テラヘルツ分光エリプソメータを用いた6G用低損失誘電材料の測定と開発
| Project/Area Number |
23K21038
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| Project/Area Number (Other) |
21H01619 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
保科 拓也 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (80509399)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
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| Keywords | テラヘルツ / 6G / 誘電体 / 誘電損失 / エリプソメトリ |
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| Outline of Research at the Start |
第6世代移動体通信システム（6G）を構築するにあたり周波数フィルタ用の低損失誘電体材料が必要であるが、6Gの周波数帯域で利用できる適切な材料は未だ見出されていない。本研究では、独自技術であるテラヘルツ分光エリプソメータシステムを用いて、6Gのフィルタ材料として応用が期待される無機多結晶、ガラス、コンポジット、結晶化ガラスの複素誘電率を広い周波数帯域で測定する。また、分子動力学シミュレーション等を活用することにより100GHz帯での誘電率・誘電損失の起源を定量的に明らかにする。最終的には、誘電率の温度依存性、焼結性なども考慮して、6Gの高周波フィルタ材料として有力な候補材料を提案する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
第6世代移動体通信システム「6G」は様々な社会問題の解決や新たな価値の創出に利用されるであろう未来技術である。6Gを構築するにあたり高周波フィルタ用の低損失誘電体材料が必要であるが、6Gの周波数帯域（100 GHz超の帯域）で利用できる適切な材料は未だ見出されていない。本研究では、独自技術であるテラヘルツ分光エリプソメータシステムを用いて、6Gの高周波フィルタ材料として応用が期待される結晶、ガラス、コンポジット、結晶化ガラスの複素誘電率を広い周波数帯域で測定する。また、100 GHz帯での誘電率・誘電損失の起源を定量的に明らかにする。
該当年度は前年度に引き続き、テラヘルツ分光エリプソメータシステムを用いて、様々なガラス材料の複素誘電率を測定した。特に、ガラスのネットワークフォーマー組成によって100GHz超の帯域の複素誘電率がどのように変化するのか明らかにした。また、高周波フィルタ用の誘電材料を開発すべく、誘電率の温度依存性を低減させるような試みを行った。特にルチル型のTiO2結晶を析出させた結晶化ガラスにおいて、TiO2結晶の析出量を変化させることによって誘電率の温度係数を制御できることが明らかになった。これにより誘電率の温度係数がほぼゼロとなるような誘電材料が開発できた。一方、無機多結晶のセラミックスでも低損失誘電体材料の探索を行っており、ルドルスデン-ポッパー相やトリルチル相の材料系について100 GHz超帯の誘電特性の起源を明らかにしている。
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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
独自のシステムを用いてテラヘルツ帯域の誘電特性評価を行い、様々なガラス材料や結晶質材料の誘電メカニズムについて新しい知見を得ている。高周波フィルタ用の低損失誘電体材料の候補が具体的に示すことできており、研究計画は順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
ガラス系の材料に関しては、ルチル型のTiO2結晶を析出させた結晶化ガラスにおいて、TiO2結晶の析出量を変化させることによって誘電率の温度係数を制御できることが明らかになっている。今後はテラヘルツ分光エリプソメータを用いて、これについてミクロスコピックな起源を明らかにする。また、高周波フィルタのプロトタイプを作製し、候補材料の有用性を示す。
また、ガラス材料の誘電率の起源に関しては、分子動力学計算を駆使して詳細を明らかにする。特にアルカリシリケートガラス中のアルカリ金属イオンのイオンダイナミクスやネットワークフォーマーの役割に注目してサブテラヘルツ帯の分極メカニズムを定量的に議論する。
一方、無機多結晶（セラミックス）の低損失材料の開発にも引き続き取り組む。ルドルスデン-ポッパー相やトリルチル相の材料系について誘電率や誘電損失の制御が可能かどうか検証する。GHz～THz帯における誘電率や誘電損失の起源について結晶構造から理解を行い、高周波フィルタ用材料の設計指針を得る。得られた成果は、国内外の学会、国際論文誌等で報告する予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
