研究課題
誘電体材料には、ドメイン構造等の不均一性を有するものがあり、それらの局所的な誘電物性の把握が必要である。最近、誘電体を用いたデバイスは、小型化され、使用周波数が高くなっている。小型化により、局所的に生じる問題を、試料全体の誘電特性で解明するのは難しいと思われ、電極がない状態での局所領域の高局波測定法の開発が必要である。そこで本研究では、誘電体の高周波での微視的な誘電特性を、電極なしに周波数可変で得るために、非接触プローブを用いてマイクロ波の反射強度(r)を測定し、誘電率(ε_r)への変換を行った。測定装置は、発振器、方向性結合器、検出器、同軸変換器、プローブ(直径:1mmφ、及び6μmφ)により構成した。試料として、Cu-Plate、Al_2O_3(1000)(ALO)、SrTiO_3(100)(STO)単結晶基板およびBaTiO_3(BTO)焼結体(直径:7mmφ×0.5mm^3)を置いて測定を行った。測定は、プローブと試料の距離(d)を変化させて反射強度(r)を測定した。また、電磁界解析を有限差分時間領域(FDTD)法を用いて行った。周波数(f)が8.6GHzおよび9.4GHzでの、試料の反射強度(r)特性は、8.6GHzおよび近傍のその他のfではdの増加により、rは減衰したが、f=9.4GHzの場合に限り、試料近傍のd=0.2mmで最小値を取った。この現象が生じる理由として、プローブがダイポールアンテナとして動作していることを考えた。すなわちf=9.4GHzの電磁波の4分の1波長(λ/4)がプローブの長さとプローブと試料の距離(rが最小値をとる位置:d=0.2mm)と一致したとき生じるものと考えた。このことを確かめるために、FDTD法による電磁界シミュレーションを実施した。電磁界解析で得られたインピーダンス(Z=98.7Ω)とΓ(=0.34)の関係:Γ=(Z-Z_o)/(Z+Z_o)は、Z_o=50Ωとした場合に成立した。このことから、測定系は、試料とインビーダンス・マッチングを成していることが分かった。また、電磁界解析より、θは90°であった。またrの最小値でのΓをε_rへ変換を試みたところ、試料のε_rに近い値を示した。よって、反射強度の最小値の位置で、試料の誘電率測定が非接触で可能になることが分かった。
すべて 2005 2004
すべて 雑誌論文 (6件)
Electroceramics in Japan VIII, Key Engineering Materials (印刷中)
Journal of the European Ceramic Society (印刷中)
日本セラミックス協会2005年・年会 (印刷中)
第52回応用物理学関係連合講演会 (印刷中)
Third international conference on microwave materials and their applications
ページ: 202
第24回電子材料研究討論会
ページ: 27
