5G テクノロジーが進化し続ける中、科学者やエンジニアはすでに 6G のレベルをワンランク上げる新しい方法を模索しています。5G と 6G の両方で対処すべき最大の課題の 1 つは、非常に高い周波数での動作が無線通信に与える多くの悪影響です。テラヘルツ範囲に近い周波数では、信号の減衰や干渉などの問題がより顕著になり、信号の完全性を維持することが非常に困難になります。

これらの問題の一部は、優れた誘電特性を持つ絶縁材料を使用することで大幅に軽減できます。現在、ガラスおよびセラミックベースの絶縁材料が主流となっていますが、コストが高く製造が複雑なため、ハイエンド 6G に必要な量産デバイスにはほとんど適していません。ポリマー材料がより良い代替となるでしょうか?

この疑問に答えるべく、東京工業大学の研究チームは、高周波動作に適した材料として注目を集めているポリイミド（PI）に関する研究を実施した。安藤真司教授率いるハオナン・リウ氏を含むチームの最新の論文は、出版されたで応用物理学レター2024 年 6 月 6 日。

「ポリイミドは、優れた熱安定性、機械的靭性、柔軟性、軽量、そして良好な誘電特性により傑出しています。しかし、PI の分子構造とその誘電特性との相関関係はまだ完全には確立されていません。」と安藤氏は説明します。「GHz周波数範囲におけるPIの誘電特性に関する既存の研究は60 GHz未満に限定されており、これが次世代の誘電PI材料用のポインタの設計に重大な障害となっている。」

研究チームは、異なるタイプの分子構造を持つ 11 個の PI の誘電特性を測定および分析することで、この知識のギャップに対処しようとしました。この目的を達成するために、彼らはファブリペロー共振器と呼ばれるデバイスを使用しました。これは現在、低誘電正接で 110 ～ 330 GHz の範囲で薄膜の誘電特性を測定するのに適した既知の唯一のツールです。

研究者らは、共振器を使用して誘電率 (D_k) および散逸率 (Df_{）ポリイミドのこと。}明確にするために、両方とも D_kそしてD_fは、さまざまな方法でエネルギーを蓄積する材料の能力を表しており、信号損失を最小限に抑え、信号の完全性を維持するには、低い値が重要です。高周波。

11 人の PI 全員がかなり典型的な D を示しました_kそしてD_f曲線は、周波数が増加するにつれてこれらの値が連続的に減少することを示しています。注目すべきことに、より高いフッ素含有量を含む PI はより低い D を示しました。_k価値観。特に、過フッ素化ポリイミドは著しく低い D を示しました。_k小さいD_f他のポリイミドよりも優れており、D の周波数依存性も優れています。_kそしてD_fも非常に小さいです。もう 1 つの特に興味深い発見は、D の増加です。_fは、極性分率、つまり極性官能基で構成されるポリマーの質量の割合と負の相関がありました。

まとめると、この研究の結果は、PI の誘電特性について待望の光を当てました。このデータは、エンジニアがテラヘルツ範囲それに伴う課題を克服しながら。もちろん、これらの目的に最適なタイプの PI を特定するには、さらなる努力が必要になります。

「テラヘルツ範囲での分光研究は、その起源を間接的に推測するのに役立ちます。誘電異なる構造PIの高周波での応答」と安藤氏は述べた。

「私たちの発見は、6G技術向けの高性能ポリマーベースの絶縁材料の開発に役立つことを期待しています」と安藤氏は将来を見据えて締めくくった。