Development of metallic coating technique onto 3D-printed polymer for fabrication of Terahertz wireless communication devices

开发用于制造太赫兹无线通信设备的 3D 打印聚合物金属涂层技术

基本信息

批准号：
20H02511
负责人：
百瀬健
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Kumamoto University (2023)The University of Tokyo (2020-2022)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

3Dプリンタによりポリマー3次元構造体を形成し，表面を金属薄膜により被覆することにより，従来の金属切削加工では成しえなかった微細かつ複雑な構造を形成し，テラヘルツ波デバイスとして使用することを目指している。そのためこれまでに，伝搬損失を定量的に導出できる物理モデルを構築し，本モデルに基づき，銅が最適膜材料であること，ならびに必要膜厚は膜のバルク比抵抗に依存し変化するが100-300nm程度であることを見出してきた。これまでは，平坦シリコン基板上にスパッタリングにより薄膜を形成し，伝搬損失の原理追及を行ってきたが，今年度は低抵抗な銅薄膜を3Dプリンタにより作製した複雑な3次元構造を有するテラヘルツ波デバイス内に均一に形成する技術を検討した。具体的には，優れた段差被覆性を持つ超臨界流体薄膜堆積法(SCFD)を検討した。本技術は超臨界二酸化炭素内において，有機金属化合物原料を還元し，薄膜を得る手法であり，シリコン基板表面に形成されたナノトレンチに対してアスペクト比が100を超える構造であっても均一な膜形成が報告されている。本手法の段差被覆性向上のカギは原料濃度を高めることにあり，それは原料の超臨界流体中への飽和溶解度を向上させることに等しい。そのため，原料の溶解度調査に基づき高濃度原料供給を可能にする反応器を設計，作製し，高アスペクト比構造への銅薄膜の均一形成を実現した。

通过使用3D打印机形成三维聚合物结构，并在表面涂覆一层金属薄膜，可以形成传统金属切削无法实现的精细复杂结构，使其可以用作我的目标是太赫兹波设备。为此，我们构建了一个可以定量推导传播损耗的物理模型，并基于该模型，我们表明铜是最佳薄膜材料，并且所需的薄膜厚度根据薄膜的体电阻率而变化，但是100我们发现大约是-300nm。到目前为止，为了研究传播损耗的原理，都是通过溅射在平坦的硅基板上形成薄膜，但今年我们将使用 3D 打印机来制造低电阻铜薄膜，以产生具有复杂三元的太赫兹波。我们研究了均匀形成设备内部的技术。具体来说，我们研究了超临界流体薄膜沉积（SCFD），它具有出色的阶梯覆盖率。该技术是在超临界二氧化碳中还原有机金属化合物原料以获得薄膜的方法，即使在硅基板表面形成的纳米沟槽具有纵横比超过100的结构，也能形成均匀的薄膜。已被报道。该方法中提高阶梯覆盖率的关键是提高原料浓度，相当于提高原料在超临界流体中的饱和溶解度。因此，基于对原料溶解度的研究，我们设计并制造了能够供应高浓度原料的反应器，并实现了在高深宽比结构上均匀形成铜薄膜。

项目成果

期刊论文数量（14）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Suitability of metallic materials for constructing metal-coated dielectric terahertz waveguides

金属材料构建金属涂层介电太赫兹波导的适用性

DOI：
10.1063/5.0075639
发表时间：
2022
期刊：
Journal of Applied Physics
影响因子：
3.2
作者：
Huang Yuyuan;Konishi Kuniaki;Deura Momoko;Shimoyama Yusuke;Yumoto Junji;Kuwata-Gonokami Makoto;Shimogaki Yukihiro;Momose Takeshi
通讯作者：
Momose Takeshi

高アスペクト比構造へのCu-SCFDプロセス最適設計に向けたCu(tmhd)2のscCO2への溶解度と拡散係数の測定

测量 Cu(tmhd)2 在 scCO2 中的溶解度和扩散系数，以优化设计高纵横比结构的 Cu-SCFD 工艺

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nakaya Yuki;Furukawa Shinya;師井滉平，Huang Yuyuan，出浦桃子，下山裕介，霜垣幸浩，百瀬健
通讯作者：
師井滉平，Huang Yuyuan，出浦桃子，下山裕介，霜垣幸浩，百瀬健

Film thickness dependence on propagation loss of coated metal in terahertz waveguides

太赫兹波导中涂层金属的膜厚对传播损耗的依赖性

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuyuan Huang;Kuniaki Konishi;Momoko Deura;Yusuke Shimoyama;Junji Yumoto;Makoto Kuwata-Gonokami;Yukihiro Shimogaki;Takeshi Momose
通讯作者：
Takeshi Momose

Supercritical fluid deposition for conformal Cu film formation on sub-millimeter-scale structures used to fabricate terahertz waveguides

超临界流体沉积在用于制造太赫兹波导的亚毫米级结构上形成共形铜膜

DOI：
10.35848/1882-0786/ac737b
发表时间：
2022
期刊：
Applied Physics Express
影响因子：
2.3
作者：
Huang Yuyuan;Deura Momoko;Shimoyama Yusuke;Shimogaki Yukihiro;Momose Takeshi
通讯作者：
Momose Takeshi

Suitability of metallic materials for metal-coated dielectric terahertz waveguides

金属材料对金属涂层介质太赫兹波导的适用性

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuyuan Huang;Kuniaki Konishi;Momoko Deura;Yusuke Shimoyama;Junji Yumoto;Makoto Kuwata-Gonokami;Yukihiro Shimogaki;Takeshi Momose
通讯作者：
Takeshi Momose