等価回路モデルを利用したレクテナRF-DC変換効率計算－大電力RFデバイスに適した半導体材料の検討

摘要

Ga_2O_3やダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体が，レクテナ回路のRF-DC変換効率に与える影響を等価回路モデルにより検討した．本モデルは半導体の特性と回路特性を結びつけることができる．まず，絶縁破壊電界や移動度などの材料パラメータからショットキーバリアダイオード（SBD）の寄生抵抗や寄生容量を算出した後，RF-DC変換効率を算出した．その結果，従来の半導体（Si，GaAs）よりワイドバンドギャップ半導体を適用した回路において，高い動作電圧で高効率が期待できることがわかった．特にダイヤモンドでは，高い動作電圧150Vで高効率98%となった．絶縁破壊電界が高いとSBDの不純物濃度を高く，膜厚を薄くできるため，ワイドバンドギャップ半導体では，寄生抵抗が低減した．寄生容量はワイドバンドギャップ半導体の方が増加し，寄生抵抗と寄生容量のトレードオフの関係が存在した．しかし，寄生抵抗低減の効果が著しいため，オン時の損失が改善され，ワイドバンドギャップ半導体でRF-DC変換効率が改善されることがわかった．