2015 Fiscal Year Research-status Report
パルス光変調による誘電体散乱電界センサの広周波数帯域化
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15K06124
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| Research Institution | Akita Industrial Technology Center |
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Principal Investigator |
黒澤 孝裕 秋田県産業技術センター, その他部局等, 主任研究員 (60370243)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電界計測 / 変調散乱 / 光変調 / 誘電体 / 高周波 / EMC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子情報通信学会通信ソサイエティより優秀論文賞を受賞した．
高周波電界中に設置した半導体散乱体からの散乱波を光変調して散乱体位置の高周波電界を計測する電界センサについて，センサ材料の物性と性能との関係を明らかにすることを目指した．材料物性として半導体のキャリア寿命に着目し，これを計測するシステムを構築した．
キャリア寿命の計測手法として，パルス光励起によるマイクロ波反射率の時間変化を検出する手法を用いた．整合終端したマイクロストリップライン上に半導体試料を装荷し，マイクロ波を給電する．光照射によって試料のキャリア密度が増加すると試料の複素誘電率が変化するため，キャリア密度の変化がマイクロストリップラインからの反射波振幅の変化として観測される．そのため，試料上にパルス光を照射した際の反射波強度の時間依存性からキャリア寿命を計測できる．照射光源には波長1064nm，パルス幅0.8nsの半導体パルスレーザーを用いた．
種々の半導体材料について，給電周波数2GHzにおける反射波振幅の時間変化を計測した結果，今回構築したシステムでは10ns-20μs以上の範囲のキャリア寿命を計測可能であった．次に，キャリア寿命を計測した材料について，外部光によって散乱波に振幅変調を与えた際の変調散乱波強度を計測した．マイクロストリップラインを近傍電界波源および散乱波の受信アンテナとして用い，周波数1KHzで強度変調した外部光を照射したところ，照射光の強度変化に同期した変調散乱波が検出できた．散乱波強度はキャリア寿命が長くなるにつれて大きくなった．このことは，キャリア寿命に対してほぼ定常的な光照射に伴うキャリア密度の変化量と複素誘電率との関係，および，誘電率と散乱波強度との関係から定性的に説明でき，散乱体に用いる半導体のキャリア寿命と変調散乱波強度との関係を明らかにできた．
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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
高周波電界中に設置した半導体散乱体からの散乱波を光変調して散乱体位置の高周波電界を計測する電界センサについて，センサ材料の物性と性能との関係を明らかにするための，半導体のキャリア寿命を計測するシステムを構築した．キャリア寿命計測法について，当初予定していた時間分解反射率測定法を変更し，入手したパルスレーザーの性能に適合した，マイクロ波反射率の時間変化を計測する手法とした．この計測法は研究実施計画の代替計測手法として挙げており，変更後の計測手法でも10ns-20μs以上の範囲のキャリア寿命を計測可能なことを示した．また，キャリア寿命と散乱波強度との関係も明らかにしつつある．これらの項目は平成27年度研究実施計画に挙げられており，研究は概ね予定通りに進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度実施計画に沿って進める．平成27年度に構築した測定システムを用い，散乱波強度の電界周波数依存性，光強度依存性を測定し，散乱体に用いる半導体のキャリア寿命と変調散乱波強度との関係を詳細に検討する．これに加えて散乱波強度の変調周波数依存性を測定することにより，散乱体に用いる半導体のキャリア寿命と変調周波数との関係を明らかにし，高速変調に対応可能な物性条件を見いだす．次に，高速変調に対応可能な材料を用い，パルス光励起による散乱波のパルス振幅変調および被測定電界の検出が可能なことを示し，被測定電界の周波数，振幅，位相を計測できることを示す．
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| Causes of Carryover |
概ね予定通り使用した．主要物品のパルスレーザーが当初予定より安価に購入できたため，次年度に使用する研究費が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度研究費943千円は消耗品，旅費，その他に使用し，設備備品の導入予定は無い．
消耗品は593千円を予定している．内訳は半導体基板300千円，光学・電子部品243千円，論文別刷50千円である．半導体基板は材料探索の中心的役割を担うため必須である．光学・電子部品は補助的な研究機器の自作に使用する．国内旅費は220千円を予定しており，内訳は研究成果の学会発表2件，研究会発表1件である．その他は130千円を予定し，査読論文投稿1件および学会参加負担金である．
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Research Products
(2 results)
