2021 Fiscal Year Annual Research Report
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 |
21H01619
|
|---|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
保科 拓也 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (80509399)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
|
| Keywords | テラヘルツ / 6G / 誘電体 / 誘電損失 / エリプソメトリ |
|---|
| 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、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、様々なアルカリイオンを添加したシリケートガラスを作製し、100GHz超の帯域の複素誘電率を決定する誘電分極メカニズムについて検討した。その結果、軽いアルカリ金属イオンを添加したシリケートガラスでは誘電分散が比較的小さい（誘電率が周波数にあまり依存しない）のに対して、重いアルカリ金属イオンを添加したシリケートガラスではGHz～THz帯における誘電分散が大きい（誘電率が周波数に大きく依存する）ことが明らかになった。また、大きな誘電分散の影響により、100 GHz超帯の誘電損失は、重いアルカリ金属イオンを添加したシリケートガラスで大きくなった。また、幾つかの結晶質の低損失誘電体材料に関しても検討を行った。該当年度に検討した中では、ルドルスデン-ポッパー相のSr2RuO4系誘電体の分極メカニズムを明らかにし、同材料が低損失材料として有望であることを見出した。
|
| 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、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。これらは高周波フィルタ用の低損失誘電体材料を開発する上で有用な知見である。一方で、誘電体の測定技術や計算技術の向上という点でも確実に進歩しており、研究計画は順調に進展していると判断される。
|
| Strategy for Future Research Activity |
テラヘルツ分光エリプソメータを用いて、様々なアルカリイオンを添加したシリケートガラス、ホウケイ酸ガラス等の複素誘電率測定を実施する。また、測定結果を理解するために、分子動力学シミュレーションを実行する。メルトクエンチ法という手法でガラスの計算モデルを用意し、電場印加時のイオンの挙動から複素誘電率の周波数依存性をシミュレーションする。複素誘電率に及ぼすアルカリイオンやガラスネットワークを構成するSiやB等の役割を定量的に明らかにすることにより、低損失ガラスの設計指針を得る。また、誘電率の温度依存性を小さくするためには、結晶化ガラスについて検討することが重要である。本研究では、幾つかの組成系について検討を行い、GHz～THz帯における結晶化ガラスの複素誘電率を測定する。負の温度係数を有する結晶相をガラス中に析出させることにより、温度係数が小さくなるような材料の開発を目指す。一方、無機多結晶（セラミックス）の低損失材料の開発にも取り組む。ペロブスカイト型構造で既に明らかになっている知見を活かして、ルドルスデン-ポッパー相等で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。
|
