2016 Fiscal Year Annual Research Report
Uncooled, high-sensitivity terahertz bolometer using MEMS resonators.
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15K13966
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10183097)
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2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | テラヘルツ / ボロメータ / MEMS / 光検出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
基礎科学や安全・安心分野などへの応用が注目されているテラヘルツ電磁波技術においては、電磁波の検出は光伝導素子やボロメータにより行われてきた。これらの非同期検出においては、半導体や超伝導体の抵抗変化を信号として用いるため、室温で動作するような簡便な検出器は、ほとんど存在しない状況である。しかし、テラヘルツ技術を基礎研究や社会の様々な場面で広く応用展開していくためには、極低温への冷却を必要としない高感度のテラヘルツ検出技術の開発は必要不可欠である。
本研究では、テラヘルツ電磁波の入射で誘起されるMEMS梁のわずかな温度上昇を、共振周波数のシフトとして高感度に読み取ることを原理とする高感度・非冷却のテラヘルツ検出用ボロメータの原理実証を行うことを目的とした。特に本年度は、以下のような成果を挙げることができた。
１）AlGaAs/GaAsヘテロ構造を用いてMEMS両持ち梁構造を作製し、テラヘルツ入力を模擬するために梁上に形成したNiCr薄膜に通電し、素子の動作について調べた。その結果、常に共振周波数を追いかけるようにフィードバックをかけるFM検出を用いると、7 kHz以上の動作速度が得られることを確認した。この速度は、従来の室温動作熱型テラヘルツ検出器のそれの100-1000倍高速なものである。
２）FM検出を用いて、本テラヘルツ検出器の感度を求めたところ、現状で従来の室温動作テラヘルツ検出器と同等、あるいはそれ以上の感度を示した。また光学ハウジングを作製して、実際にテラヘルツ電磁波の検出を行い、良好なスペクトルの観測に成功した。
３）MEMS梁に大きな熱量を入れると、梁の熱膨張により座屈を起こし、検出器としてのダイナミックレンジが7桁程度であることがわかった。さらに梁部にInを添加し、意図的に座屈を導入した歪み梁構造では３倍程度感度が上がることがわかった。
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