セルロースナノファイバー基板上に不均一に集積されたフレキシブルマイクロ波増幅器

Heterogeneously integrated flexible microwave amplifiers on a cellulose nanofibril substrate.

• Huilong Zhang
• Jinghao Li
• Dong Liu
• Seunghwan Min
• Tzu-Hsuan Chang
• Kanglin Xiong
• Sung Hyun Park
• Jisoo Kim
• Yei Hwan Jung
• Jeongpil Park
• Juhwan Lee
• Jung Han
• Linda Katehi
• Zhiyong Cai
• Shaoqin Gong
• Zhenqiang Ma

抄録

フレキシブル無線通信やその他のマイクロ波システムの小型化には、小型・軽量で低コストのフレキシブルマイクロ波回路が強く望まれている。しかし、これまでのフレキシブルマイクロ波エレクトロニクスの研究では、トランジスタ、インダクタ、コンデンサ、伝送線路などの個々のフレキシブルマイクロ波素子にしか焦点が当てられていませんでした。これまでのフレキシブルマイクロ波集積回路へのアプローチは、リジッドチップベースのモノリシックマイクロ波集積回路の支持基板の薄型化のみであった。ここでは、メンブレン型AlGaN/GaN高電子移動度トランジスタと受動インピーダンス整合ネットワークをセルロースナノファイバー紙上に集積したフレキシブルマイクロ波集積回路戦略を報告する。この戦略により、5GHzを超えて10mWの出力が可能なフレキシブルマイクロ波増幅器を不均一に集積化することが可能となり、また、回路基板としてセルロースナノファイバー紙を使用することにより、簡単に廃棄することができるという、我々の知る限りで初めてのフレキシブルマイクロ波増幅器を実現した。今回の実証は、フレキシブルな無線通信デバイスの実現に向けた重要な一歩となります。

Low-cost flexible microwave circuits with compact size and light weight are highly desirable for flexible wireless communication and other miniaturized microwave systems. However, the prevalent studies on flexible microwave electronics have only focused on individual flexible microwave elements such as transistors, inductors, capacitors, and transmission lines. Thinning down supporting substrate of rigid chip-based monolithic microwave integrated circuits has been the only approach toward flexible microwave integrated circuits. Here, we report a flexible microwave integrated circuit strategy integrating membrane AlGaN/GaN high electron mobility transistor with passive impedance matching networks on cellulose nanofibril paper. The strategy enables a heterogeneously integrated and, to our knowledge, the first flexible microwave amplifier that can output 10 mW power beyond 5 GHz and can also be easily disposed of due to the use of cellulose nanofibril paper as the circuit substrate. The demonstration represents a critical step forward in realizing flexible wireless communication devices.