Development of metallic coating technique onto 3D-printed polymer for fabrication of Terahertz wireless communication devices
Project/Area Number |
20H02511
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
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Research Institution | Kumamoto University (2023) The University of Tokyo (2020-2022) |
Principal Investigator |
百瀬 健 熊本大学, 半導体・デジタル研究教育機構, 准教授 (10611163)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小西 邦昭 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (60543072)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
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Keywords | 超臨界流体薄膜堆積法 / 金属コーティング / テラヘルツ波 / 導波管 / 3Dプリンタ |
Outline of Research at the Start |
次世代の高速無線通信技術としてテラヘルツ(THz)波の利用が検討されている。THz波通信システムは送受信機,導波管,アンテナからなるが,導波管形成の目処がたっていない。THz波導波管は極細(数十um)かつ超高アスペクト比(数百)であり,従来技術の転用は難しい。本研究では,高解像度の光造形型3Dプリンタによりポリマー立体構造を形成した後に,金属薄膜をコートする新たな手法を開発する。研究代表者の検討してきた超臨界流体薄膜堆積法(SCFD)は,アスペクト比が100を超える高アスペクト比構造にも金属コートが可能であり,本研究では,SCFDを発展させ,独自の導波管形成手法として確立することを目指す。
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Outline of Annual Research Achievements |
3Dプリンタによりポリマー3次元構造体を形成し,表面を金属薄膜により被覆することにより,従来の金属切削加工では成しえなかった微細かつ複雑な構造を形成し,テラヘルツ波デバイスとして使用することを目指している。そのためこれまでに,伝搬損失を定量的に導出できる物理モデルを構築し,本モデルに基づき,銅が最適膜材料であること,ならびに必要膜厚は膜のバルク比抵抗に依存し変化するが100-300nm程度であることを見出してきた。これまでは,平坦シリコン基板上にスパッタリングにより薄膜を形成し,伝搬損失の原理追及を行ってきたが,今年度は低抵抗な銅薄膜を3Dプリンタにより作製した複雑な3次元構造を有するテラヘルツ波デバイス内に均一に形成する技術を検討した。具体的には,優れた段差被覆性を持つ超臨界流体薄膜堆積法(SCFD)を検討した。本技術は超臨界二酸化炭素内において,有機金属化合物原料を還元し,薄膜を得る手法であり,シリコン基板表面に形成されたナノトレンチに対してアスペクト比が100を超える構造であっても均一な膜形成が報告されている。本手法の段差被覆性向上のカギは原料濃度を高めることにあり,それは原料の超臨界流体中への飽和溶解度を向上させることに等しい。そのため,原料の溶解度調査に基づき高濃度原料供給を可能にする反応器を設計,作製し,高アスペクト比構造への銅薄膜の均一形成を実現した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画に沿い,超臨界流体を用いた製膜に関する検討を進め,高アスペクト比構造への製膜が実現できており,順調に進展していると判断できる。
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Strategy for Future Research Activity |
これまでに構築した伝搬損失モデルより,銅薄膜の比抵抗が低いことが伝搬損失の抑制には重要であることが分かっている。超臨界流体薄膜堆積法により形成した銅薄膜には不純物が残留しており,結果としてバルク比抵抗の倍程度の値にとどまっている。今年度は低抵抗銅薄膜の形成プロセスを構築する。また,均一に製膜可能なアスペクト比のさらなる増大を検討する。
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Report
(3 results)
Research Products
(15 results)
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[Presentation] Supercritical fluid deposition technique enabling metallic coating onto 3D-printed polymer for fabrication of high-aspect-ratio THz devices2020
Author(s)
Takeshi Momose, Kuniaki Konishi, Yu Zhao, Hirotaka Morishita, Tetsuya Tsuchida, Yuyuan Huang, Hiroyuki Yasukochi, Kentaro Soeda, Momoko Deura, Yusuke Shimoyama, Junji Yumoto, Makoto Kuwata-Gonokami, and Yukihiro Shimogaki
Organizer
45th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves
Related Report
Int'l Joint Research
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