| 研究課題/領域番号 |
21K04868
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29010:応用物性関連
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| 研究機関 | 東海大学 |
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研究代表者 |
沖村 邦雄 東海大学, 工学部, 教授 (00194473)
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| 研究分担者 |
中西 俊博 京都大学, 工学研究科, 講師 (30362461)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | テラヘルツ波 / 光学透過制御 / メタ表面 / 相転移酸化物 / 二酸化バナジウム薄膜 / 電圧印加スイッチング / 自励発振現象 / プレーナ型素子 / 相転移VO2素子 / 絶縁体－金属転移 / 自発発振現象 / ヒステリシス幅 / テラヘルツ波の透過偏光制御 / メタマテリアル / 協調発振現象 / ポリイミド膜 / 偏光制御 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
VO2素子に対するモデリング解析法を確立してテラヘルツ波制御メタ表面上のVO2薄膜素子群の電圧印加スイッチング挙動を明らかにする．温度制御下での動作電圧変化及びVO2素子及び電極構造の微細化，薄層化による動作電圧の低減効果を明らかとし，より高速・低消費電力動作可能なメタ表面実現に繋げる．更にVO2素子群の協調発振条件を探索し，テラヘルツ波に対する新規な高速変調制御法に繋がる知見を得る．VO2の発振及び協調発振の発現には抵抗値及び静電容量が効くことから，VO2薄膜に加えてメタ表面を形成する金属膜及び基板の形状や厚さが影響すると予想される．
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| 研究成果の概要 |
本研究は68℃付近で絶縁体－金属転移(Insulator-metal transition: IMT)を示す二酸化バナジウム(VO2)薄膜をパターニングしたメタ表面を用いるテラヘルツ波の透過偏光制御に繋がる基礎研究として実施した。
スパッタ成膜した100 nm厚さのVO2薄膜に対してTi/Au電極を堆積し電極幅5000μm,電極間ギャップ10μmの対向電極を有するプレーナ型素子を作製し、11V, 8 mAで電圧印加スイッチングと共に自励発振を実現した。この発振は電圧源として50Hz正弦波交流を発生するカーブトレーサ―を導入して観測でき、百KHz以上の極めて安定な自励発振を達成した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
光と電波の中間的な周波数帯のテラヘルツ波は、次世代の携帯電話や医療用途への応用が期待されており、その波源開発や透過制御の研究が重要性を増している。テラヘルツ波は金属メタ表面によりその透過を制御できるが、絶縁体－金属転移を発現する二酸化バナジウム(VO2)薄膜をメータ表面へ適用すれば透過性をアクティブに制御できる。本研究ではVO2薄膜において温度上昇による絶縁体―金属転移スイッチングを発現させることでテラヘルツ波の透過制御に成功した成果を踏まえて、更にVO2の電圧印加スイッチング及び自励発振現象をメタ表面へと組み込むことができればテラヘルツ波の高速な透過制御が可能となる点に着目した研究である。
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