2015 Fiscal Year Research-status Report
周期的に固体プラズマを配置したサブミリ波帯サーキュレータに関する研究
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26400528
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
淀川 信一 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90282160)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
倉林 徹 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90195537)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | サブミリ波 / 固体プラズマ / サーキュレータ / 非可逆素子 / 周期構造 / InSb / FDTD解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，固体プラズマを利用したサブミリ波帯で動作するサーキュレータを実現することを目的としている．前年度までに，固体プラズマ材料のパラメータであるキャリア密度や寸法について詳細に検討し，固体プラズマ材料として利用するn-InSbを適当なパラメータにすることでサブミリ波の進行方向が約30°変化することが3次元FDTD(Finite-Difference Time-Domain)解析結果より示された．本年度は，上記特性を利用したサーキュレータの実現を目指し，3開口Y型サーキュレータについてFDTD解析により検討した．その結果，Y型サーキュレータの中央部に厚さ0.020 mmのn-InSb円板を挿入した構造で，サブミリ波の挿入損失約1 dB，アイソレーション約10 dBの特性が得られた．ここで，挿入損失とアイソレーションは，プラズマの厚みに大きく依存し，最適な厚みが存在することが示された．この原因は現在調査中であるが，適当なプラズマ密度の場合，プラズマはサブミリ波帯に対し損失のある導体として作用することで，プラズマ表面の電磁界の影響が大きく現れることに起因すると考えている．この現象を積極的に利用することで，周期的に配置する場合の設計指針にもつながると予想している．現時点では，1つのプラズマ円板で実験を実施するために，実験方法と試料の作製方法についての検討と，伝搬方向に対し垂直な方向の周期構造について検討している．
一方で伝搬方向に対し平行方向に周期的にプラズマを配置した場合，サブミリ波の伝搬方向が大きく変化することがFDTD解析で示された．こちらの詳細な検討は今後の課題でもあるが，周期構造のプラズマを伝搬方向に対し垂直および平行方向に組み合わせて配置し，上記2種の効果を組み合わせることができれば，さらに特性の向上が期待される．
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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
3開口Y型サーキュレータの中央に固体プラズマを挿入した構造についてFDTD解析を実施し，サブミリ波帯でサーキュレータとして利用できる特性が得られた．また，プラズマの厚さによる特性への影響で最適値が存在することが分かり，設計の方向性を示すことができた．さらに，周期的な構造にすることでプラズマの影響をより大きくできる可能性が示され，今後の検討方針が定まった．
プラズマ試料（n-InSb）の試作は，外部業者に委託する予定だったが，業者の選定が遅れ発注には到らなかった．業者の選定は既に終わり，加工法などの打ち合わせも済んでおり，試料の試作の準備は進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，前年度に詳細に解析により検討した1つのプラズマ円板によるY型サーキュレータを試作し実験で確認する．プラズマのパラメータは種々の解析結果より適切なものを数種類を選び，それぞれの特性を比較検討する．
固体プラズマを周期的に配置した構造についてFDTD解析を行い，サーキュレータの特性の改善を目指す．またプラズマを周期的に配置した試料を試作し実験する．周期構造は，伝搬方向に対し垂直方向および平行方向の他，3次元的に配置した場合に拡張して解析を行い，可能な限り実験を試みる．
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| Causes of Carryover |
プラズマパラメータの決定と，試作を依頼する外部業者の選定が遅れ前年度は試料の試作に到らなかったため，外注加工費，試料購入費が未使用となった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
固体プラズマ試料の試作のための精密な半導体加工(10万円/1加工)を外部業者に依頼する．我々が要求する試料の構造での加工が可能な外部業者は選定済みである．また，InSbウェハを数枚購入する（15万円/1枚）予定である．
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