスUSB教科書”, インプレス、2006年 [4] 阪田史郎 “IEEE無線通信規格を整理する”, アットマークアイティ
http://www.atmarkit.co.jp/fnetwork/index/index_ieee.html
[5] Kazuhiro Uehara, “Trends in Broadband Wireless Comuunication Systemsand Software Defined Radios”, Interdisciplinary Information Sciences, Vol.12, No.2, pp.163-172, 2006
[6] ITRS Roadmap, http://www.itrs.net/
[7] Y. Taur, “CMOS design near the limit of scaling”, IBM J. RES. & DEV.VOL. 46 NO.2/3 pp213-222, MARCH/MAY 2002.
[8] 益一哉 “Si RF CMOS 集積回路の展望”, MWE 2007 Microwave Workshop Digest pp132-142
[9] P. Bacon, C. Mohan, D. Fryklund and P.Zampardi, “Semiconductor Trends in Wireless Handsets”, Microwave journal, pp.22-56, June, 2005
[10] 日経エレクトロニクス 日経BP社2006年1月30日号pp88-109.
[11] A. A. Abidi, “RF CMOS Comes of Age”, IEEE JSSC, Vol.39, NO.4, pp.549-561, April. 2004
[12] B. J. Baliga, "Trends in power semiconductor devices," Electron Devices, IEEE Transactions on, vol. 43, pp. 1717-1731, 1996.
[13] M. Abouelatta-Ebrahim, C. Gontrand, and A. Zekry, "Design of complementary LDMOS in 0.35 μ m BiCMOS technology for smart integration," EPJ Applied Physics, vol. 57, // 2012.
[14] A. W. Ludikhuize, "Kirk effect limitations in high voltage IC's," in Power Semiconductor Devices and ICs. ISPSD '94. Proceedings of the 6th International Symposium on, 1994, pp. 249-252.
[15] S. Reggiani, E. Gnani, A. Gnudi, G. Baccarani, M. Denison, S. Pendharkar, et al., "Investigation on saturation effects in the rugged LDMOS transistor," in Power Semiconductor Devices & IC's. ISPSD 2009. 21st International Symposium on, pp. 208-211.
[16] SAMSUNG TOMORROW “Samsung Announces World’s First 5GmmWave Mobile Technology”,
http://global.samsungtomorrow.com/samsung-announces-81/86 worlds-first-5g-mmwave-mobile-technology/
[17] T.Sato, T.Nabeshima, K.nishijima,T.Nakano “Multi-Phase Converter Controlled by Hysteretic PWM Method”, IEEE(2007)
[18] Masato Kaneta, Akihiro Kanbe, Hitoshi Hirata, Tatsuhiro Shimura, Kentarou Yamagishi, Haruo Kobayashi, “Architecture of Wideband High-Efficiency Envelope Tracking Power Amplifier for Base Station”, Silicon Science and Advanced Micro-Device Engineering, Vol.459, pp.241-251,(2011).
[19] Kwak Myoungbo, “High Efficiency Wideband Envelope Tracking Power Amplifier for Next-Generation Wireless Communications”, UC San Diego Electronic Theses and Dissertations, (2011).
[20] Philip A. Godoy, Sungwon Chung, Talor W.Barton, David j. Perrcault, Joel L.
Dawson, “A 2.4-GHz, 27-dBm Asymmentric Multilevel Outphasing Power Amplifier in 65-mm CMOS”, IEEE Journal of Solid-State Circuit, Vol.47, No.10,pp.3083-3086, (Oct 2012).
[21] Akihiro Kanbe, Masato Kaneta, Fuminori Yui, Haruo Kobayashi, Nobukazu Takai, Tatsuhiro Shimura, Hitoshi Hirata, Kentarou Yamagishi, “New Architecture for Envelope-Tracking Power Amplifier for Base Station”, IEEE, (2008).
[22] Byungjoon Park, Jooseung Kim, Yunsung Cho, Sangsu Jin, Daehyun Kang, Bumman, “CMOS Linear Power Amplifier with Envelope Tracking Operation”, Journal of Electromagnetic Engineering and Science, Vol.14, No.1,18, (2014) [23] Zdravko Lukic, Zhenyu Zhao, Aleksandar Prodic, “Digital Controller for
Multi-Phase DC-DC Converters with Logarithmic Current Sharing”, IEEE (2007) [24] Alejandro Pascual, Gabrial Eirea, Enrique Ferreira, “A Control Strategy for
Multi-Phase Buck Converters under Dynamical Selection of Active Phases”, (2009)
[25] 谷口貴一郎, 佐藤輝被, 鍋島隆, 西嶋仁浩, “固定周波数で動作するヒステリシス 制御降圧型コンバータ”, 社会法人電子情報通信学会信学技報 IEICE Technical Report EE2009-20 (2009-10)
[26] 廣瀬翔平, 木村太智, 佐藤輝被, 鍋島隆, 西嶋仁浩,”サブハーモニック発振内固 定周 波数リプ ルレギュレー タ”,社会法 人電子情報 通信学会 信学技報 IEICE Technical Report EE2011-11 (2011-07)
[27] H. Wang, "Power MOSFETs with Enhanced Electrical Characteristics," Thesis (PhD ), University of Toronto, 2009.
[28] C. T. Kirk : “A Theory of Transistor Cutoff Frequency (ft) Falloff and High Current Densities”, IRE Transactions on Electron Devices, Vol. 9, No. 2 pp.164–174(1962).
82/86
[29] Chih-Chang Cheng, H. L. Chou, F. Y. Chu, R. S. Liou, Y. C. Lin, K. M. Wu, Y. C. Jong, C. L. Tsai, C.L. Jun Cai, and H. C. Tuan : “Investigation of Parasitic BJT Turn-on Enhanced Two-stage Drain Saturation Current in High-voltage NLDMOS”, 23rd International Symposium on International Power Semiconductor Devices & IC's (ISPSD), pp.208–
210(2011).
[30] Jingxuan Chen : “HV EDMOS Design with Expansion Regime Suppression”, Master Thesis of Applied Science, Department of Electrical and Computer Engineering, University of Toronto, (2013).
[31] Kwang-Young Ko, Il-Yong Park, Yong-Keon Choi, Chul-Jin Yoon, Ju-Hyoung Moon, Kyung-Min Park, Hyon-Chol Lim, Soon-Yeol Park, Nam-Joo Kim, Kwang-Dong Yoo, and Hutter, L.N. : “BD180LV - 0.18 μm BCD technology with best-in-class LDMOS from 7V to 30V”, 22nd International Symposium on International Power Semiconductor Devices &
IC's (ISPSD), pp.71–74(2010)
[32] S. Pendharkar “7 to 30V state-of-art power device implementation in 0.25μm LBC7 BiCMOS-DMOS process technology” Proc. Of ISPSD, p419-422, 2004
[33] R. Zhu, “Implementation of high-side, “high-voltage RESURF LDMOS in a sub-half micron smart power technology”, ISPSD, p403-406, (2001).
[34] Choul-Joo Ko, et al., “Implementation of Fully Isolated Low Vgs nLDMOS with Low Specific On-resistance,” ISPSD, pp. 24-27 (2011).
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研究業績
学会発表
国際学会
[1] Masataka Kamiyama, Daiki Oki, Satoru Kawauchi, Seiichi Banba, Nobuo Takahashi, Toru Dan, Congbing Li, Haruo Kobayashi, “Multi-Band CMOS Low Noise Amplifiers Utilizing Transformers”, The 3rd Solid State Systems Symposium-VLSIs and Semiconductor Related Technologies & The 17th International Conference on Analog VLSI Circuits, Ho Chi Minh City, Vietnam (Oct. 22-24, 2014).
[2] J. Matsuda, M. Kamiyama, N. Tsukiji, J. Kojima, H. Kobayashi “Proposal of High Reliability LDMOS Structure”,P8-22 The 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (11th RASEDA and 7th International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (7th AMDE)Nov. 11-13, 2015 Kiryu City Performing Art Center [3] Satoru Kawauchi, Daiki Oki, Congbing Li, Masataka Kamiyama, Seiichi Banba,
Toru Dan, Nobuo Takahashi, Koji Sakata, Haruo Kobayashi, Nobukazu Takai, “A Power-Efficient Noise Canceling Technique Using Signal-Suppression Feed-forward for Wideband LNAs”, The 4th IEICE International Conference on Integrated Circuits Design and Verification, Ho Chi Minh City, Vietnam (Nov. 15-16, 2013)
[4] Masataka Kamiyama, Daiki Oki, Satoru Kawauchi, Congbing Li, Nobuo Takahashi, Seiichi Banba, Toru Dan, Haruo Kobayashi, “Triple-Band CMOS Low Noise Amplifier Design Utilizing Transformers”, 1st International Symposium of Gunma University Medical Innovation and 6th International Conference on Advanced Micro-Device Engineering, Kiryu, (Dec. 5, 2014)
[5] Daiki Oki, Satoru Kawauchi, Li CongBing, Masataka Kamiyama, Seiichi Banba,
Toru Dan, Nobuo Takahashi, Koji Sakata, Haruo Kobayashi, Nobukazu Takai, “A
Power-Efficient Noise Canceling Technique Using Signal-Suppression
Feed-forward for Wideband LNAs”, 5th International Conference on Advanced
Micro-Device Engineering (AMDE2013) Kiryu, Japan (Dec. 19, 2013).
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[1] 神山雅貴、松田順一、小島潤也、築地伸和、小林春夫「高信頼デュアル RESURF N-ch LDMOS のスイッチング損失の検討」第６回電気学会東京支部栃木・群 馬支所合同研究発表会、前橋（2016 年 3 月）
[2] 松田 順一、小島 潤也、神山 雅貴、築地 伸和、小林 春夫 「高信頼性・
低オン抵抗デュアル RESURF Nch-LDMOS の提案」 第 63 回 応用物理学会 春季学術講演会、東工大 大岡山キャンパス (2016 年 3 月）
[3] 松田 順一、神山 雅貴、築地 伸和、小林 春夫 「高信頼性 Nch-LDMOS の 提案」電気学会 EDD-15-066, SPC-15-148 パワーデバイス・パワーエレク トロニクスとその実装技術、長崎 （２０１５年１０月２９日）
[4] 興 大樹、河内 智、李从兵、神山雅貴、馬場清一、壇 徹、高橋伸夫、
小林春夫 「信号抑制フィードフォワードを用いた広帯域 LNA の低消費 電力ノイズキャンセル技術」 電気学会 電子回路研究会 ECT-15-008 高知（2015 年 1 月 22 日）
[5] 神山 雅貴 本島大地、河内 智「携帯端末用包絡線追跡電源の研究」第 60 回システム LSI 合同ゼミ、中央大学 （2015 年 6 月 27 日）
[6] 神山雅貴「デュアルバンド、トリプルバンド低雑音増幅器設計の検討」 第 56 回システム LSI 合同ゼミ、早稲田大学（2014 年 1 月 18 日）
[7] 神山雅貴、興 大樹、河内 智、馬場清一、高橋伸夫、壇徹、坂田浩司、
小林春夫、高井伸和「トランスを用いたデュアル、 トリプルバンド低雑音 増幅器の検討」第 35 回 アナログ RF 研究会、電子情報通信学会、中央大学
（2014 年 3 月 11 日）
[6] 興大樹、河内智、Li CongBing、神山雅貴、馬場清一、壇徹、高橋伸夫、坂 田浩司、小林春夫、高井伸和 「Signal-Suppression Feed-forward を用いた広 帯域 LNA の低消費電力ノイズキャンセル技術」 第 33 回 シリコンアナ ログ RF 研究会、湯河原（2013 年 8 月 28 日）
[8] 神山雅貴*, 興大樹, 河内智, 馬場清一, 高橋伸夫（群馬大学）, 壇徹（三 洋半導体）, 小林春夫, 高井伸和（群馬大学） 「トランスを用いたマルチバ ンド低雑音増幅器の検討」第４回 電気学会 東京支部 栃木・群馬支所 合 同研究発表会 2014 年 3 月 3 日（月）, 3 月４日（火） 群馬大学理工学部
（桐生キャンパス）
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