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干渉フェムト秒レーザー加工を用いたナノバンプ形成による表面ナノ構造修飾技術の開発

Research Project

Project/Area Number 17760049
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Applied optics/Quantum optical engineering
Research InstitutionOsaka University (2006)
Kyushu University (2005)

Principal Investigator

中田 芳樹  大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 助教授 (70291523)

Project Period (FY) 2005 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2006: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2005: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Keywordsフェムト秒レーザー / レーザープロセッシング / 干渉 / ナノマテリアル / 周期構造 / ナノバンプアレー / ナノホールアレー / 複合周期構造
Research Abstract

本研究の目的は、干渉フェムト秒レーザー加工を用いたナノバンブアレー形成の基礎特性を明らかにすることである。研究成果を列挙する。
(1)フルエンスに対する特性:厚さ50nmの金薄膜に4光束干渉光をシングルショット照射した場合、74mJ/cm^2から105mJ/cm^2にかけてナノバンプアレーが形成された。最小バンプ径は330nm、最大バンプ高さ及びアスペクト比はそれぞれ455nm、0.45であり、フルエンスによってコントローラブルである。
(2)パルス幅に対する特性:87mJ/cm^2の場合、パルス幅350fs以下ではバンプ高さ400nm程度で変化が無く、それより長い場合にサイズが減少し、1.6ps以上ではバンプが形成されなかった。これは励起電子の拡散、非加熱領域への熱伝導、光吸収率変化等によるエネルギーロスが原因である。ロスはフルエンスの増加で補償できるが、極端な条件である190mJ/cm^2、2.4psでは形状が流体的(水滴状)になった。これは薄膜面内の温度が比較的均一に上昇し、バンプ形成メカニズムが流体的になったためである。
(3)膜厚に対する特性:10nmでは19mJ/cm^2という低いフルエンスからナノホールアレーが形成された。500nmの厚膜では上記(1)のフルエンス領域ではナノバンプは形成されず、適正範囲が存在することが確認された。
(4)ナノバンプ密度:3000万個/cm^2以上の密度を達成した。レーザーの干渉パラメーター(波長、角度)でコントローラブルである。
(5)素材に対する特性:Cr等の異素材の場合、ナノバンプは確認されなかった。コーティングによる汎用性向上が有効である。
(6)多ショット加工:準周期構造(周期160〜190nm)と精密周期構造(1.2 or 1.7μm周期)からなる複合周期構造が形成された。より高度な表面ナノ修飾法として有望である。

Report

(2 results)
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2007 2006 2005

All Journal Article (10 results) Book (3 results)

  • [Journal Article] Effect of pulse width and fluence of femtosecond laser on the size of nanobump array2007

    • Author(s)
      Y.Nakata, N.Miyanaga, T.Okada
    • Journal Title

      Applied surface science

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    • Journal Title

      真空紫外光源およびレーザーアブレーションに関するワークショップ講演資料

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      Pages: 72-72

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      Y.Nakata
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      Proc. APLS

      Pages: 112-112

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      中田芳樹, 岡田龍雄
    • Journal Title

      レーザ加工学会 4

      Pages: 17-22

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      Proc.LPM

      Pages: 285-288

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      中田芳樹, 岡田龍雄
    • Journal Title

      レーザー学会第343回研究会報告

      Pages: 33-37

    • NAID

      10017075972

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    • Publisher
      化学同人
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Published: 2005-04-01   Modified: 2016-04-21  

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