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2021 年度 実績報告書

THz周波数ΔΣ変調方式を用いた高性能センサ技術の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 18H01495
研究機関富山大学

研究代表者

前澤 宏一  富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (90301217)

研究分担者 安藤 浩哉  豊田工業高等専門学校, 情報工学科, 教授 (30212674)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワードΔΣ変調 / 共鳴トンネル / THz / センサ / 周波数ΔΣ変調
研究実績の概要

本研究の目的は、THz に達する超高周波発振器を用いた周波数ΔΣ変調方式に基づく新しいセンサ技術を開拓することにある。周波数ΔΣ変調方式は、高分解能・高ダイナミックレンジを特徴とするΔΣアナログ-デジタル変換器(ADC) のコアであるΔΣ変調器を、電圧制御発振器(VCO) を用いて実現する方法である。通常必要なフィードバックデジタル-アナログ変換器(DAC) を必要とせず、高速動作、高帯域化に適している。このVCO を何らかの物理量で周波数が変化する発振器に置き換えれば、シンプルな構成で高性能なセンサが可能となる。このセンサの性能は、発振周波数に強く依存する。我々は、これに共鳴トンネル素子を基盤としたTHz 領域の発振器を用いることにより、超高性能なセンサ技術を開拓する。
本年度は、空洞共振器マイクロフォンセンサのさらなる高性能化とともに、新しい応用について検討を進めた。空洞共振器には様々な共振モードがあるが、これまでは、比較的単純で励起しやすいTE111モードを用いてきた。しかし、このモードは、メンブレンの変位に対する共振周波数変化が比較的小さく、またQ値もさほど大きくない。ここでは、TE111と同様な方法で励起可能なTE113モードについて検討した。外部アンプを用いたループ型発振器を構成し、TE113モードでの発振を確認するとともに、7dB以上の感度の増大を確認した。
次に、本マイクロフォンセンサの新たな応用について検討を行った。このセンサはメンブレンの変位を検知するものであり、高性能な変位計としても使うことができる。ここでは本センサの特徴を生かした表面粗さ計/AFMへの応用を提案した。この方式は1mmの段差のある表面の1nm以下の微細構造の測定が可能となることが期待できる。簡易的な装置を試作し、その基本動作を実証した。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Experimental Demonstration of a Hard-Type Oscillator Using a Resonant Tunneling Diode and Its Comparison with a Soft-Type Oscillator2021

    • 著者名/発表者名
      MAEZAWA Koichi、ITO Tatsuo、MORI Masayuki
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Electronics

      巻: E104.C ページ: 685~688

    • DOI

      10.1587/transele.2021ECS6002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Noise Floor Reduction in Frequency Delta-Sigma Modulation Microphone Sensors2021

    • 著者名/発表者名
      Maezawa Koichi、Mori Masayuki、Andoh Hiroya
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 21 ページ: 3470~3470

    • DOI

      10.3390/s21103470

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] A microwave chaos generator circuit employing a resonant tunneling diode2021

    • 著者名/発表者名
      Umer Farooq, Masayuki Mori, Koichi Maezawa
    • 学会等名
      2nd International Electronic Conference (IEC2021) - Enabling Nanoelectronics
    • 国際学会
  • [学会発表] 周波数ΔΣ変調方式変位センサを用いたAFM/表面粗さ計の可能性2021

    • 著者名/発表者名
      前澤 宏一, 森 雅之
    • 学会等名
      Future Technologies from HIMEJI 2021、第13回集積化MEMSシンポジウム
  • [学会発表] TE113モードを用いたFMΔΣ変調方式マイクロフォンセンサの特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      中干場 翔伍、森 雅之、前澤 宏一
    • 学会等名
      令和3年度(2021年)応用物理学会 北陸・信越支部 学術講演会
  • [学会発表] 共鳴トンネルダイオードを用いた周波数ΔΣ方式マイクロフォンセ ンサの 実験的検証2021

    • 著者名/発表者名
      相澤 一仙、 森 雅之、 前澤 宏一
    • 学会等名
      令和3年度(2021年)応用物理学会 北陸・信越支部 学術講演会

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公開日: 2022-12-28  

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