その未来に向けて、国内外で大いに注目を集めています。金属配線を用いた電子回路の損失は周波数が高いほど増大し、動作が困難になります。本研究では半導体材料シリコンを誘電体として着目し、金属を用いないテラヘルツ回路の実現を目指すテラヘルツシリコンフォトニクスを提案し、これまでに300ギガヘルツ帯送受信器の集積化と1テラヘルツ帯伝送路の開発などに成功しています。その未来に向けて、国内外で大いに注目を集めています。電磁波の無線システム応用としては波長が長いほど物質の透過性が高く、機器の位置調整が容易になるため、周波数の低いマイクロ波帯の電波が主に利用されています。周波数が高いほど広帯域性が得られ、大容量の情報伝送や高分解能センシングが可能になるため、周波数が高いテラヘルツ波が期待されています。通常の電子回路に用いられる金属配線では損失が周波数とともに増大し、テラヘルツ帯では動作が困難になります。以上の背景をもとに本研究では誘電体としての半導体材料シリコンに着目し、シリコン微細構造を用いたテラヘルツ集積デバイスの創成を目指した「テラヘルツシリコンフォトニクス」に関する研究開発を推進しています。シリコンを用いた誘電体回路を実現するにはシリコンへのテラヘルツ波の閉じ込めが必要です。シリコンへ波長オーダーの微細な周期孔を形成した構造はフォトニック結晶と呼ばれ、フォトニックバンドギャップという効果によって、テラヘルツ波の閉じ込めが可能です。シリコンと空気との屈折率の違いによる全反射現象を利用して、シリコン配線へテラヘルツ波を閉じ込めることができます。テラヘルツ波の吸収が小さい高抵抗シリコンを用いることで、1センチメートルあたりの損失が0.1デシベル以下という金属配線と比較して2~3桁小さい伝搬損失の回路が300ギガヘルツ帯から1テラヘルツ帯で実現されました。以上という高効率な入出力インターフェースの開発にも成功しております。テラヘルツシリコンフォトニクス技術を用いたテラヘルツ回路の例。分波回路に300ギガヘルツ帯送受信器が集積化される。作製した1テラヘルツ帯シリコン伝送路。その未来の情報通信システムにつながります。研究シーズ集2023(未来社会共創を目指す)より抜粋したものです。この研究への取組にご関心のある方は、こちらからお問い合わせください。未来基金」ゆめ基金事業のひとつとして支援を受けています。