6G・7G・8G通信材料に向けたTHz時間領域分光によるテラヘルツ屈折率・吸収特性の非破壊評価技術

SDGs

研究内容

本研究室では、フェムト秒レーザーを用いたテラヘルツ（THz）時間領域分光法を活用し、シリコン、SiC、GaN、ペロブスカイトなどの半導体基板の屈折率とキャリア密度を非破壊かつ接触レスで評価する実験を行っており、その実験を装置構築からワンストップで行う技術を有しています。

従来の接触型ホール測定法や光吸収法では困難だった「絶縁性基板」「ドーピング量の空間分布」などのキャリア密度に関する情報やテラヘルツ帯の屈折率スペクトルを、広帯域THz複素屈折率スペクトルとして取得可能です。

特に以下の点が特徴です：

テラヘルツ屈折率・キャリア濃度・移動度などを、同一装置で同時取得可能
数100μmスケールでの空間分解測定が可能
薄膜のテラヘルツ電気伝導性の評価（キャリア密度・移動度など）への応用

これまで、化合物半導体・有機半導体・有機強誘電体・有機非線形光学結晶・ポリマー・プラスチックなどで分光測定を行った実績があります。さまざまな材料に対応しています。非接触・非破壊・迅速な評価が求められる研究開発・品質管理現場への応用が期待されます。

テラヘルツ時間領域分光（THz-TDS）において、THzパルスが試料を透過する様子を示した概念図です。
試料を通過したTHz波の時間波形を解析することで、キャリア密度、屈折率、吸収係数などの光学特性を非破壊・非接触で評価可能です。厚み1~1000µm程度まで対応。
© 2025 Masato Sotome, The University of Tokyo

テラヘルツ時間領域分光（THz-TDS）による材料評価のために構築された実験系の全体写真です。
フェムト秒レーザー、THz発生・検出モジュール、光遅延ステージなどを組み合わせた独自構成により、半導体基板や光学薄膜の屈折率・吸収特性などを非破壊で高感度に評価できます。
© 2025 Masato Sotome, The University of Tokyo

テラヘルツ時間領域分光（THz-TDS）における測定原理の概念図です。
試料の有無によるTHzパルスの時間波形の変化を測定し、得られた波形のフーリエ変換から吸収係数・屈折率・キャリア密度などの物性パラメータを導出します。
位相と強度の両方を取得できるため、光学定数の周波数依存性を高精度で評価できます。
© 2025 Masato Sotome, The University of Tokyo

想定される応用

・ハライドペロブスカイト半導体の品質評価
・ハイブリッドペロブスカイト半導体の品質評価
・有機半導体結晶の組成評価
・プラスチックの品質評価
・プラスチックの組成評価
・コンクリート材料の含水量評価
・セラミック材料の含水量評価
・セラミック材料の組成評価
・シリコン基板の品質スクリーニング
・ドライエッチング・熱処理後のキャリア密度モニタリング
・窒化ガリウム・酸化ガリウム基板の導電性・欠陥評価
・6G, 7G, 8G無線通信に向けたテラヘルツ帯の光学特性評価
・6G, 7G, 8G無線通信に向けたサブテラヘルツ帯の光学特性評価
　など

連携への希望

対象業種：半導体基板メーカー、化合物半導体デバイス企業、装置メーカー（測定系）、材料分析受託企業
連携形態：共同研究・プロトタイプ材料の分光評価・プロトタイプ共同開発
体制希望：測定装置は当研究室に設置済／企業からのサンプル持ち込み・実測を想定
予算規模：初期フェーズでは共同研究予算から開始可能。継続的利用時は装置共同整備・人材交流も可。
期間：3か月〜1年の試行導入フェーズ → 実装検証フェーズへ拡張可

公開日 / 更新日

2025年06月10日

識別番号

No. 00264-01

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東京大学産学連携プロポーザル