(57)【要約】【課題】ドップラー効果を応用したグラフェン半導体の設計方法を提供すること。【解決手段】本発明によれば、共振器で各周波数のωとプラズモン媒質の実効遺伝率ε＿ｅｆｆを加変させてグラフェン素材の半導体を設計し、プラズモン媒質の給電方向を変えてメタ物質を形成して表面プラズモン共鳴現象を発生させてグラフェン半導体を集積化することを特徴とするグラフェン半導体の設計方法が提供される。【選択図】図１
2020515039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器で各周波数のωとプラズモン媒質の実効遺伝率ε＿ｅｆｆを加変させてグラフェン素材の半導体を設計し、プラズモン媒質の給電方向を変えてメタ物質を形成して表面プラズモン共鳴現象を発生させてグラフェン半導体を集積化することを特徴とするグラフェン半導体の設計方法。
【請求項２】
請求項１に記載の設計方法において、上記プラズモン媒質で実効誘電率（ε＿ｅｆｆ）は進行波の放射方向を上記プラズモン媒質を向けて受信機から遠ざかる方向に給電点の位置が変化する場合、数式で表現されることを特徴とするグラフィン半導体の設計方法。
【請求項３】
請求項２に記載の設計方法において、グラフェンプラズモン媒質はグラフェン素材のプラズモン媒質の有効遺伝率が高まれば、絶縁体で動作して、σ＞＞ωεには良導体であり、σ＜＜ωεには良絶縁体のことを特徴とするグラフィン半導体の設計方法。
【請求項４】
請求項２に記載の設計方法において、上記共振器はグラフェンの素材の適用時、あらかじめ設定された第１周波数未満の低周波数で絶縁体で動作して、上記第１周波数より高く設定された第２周波数を超過する高周波数で導体で動作し、上記プラズモン媒質の有効遺伝率が高まれば、絶縁性が高くなることを特徴とするグラフィン半導体の設計方法。
【請求項５】
請求項４に記載の設計方法において、上記プラズモン媒質で表面プラズモン共鳴現象が発生すると、上記共振機の物理的波長はナノメートル単位で極小化されるのを特徴とするグラフェン半導体の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はグラフェン半導体の設計方法に関するもので、さらに詳しくはドップラー効果及びプラズモン共鳴を応用したグラフェン半導体の設計方法に関するものである。
【０００２】
２００４年、常温で透明テープを利用して黒鉛でグラフェン（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）を取り出すことに成功したことによって、グラフェンを利用した多様な技術が開発されている。
【０００３】
黒鉛は、炭素が蜂の巣の形の六角形の網類のように配列された平面が層をなす構造であり、この黒鉛の一層をグラフェンと呼ぶ。
【０００４】
図１は、グラフェンの例示図である。
【０００５】
グラフェンは０．２ｎｍの厚さで物理的・化学的安定性が非常に高い。特に、グラフェンは銅より１００倍以上電気をよく通し、半導体として主に使われるシリコンより１００倍以上電子の移動性が早い。強度は鋼鉄より２００倍以上強く、最も高い熱伝導性を誇るダイヤモンドよりも、２倍以上熱伝導性が高い。また、グラフェンは、光をほとんど通過させるので、透明で伸縮性も非常に優れて増やしたり曲げたりしても電気的性質を失わない。
【０００６】
このようなグラフィンの活用分野は非常に多様である。すなわち、グラフェンは高い電気的特性を活用した超高速半導体、透明電極を活用した曲がるディスプレイ、ディスプレイだけで作動するコンピュータ、高い伝導度を利用した高効率太陽電池等があるが、特に曲げられるディスプレイ、手首に付けるコンピュータや電子ペーパを作ることができ、未来の新素材として注目されている。
【０００７】
このような特性からグラフェンは、次世代新素材として脚光を浴びる炭素ナノチューブを超える素材として評価され、「夢のナノ物質」と呼ばれる。
【０００８】
グラフェンと炭素ナノチューブは、化学的性質が非常に似ており、後工程を通じて金属性と半導体性とを分離することができる。しかし、グラフェンは炭素ナノチューブより均一な金属性を持っているため、産業的に応用する可能性がさらに高い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｒ．Ｍａｒｑｕｅ’ｓ，“Ｌｅｆｔ−Ｈａｎｄｅｄ−Ｍｅｄｉａ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ＥＭ  Ｗａｖｅｓ  ｉｎ  Ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｓｐｌｉｔ  Ｒｉｎｇ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ−Ｌｏａｓｅｄ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ”，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｐｐ．１−４，ｖｏｌ．８９，Ｎｏ．１８，Ｏｃｔ．２００２．
【非特許文献２】Ｄａｖｉｄ  Ｋ．Ｃｈｅｎｇ，“Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ”，ｐｐ．３２２，１９９７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、グラフェンはバンドギャップがなく、半導体ではなく金属の特徴を有する。
【００１１】
このようなグラフィンの特性を応用して、グラフェン半導体の設計技術の開発が求められている。
【００１２】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、ドップラー効果を応用したグラフェン半導体の設計方法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の他の目的は、表面プラズモン共鳴現象を応用してグラフェン半導体を集積化できるグラフェン半導体の設計方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、共振器で各周波数のωとプラズモン媒質の実効遺伝率ε＿ｅｆｆを加変させてグラフェン素材の半導体を設計し、プラズモン媒質の給電方向を変えてメタ物質を形成して表面プラズモン共鳴現象を発生させてグラフェン半導体を集積化することを特徴とするグラフェン半導体の設計方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
上述のような本発明によるグラフェン半導体の設計方法によれば、共振器でωとプラズモン媒質の実効遺伝率ε＿ｅｆｆを加変させて、グラフェン素材の半導体を設計できるという効果が得られる。
本発明によればプラズモン媒質の給電方向を変えてメタ物質を形成して表面プラズモン共鳴現象を発生させて、グラフェン半導体を集積化できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】グラフェンの例示図。
【図２】実効誘電率が正の物質について、進行波とポインティング・ベクトルを例示した図。
【図３】実効誘電率が負の物質について、進行波とポインティング・ベクトルを例示した図。
【図４】本発明の好ましい実施例によるグラフェン半導体の設計方法を適用した共振器の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の望ましい実施例によるグラフェン半導体の設計方法を添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
人工的なプラズモン媒質での実効遺伝率は、ドップラー効果で［数１］のように誘導される。
【数１】
2020515039.tif 000003
ここで、ε＿０は真空誘電率、ω＿ｐはプラズマ角周波数、ω＿０は進行波角周波数である。
【００１９】
つまり、ω＿０は給電点でエネルギー源波（ｅｎｅｒｇｙ  ｓｏｕｒｃｅ  ｗａｖｅ）の角周波数（ａｎｇｕｌａｒ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）である。
【００２０】
進行波（ｔｒａｖｅｌｉｎｇ  ｗａｖｅ）の放射（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）方向をプラズモン媒質に向かって受信機から離れる方向に給電点の位置を変えると、［数１］は［数２］のように変換される。
【数２】
2020515039.tif 000004
グラフェン素材のプラズモン媒質の有効遺伝率を高めることで、グラフェンプラズモン媒質は絶縁体で動作する。
【００２１】
もし、σ＞＞ωεであれば、その媒質は良導体といい、σ＜＜ωεであればその媒質は良絶縁体という。ここで、σは電気伝導度、ωは各周波数、εは遺伝率である。
【００２２】
損失タンジェントσ／ωεが１．８×１０＾４以上であれば良導体であり、σ／ωεが１．８×１０＾４以下であれば良絶縁体という。
【００２３】
本発明では共振器でωとプラズモン媒質の実効遺伝率ε＿ｅｆｆを可変させ、グラフェン素材の半導体を設計する。
【００２４】
グラフェン素材の半導体設計は共振器及び有効遺伝率を高めたプラズモン媒質を適用する。
【００２５】
低周波で動作するグラフェン素材の共振器は、絶縁体として動作し、高周波数で動作するグラフェン素材の共振器は、導体として動作する。
【００２６】
また、有効遺伝率を高めたプラズモン媒質を適用すると、グラフェン共振器の絶縁性が高まる。
【００２７】
本発明では、グラフェン半導体の集積化のため、表面プラズモン共鳴（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）現象を適用する。
【００２８】
上記の表面プラズモンは、金属薄膜の表面で集団的に振動する類似粒子を言うが、金属ナノ粒子では可視光線帯域の光とプラズモンが組み合わせられながら、光吸収が起きて鮮明な色を帯びるようになる。
【００２９】
上記表面プラズモン共鳴現象は、平らな表面に入射する光によって励起状態になった表面プラズモンの状態を言い、金属表面の上または金属ナノ粒子の上の試料の吸着程度を測定する標準計測原理に利用されている。
【００３０】
プラズモン媒質の給電方向さえ変えれば、メタ物質となって表面プラズモン共鳴現象が発生する。
【００３１】
例えば、図２及び図３は、実効遺伝率が正の物質と負の物質で、進行波とポインティング・ベクトルを例示した図面である。
【００３２】
実効遺伝率が正の媒質（Ｒｉｇｈｔ−Ｈａｎｄｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）で進行波の放射方向、つまりポインティング・ベクトルＫは、図２に図示されているように、電流の給電方向と同一の方向に向かう。
【００３３】
反面、実効遺伝率が負の媒質、つまりメタ物質では、進行波のポインティング・ベクトルＫは、図３に図示されているように、電流の給電方向と反対方向に向かう。
【００３４】
すなわち、本発明ではプラズモン媒質の実効遺伝率が正または負になるように、電流の給電方向を選択的に決定することができる。
【００３５】
図４は、本発明の望ましい実施例によるグラフェン半導体の設計手法を適用した共振器の構成図である。
【００３６】
本発明の望ましい実施例によるグラフェン半導体の設計手法を適用した共振器（１０）は、図４に図示されているように、遺伝体基板（１１）前面に配置されている受信機（２０）と、受信機（２０）の上段と下段にそれぞれつながる給電線（３０）とを含めることができる。
【００３７】
各給電線（３０）の外側端には、それぞれ放射線源（ｓｏｕｒｃｅ  ｏｆ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）（４０）が設けられる。
【００３８】
例えば、受信機（２０）は、メビウス・ストリップを少なくとも１回以上の円柱に沿って切った構造で形成される複数のループ（２１、２２）、各ループ（２１、２２）の一端を逐次的に連結する第１のブリッジ（２３）、及び最内側ループ（２２）と最外側ループ（２１）との一端にそれぞれ形成されたビアホール（２４）を連結する第２ブリッジ（図示せず）を含むことができる。
【００３９】
すなわち、本発明は平板型メビウス・ストリップの問題点である線路結合効果現象を最小化するために、２つのリングが交差する内部空間と外部空間とを結ぶブリッジを、基板の前面と裏面とに物理的に分離した後、ビアホールに連結する。
【００４０】
本発明は給電線上に位置する給電点の位置をビアホールに変更することにより、進行派の放射方向がプラズモン媒質に向かって受信機から遠ざかる方向に向かうように、電流の給電方向を変更して正の実効遺伝率を持つようにすることができる。
【００４１】
反面、本発明は双側の給電線の外側端に給電点を形成し、進行波の放射方向が受信機に向かうように電流の給電方向を変形して負の実効誘電率を持たせ、メタ物質を形成することができる。
【００４２】
このような疑似メビウス・ストリップ構造が適用されることにより、本発明は低周波数からの線路結合効果及び同一共振周波数においてＲＦ回路が小型化するほど深刻に発生しうる電磁波干渉現象を最小化することができる。
【００４３】
もちろん、本発明は必ずしもこれに限られるものではなく、様々な形状及び構造の放射体を適用した共振器に変更してもよい。
【００４４】
大気（ａｉｒ）と導体との間で表面プラズモン共鳴現象が発生すると、共振機の物理的波長がナノメートル単位まで極小化される。
【００４５】
このように本発明は、プラズモン媒質の給電方向を変えてメタ物質を形成して表面プラズモン共鳴現象を発生させてグラフェン半導体を集積化することができる。
【００４６】
上記のような過程を通じて、本発明は共振期で各周波数ωとプラズモン媒質の実効遺伝率ε＿ｅｆｆを加変させてグラフェン素材の半導体を設計することができる。
【００４７】
そして本発明は、プラズモン媒質の給電方向を変えてメタ物質を形成し表面プラズモン共鳴現象を発生させてグラフェン半導体を集積させることができる。
【００４８】
以上、本発明者によってなされた発明を上記の実施例によって具体的に説明したが、本発明は上記の実施例に限られるものではなく、その要旨を離れない範囲で種々に変更可能であることはもちろんである。
【００４９】
上記のような過程を通じて、本発明は共振器で各周波数ωとプラズモン媒質の実効遺伝率ε＿ｅｆｆとを加変させて、グラフェン素材の半導体を設計することができる。
【図１】
2020515039.tif 000005
【図２】
2020515039.tif 000006
【図３】
2020515039.tif 000007
【図４】
2020515039.tif 000008
【誤訳訂正書】
【提出日】令和1年7月3日(2019.7.3)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラフェン半導体の設計方法であって、
設計ステップと、集積ステップとを備え、
前記設計ステップでは、共振器で角周波数ωとプラズモン媒質の実効誘電率ε＿ｅｆｆとを加変させてグラフェン素材の半導体を設計し、ここで前記共振器は、
誘電体基板の前面に配置され、
放射体と、前記放射体の上部と下部にそれぞれ接続されている給電線とを含み、
前記集積ステップでは、プラズモン媒質の給電方向を変えて、メタ物質を形成して表面プラズモン共鳴現象を発生させ、グラフェン半導体を集積化することを特徴とする、
設計方法。
【請求項２】
請求項１に記載の設計方法において、
前記プラズモン媒質における実効誘電率（ε＿ｅｆｆ）は、進行波の放射方向が前記プラズモン媒質に向かって前記放射体から遠ざかる方向を向くように、給電点の位置が変化する場合には次式で表されることを特徴とし、
【数２】
2020515039.tif 000009
ここで、ε＿０は真空誘電率、ω＿ｐはプラズマ角周波数、ω＿０は進行波角周波数である、
設計方法。
【請求項３】
請求項２に記載の設計方法において、
前記プラズモン媒質は、その有効誘電率が高くなると絶縁体として動作し、σ＞＞ωεであれば両導体であり、σ＜＜ωεであれば両絶縁体であることを特徴とし、ここで、σは電気伝導度、ωは角周波数、εは誘電率である、
設計方法。
【請求項４】
請求項２に記載の設計方法において、
前記共振器は、予め設定された第１の周波数未満の低周波数では絶縁体として動作し、前記第１の周波数よりも高く設定された第２の周波数を超える高周波数では導体として動作し、
前記プラズモン媒質の有効誘電率が高くなると絶縁性が高くなることを特徴とする、
設計方法。
【請求項５】
請求項４に記載の設計方法において、
前記プラズモン媒質で表面プラズモン共鳴現象が発生した場合、前記共振器の物理的な波長は、ナノメートル単位で最小化されることを特徴とする、
設計方法。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はグラフェン半導体の設計方法に関するもので、さらに詳しくはドップラー効果及びプラズモン共鳴を応用したグラフェン半導体の設計方法に関するものである。
【０００２】
２００４年、常温で透明テープを利用して黒鉛でグラフェン（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）を取り出すことに成功したことによって、グラフェンを利用した多様な技術が開発されている。
【０００３】
黒鉛は、炭素が蜂の巣の形の六角形の網類のように配列された平面が層をなす構造であり、この黒鉛の一層をグラフェンと呼ぶ。
【０００４】
図１は、グラフェンの例示図である。
【０００５】
グラフェンは０．２ｎｍの厚さで物理的・化学的安定性が非常に高い。特に、グラフェンは銅より１００倍以上電気をよく通し、半導体として主に使われるシリコンより１００倍以上電子の移動性が早い。強度は鋼鉄より２００倍以上強く、最も高い熱伝導性を誇るダイヤモンドよりも、２倍以上熱伝導性が高い。また、グラフェンは、光をほとんど通過させるので、透明で伸縮性も非常に優れており、増やしたり曲げたりしても電気的性質を失わない。
【０００６】
このようなグラフィンの活用分野は非常に多様である。すなわち、グラフェンは高い電気的特性を活用した超高速半導体、透明電極を活用した曲がるディスプレイ、ディスプレイだけで作動するコンピュータ、高い伝導度を利用した高効率太陽電池等があるが、特に曲げられるディスプレイ、手首に付けるコンピュータや電子ペーパを作ることができ、未来の新素材として注目されている。
【０００７】
このような特性からグラフェンは、次世代新素材として脚光を浴びる炭素ナノチューブを超える素材として評価され、「夢のナノ物質」と呼ばれる。
【０００８】
グラフェンと炭素ナノチューブは、化学的性質が非常に似ており、後工程を通じて金属性と半導体性とを分離することができる。しかし、グラフェンは炭素ナノチューブより均一な金属性を持っているため、産業的に応用する可能性がさらに高い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｒ．Ｍａｒｑｕｅ’ｓ，“Ｌｅｆｔ−Ｈａｎｄｅｄ−Ｍｅｄｉａ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ＥＭ  Ｗａｖｅｓ  ｉｎ  Ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｓｐｌｉｔ  Ｒｉｎｇ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ−Ｌｏａｄｅｄ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ”，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｐｐ．１−４，ｖｏｌ．８９，Ｎｏ．１８，Ｏｃｔ．２００２．
【非特許文献２】Ｄａｖｉｄ  Ｋ．Ｃｈｅｎｇ，“Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ”，ｐｐ．３２２，１９９７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、グラフェンはバンドギャップがなく、半導体ではなく金属の特徴を有する。
【００１１】
このようなグラフィンの特性を応用して、グラフェン半導体の設計技術の開発が求められている。
【００１２】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、ドップラー効果を応用したグラフェン半導体の設計方法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の他の目的は、表面プラズモン共鳴現象を応用してグラフェン半導体を集積化できるグラフェン半導体の設計方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、共振器で角周波数ωとプラズモン媒質の実効誘電率ε＿ｅｆｆを加変させてグラフェン素材の半導体を設計し、プラズモン媒質の給電方向を変えてメタ物質を形成して表面プラズモン共鳴現象を発生させてグラフェン半導体を集積化することを特徴とするグラフェン半導体の設計方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
上述のような本発明によるグラフェン半導体の設計方法によれば、共振器でωとプラズモン媒質の実効誘電率ε＿ｅｆｆを加変させて、グラフェン素材の半導体を設計できるという効果が得られる。
本発明によればプラズモン媒質の給電方向を変えてメタ物質を形成して表面プラズモン共鳴現象を発生させて、グラフェン半導体を集積化できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】グラフェンの例示図。
【図２】実効誘電率が正の物質について、進行波とポインティング・ベクトルを例示した図。
【図３】実効誘電率が負の物質について、進行波とポインティング・ベクトルを例示した図。
【図４】本発明の好ましい実施例によるグラフェン半導体の設計方法を適用した共振器の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の望ましい実施例によるグラフェン半導体の設計方法を添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
人工的なプラズモン媒質での実効誘電率は、ドップラー効果で［数１］のように誘導される。
【数１】
2020515039.tif 000010
ここで、ε＿０は真空誘電率、ω＿ｐはプラズマ角周波数、ω＿０は進行波角周波数である。
【００１９】
つまり、ω＿０は給電点でエネルギー源波（ｅｎｅｒｇｙ  ｓｏｕｒｃｅ  ｗａｖｅ）の角周波数（ａｎｇｕｌａｒ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）である。
【００２０】
進行波（ｔｒａｖｅｌｉｎｇ  ｗａｖｅ）の放射（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）方向をプラズモン媒質に向かって受信機から離れる方向に給電点の位置を変えると、［数１］は［数２］のように変換される。
【数２】
2020515039.tif 000011
グラフェン素材のプラズモン媒質の有効誘電率を高めることで、グラフェンプラズモン媒質は絶縁体で動作する。
【００２１】
もし、σ＞＞ωεであれば、その媒質は良導体といい、σ＜＜ωεであればその媒質は良絶縁体という。ここで、σは電気伝導度、ωは角周波数、εは誘電率である。
【００２２】
損失タンジェントσ／ωεが１．８×１０＾４以上であれば良導体であり、σ／ωεが１．８×１０＾４以下であれば良絶縁体という。
【００２３】
本発明では、共振器でωとプラズモン媒質の実効誘電率ε＿ｅｆｆとを加変させ、グラフェン素材の半導体を設計する。
【００２４】
グラフェン素材の半導体設計は共振器及び有効誘電率を高めたプラズモン媒質を適用する。
【００２５】
低周波で動作するグラフェン素材の共振器は、絶縁体として動作し、高周波数で動作するグラフェン素材の共振器は、導体として動作する。
【００２６】
また、有効誘電率を高めたプラズモン媒質を適用すると、グラフェン共振器の絶縁性が高まる。
【００２７】
本発明では、グラフェン半導体の集積化のため、表面プラズモン共鳴（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）現象を適用する。
【００２８】
上記の表面プラズモンは、金属薄膜の表面で集団的に振動する類似粒子を言うが、金属ナノ粒子では可視光線帯域の光とプラズモンが組み合わせられながら、光吸収が起きて鮮明な色を帯びるようになる。
【００２９】
上記表面プラズモン共鳴現象は、平らな表面に入射する光によって励起状態になった表面プラズモンの状態を言い、金属表面の上または金属ナノ粒子の上の試料の吸着程度を測定する標準計測原理に利用されている。
【００３０】
プラズモン媒質の給電方向さえ変えれば、メタ物質となって表面プラズモン共鳴現象が発生する。
【００３１】
例えば、図２及び図３は、実効誘電率が正の物質と負の物質で、進行波とポインティング・ベクトルを例示した図面である。
【００３２】
実効誘電率が正の媒質（Ｒｉｇｈｔ−Ｈａｎｄｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）で進行波の放射方向、つまりポインティング・ベクトルＫは、図２に図示されているように、電流の給電方向と同一の方向に向かう。
【００３３】
反面、実効誘電率が負の媒質、つまりメタ物質では、進行波のポインティング・ベクトルＫは、図３に図示されているように、電流の給電方向と反対方向に向かう。
【００３４】
すなわち、本発明ではプラズモン媒質の実効誘電率が正または負になるように、電流の給電方向を選択的に決定することができる。
【００３５】
図４は、本発明の望ましい実施例によるグラフェン半導体の設計方法を適用した共振器の構成図である。
【００３６】
本発明の望ましい実施例によるグラフェン半導体の設計方法を適用した共振器（１０）は、図４に図示されているように、誘電体基板（１１）前面に配置されている受信機（２０）と、受信機（２０）の上段と下段にそれぞれつながる給電線（３０）とを含めることができる。
【００３７】
各給電線（３０）の外側端には、それぞれ放射線源（ｓｏｕｒｃｅ  ｏｆ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）（４０）が設けられる。
【００３８】
例えば、受信機（２０）は、メビウス・ストリップを少なくとも１回以上の円周に沿って切った構造で形成される複数のループ（２１、２２）、各ループ（２１、２２）の一端を逐次的に連結する第１のブリッジ（２３）、及び最内側ループ（２２）と最外側ループ（２１）との一端にそれぞれ形成されたビアホール（２４）を連結する第２ブリッジ（図示せず）を含むことができる。
【００３９】
すなわち、本発明は平板型メビウス・ストリップの問題点である線路結合効果現象を最小化するために、２つのリングが交差する内部空間と外部空間とを結ぶブリッジを、基板の前面と後面とに物理的に分離した後、ビアホールに連結する。
【００４０】
本発明は給電線上に位置する給電点の位置をビアホールに変更することにより、進行波の放射方向がプラズモン媒質に向かって受信機から遠ざかる方向に向かうように、電流の給電方向を変更して正の実効誘電率を持つようにすることができる。
【００４１】
反面、本発明は双側の給電線の外側端に給電点を形成し、進行波の放射方向が受信機に向かうように電流の給電方向を変形して負の実効誘電率を持たせ、メタ物質を形成することができる。
【００４２】
このような疑似メビウス・ストリップ構造が適用されることにより、本発明は低周波数での線路結合効果及び同一共振周波数においてＲＦ回路が小型化するほど深刻に発生しうる電磁波干渉現象を最小化することができる。
【００４３】
もちろん、本発明は必ずしもこれに限られるものではなく、様々な形状及び構造の放射体を適用した共振器に変更してもよい。
【００４４】
大気（ａｉｒ）と導体との間で表面プラズモン共鳴現象が発生すると、共振器の物理的波長がナノメートル単位まで極小化される。
【００４５】
このように本発明は、プラズモン媒質の給電方向を変えてメタ物質を形成して表面プラズモン共鳴現象を発生させてグラフェン半導体を集積化することができる。
【００４６】
上記のような過程を通じて、本発明は共振器で角周波数ωとプラズモン媒質の実効誘電率ε＿ｅｆｆを加変させてグラフェン素材の半導体を設計することができる。
【００４７】
そして本発明は、プラズモン媒質の給電方向を変えてメタ物質を形成し表面プラズモン共鳴現象を発生させてグラフェン半導体を集積させることができる。
【００４８】
以上、本発明者によってなされた発明を上記の実施例によって具体的に説明したが、本発明は上記の実施例に限られるものではなく、その要旨を離れない範囲で種々に変更可能であることはもちろんである。
【００４９】
上記のような過程を通じて、本発明は共振器で角周波数ωとプラズモン媒質の実効誘電率ε＿ｅｆｆとを加変させて、グラフェン素材の半導体を設計することができる。
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月21日(2019.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラフェン半導体の設計方法であって、
設計ステップと、集積ステップとを備え、
前記設計ステップでは、エミッタ及び共振器で各周波数ωとプラズモン媒質の実効誘電率ε＿ｅｆｆを可変させてグラフェン素材の半導体を設計し、
ここで、前記エミッタは誘電体基板の前面に配置され、前記共振器は前記エミッタ上部と下部にそれぞれ接続されている給電線を含み、
前記集積ステップでは、プラズモン媒質の給電方向を変えて、メタ物質を形成して表面プラズモン共鳴現象を発生させ、グラフェン半導体を集積化することを特徴とする、
設計方法。
【請求項２】
請求項１に記載の設計方法において、
前記プラズモン媒質における実効誘電率（ε＿ｅｆｆ）は、進行波の放射方向が前記プラズモン媒質に向かって前記エミッタから遠ざかる方向を向くように、給電点の位置が変化する場合には次式で表されることを特徴とし、
【数２】
2020515039.tif 000012
ここで、ε＿０は真空誘電率、ω＿ｐはプラズマ角周波数、ω＿０は進行波角周波数である、
設計方法。
【請求項３】
請求項２に記載の設計方法において、
前記プラズモン媒質は、その有効誘電率が高くなると絶縁体として動作し、σ?ωεであれば両導体であり、σ?ωεであれば両絶縁体であることを特徴とし、ここで、σは電気伝導性、ωは各周波数、εは誘電率である、
設計方法。
【請求項４】
請求項２に記載の設計方法において、
前記共振器は、予め設定された第１の周波数未満の低周波数では絶縁体として動作し、前記第１の周波数よりも高く設定された第２の周波数を超える高周波数では導体として動作し、
前記プラズモン媒質の有効誘電率が高くなると絶縁性が高くなることを特徴とする、
設計方法。
【請求項５】
請求項４に記載の設計方法において、
前記プラズモン媒質で表面プラズモン共鳴現象が発生した場合、前記共振器の物理的な波長は、ナノメートル単位で最小化されることを特徴とする設計方法。
【国際調査報告】
2020515039.tif 000013
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