Structural characterization of the work-altered layer by surface-enhanced Raman scattering of an island-like metallic thin film with deep-ultraviolet excitation.

• Project/Area Number: 17K06040
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Materials/Mechanics of materials
• Research Institution: Akita University
• Principal Investigator: Yamaguchi Makoto 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (90329863)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2017: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 加工変質層 / 材料評価 / ラマン分光法 / 表面分析 / ラマン散乱 / 紫外ラマン散乱 / 表面増強ラマン散乱 / 分光分析 / 解析・評価 / 分析科学 / 表面・界面物性 / 機械材料・材料力学

Outline of Final Research Achievements

Evaluation of affected layer such as residual stress and crystallinity change caused by machining is an important issue for the advancement of precision machining. We focused on Raman scattering spectroscopy as a method for evaluating the surface layer. We attempted to combine using deep ultraviolet excitation short penetration length and surface enhanced Raman spectroscopy (SERS). Pt fine particles having plasmon resonance in the ultraviolet region are deposited by a few nm sputtering method on thermal oxide film of about 50 nm on a silicon substrate. Raman spectrum at an excitation wavelength of 266 nm is measured. Spectra of the thermal oxide film was able to observed by the SERS effect.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年，様々な分野において，ナノメートルサイズの微細化が試みられており，一例としてウエアラブル端末などの小型化に貢献し，日常生活を安全・安心性に役にたっている．このような精密加工など行う際の加工によって生じる残留応力，結晶性変化などの微小表面欠陥の評価が精密加工の高度化のために重要な課題となっている．侵入長さの短い深紫外を用いたラマン散乱分光法と，表面増強ラマン分光法(SERS)を組み合わせた深紫外表面増強ラマン散乱分光法の評価の試みを行った．これにより，極表面層の欠陥，結晶性などを評価することが可能となり，より高品質な加工法の開発に貢献できるものと考えている．

Research Products

• [Int'l Joint Research] Otago University(ニュージーランド)
• [Journal Article] Raman Studies of Structural Changes in Diamond-like Carbon Films on Si Induced by Ultrafast Laser Ablation (2022)
  • Author(s): K. Takabayashi, K. Bin Khamaron, T. Tomita, T.Takahashi, Y. Kobayashi, M. Yamaguchi
  • Journal Title: Journal of Laser Micro/Nanoengineering Volume: 17 Issue: 1 Pages: 1-5
  • DOI: 10.2961/jlmn.2022.01.2001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diamond slicing using ultrashort laser-induced graphitization and additional nanosecond laser illumination (2019)
  • Author(s): Hirai Haruna、Hidai Hirofumi、Matsusaka Souta、Chiba Akira、Mokuno Yoshiaki、Yamaguchi Makoto、Morita Noboru
  • Journal Title: Diamond and Related Materials Volume: 96 Pages: 126-133
  • DOI: 10.1016/j.diamond.2019.04.037
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of texture shape on machining performance of textured diamond cutting tool (2019)
  • Author(s): Noritaka Kawasegi, Takumi Kawashima, Noboru Takano, Noboru Morita, Makoto Yamaguchi, Kazuhito Nishimura
  • Journal Title: Precision Engineering Volume: 60 Pages: 21-27
  • DOI: 10.1016/j.precisioneng.2019.07.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Porous graphitic carbon nitride nanoplates obtained by a combined exfoliation strategy for enhanced visible light photocatalytic activity (2019)
  • Author(s): Wei Liua, Nobuhiro Iwasa, Shinichiro Fujita, Hitoshi Koizumi, Makoto Yamaguchi, Toshihiro Shimada
  • Journal Title: Applied Surface Science Volume: 499 Pages: 143901-143901
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.143901
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 加工閾値近傍でのピコ秒レーザー誘起Si上DLC膜の構造評価 (2022)
  • Author(s): 高林圭佑，三村一暉，富田卓朗，高橋孝，小林 洋平．山口 誠
  • Organizer: 2022年第69回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] フェムト秒レーザーアブレーションの走査型電子顕微鏡によるその場観察 (2022)
  • Author(s): 河野 太洋，峯元希，三村一暉，山口誠，岡田達也，富田卓朗
  • Organizer: 2022年第69回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] フェムト秒レーザー誘起のダイヤモンドの構造変化のラマン分光法による評価 (2021)
  • Author(s): 野澤明弘，高林圭祐，三村一暉，富田卓朗，山口誠
  • Organizer: 2021年度精密工学会東北支部学術講演会
• [Presentation] Si上DLC膜のレーザー痕のパルス幅・フルエンス依存性 (2021)
  • Author(s): 大竹康介，高林圭祐，三村一暉，高橋孝，富田卓朗，小林洋平，山口誠
  • Organizer: 2021年度精密工学会東北支部学術講演会
• [Presentation] Raman studies for structural change of DLC film on Si induced by ultrafast laser ablation (2021)
  • Author(s): K Takabayashi, Khaidir Bin Khamaron, T. Tomita, T. Takahashi, Y. Kobayashi， M Yamaguchi
  • Organizer: The 22nd International Symposium on Laser Precision Microfabrication
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spontaneous formation of the nano-periodic structures of DLC on SiC by picosecond laser irradiation (2021)
  • Author(s): Ken Yamamoto , Takashi Takahashi, Yoshiharu Utsumi, Akinori Shibata, Makoto Yamaguchi, Yohei Kobayashi, Takuro Tomita
  • Organizer: The 22nd International Symposium on Laser Precision Microfabrication
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Modifications induced by femtosecond laser irradiation on (001) surface of diamond crystal (2021)
  • Author(s): Kenya Bando, Tomoyuki Ueki, Hiromu Hisazawa,Takuro Tomita,Tatsuya Okada,Makoto Yamaguchi,
  • Organizer: The 22nd International Symposium on Laser Precision Microfabrication
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The pulse duration dependent ablation crater on Si (2021)
  • Author(s): Kazuki Mimura, Takashi Takahashi, Makoto Yamaguchi, Yohei Kobayashi, Takuro Tomita
  • Organizer: The 22nd International Symposium on Laser Precision Microfabrication
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ピコ秒レーザー照射によるSi上DLC膜の構造変化 (2021)
  • Author(s): 高林 圭佑、カイディール カマロン、山口 誠、富田 卓朗、高橋 孝、小林 洋平
  • Organizer: 応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Si におけるレーザー加工痕のパルス時間幅依存性 (2021)
  • Author(s): 三村 一暉、高橋 孝、山口 誠、小林 洋平、富田 卓朗
  • Organizer: 応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] ピコ秒レーザー照射を用いたSiC上DLCにおけるレーザー誘起ナノ周期構造の形成 (2021)
  • Author(s): 山本 健、高橋 孝、内海 慶春、柴田 明宣、山口 誠、小林 洋平、富田 卓朗
  • Organizer: 応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 粗面化したSiにおけるレーザ加工痕のパルス幅依存性 (2020)
  • Author(s): 三村一暉, 高橋孝, 山口誠, 小林洋平, 富田卓朗
  • Organizer: 2020年度 応用物理・物理系学会中国四国支部 合同学術講演会
• [Presentation] ピコ秒レーザー照射による4H-SiC上DLCの改質 (2020)
  • Author(s): 山本健, 高橋孝, 内海慶春, 柴田明宣, 山口誠, 小林洋平, 富田卓朗
  • Organizer: 2020年度 応用物理・物理系学会中国四国支部 合同学術講演会
• [Presentation] SiC表面の短パルスレーザー照射よる表面改質層のラマン散乱分光法評価 (2020)
  • Author(s): 山口誠，高林圭祐，ルクマンハムバリ ビンザイニ，富田卓郎
  • Organizer: 2020年度砥粒加工学会学術講演会
• [Presentation] 集束イオンビーム照射誘起ダイヤモンド変質層における紫外線エッチングの酸素濃度依存性 (2020)
  • Author(s): 山口誠，アフザル ハフィジー ビン モハマド ジャマル, 神津知己，川堰宣隆，森田昇,西村一仁
  • Organizer: 2020年度砥粒加工学会学術講演会
• [Presentation] ピコ秒レーザー 照射による Si 上 DLC 膜の構造変化におけるパルス幅・フルエンス依存性 (2020)
  • Author(s): カイディール ビン マカロン，高林 圭佑，山口 誠，高橋 考，富田 卓郎，小林 洋平
  • Organizer: 精密工学会東北支部
• [Presentation] 集束イオンビーム照射により形成された単結晶ダイヤモンド変質層の深紫外ラマン散乱（第4報）-深紫外光照射によるラマン散乱スペクトルの変化の酸素濃度依存性- (2020)
  • Author(s): アフザルハフィジー，神津知己，山口誠，川堰宣隆，森田昇，西村一仁
  • Organizer: 2020年度精密工学会春季大会学術講演会
• [Presentation] Observation of dependence of ta-C surface graphitization on Deep ultraviolet laser intensity (2019)
  • Author(s): T. Kozu, M. Yamaguchi, M. Kawaguchi, M. Yoshimura
  • Organizer: The 8th International Conference on Manufacturing, Machine Design and Tribology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Determination of crystallinity on poly (ether ether ketone) by using visible Raman spectroscopy (2019)
  • Author(s): M. Yamaguchi, N. Kamihara, N. Ishikawa, J. I. Mapley, J. E. Barnsley, Sara J. Fraser-Miller, M. Jikei, M. Muraoka, K. C. Gordon
  • Organizer: 10th International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 集束イオンビーム（FIB）により形成されたダイヤモンド加工変質層における深紫外光照射効果のO2，Ar雰囲気の影響 (2019)
  • Author(s): アフザル ハフィジー ビン モハマド ジャマル，神津知己，山口誠，川堰宣隆，森田昇，西村一仁
  • Organizer: 2019年度精密工学会東北支部学術講演会
• [Presentation] SiCにおけるフェムト秒レーザー誘起表面改質の可視・紫外ラマン散乱分光 (2019)
  • Author(s): ルクマンハムバリビンザイニ，山野太久，山口 誠，富田卓郎，岡田達也
  • Organizer: 2019年度精密工学会東北支部学術講演会
• [Presentation] 炭素繊維複合材料の結晶化度のハンディラマン分光器による評価の検討 (2019)
  • Author(s): 小林祥子，野上太郎，山口誠，村岡幹夫
  • Organizer: 2019年度精密工学会東北支部学術講演会
• [Presentation] ラマン散乱分光法による爪試料評価のための基礎的検討 (2019)
  • Author(s): 望月康竹，山口誠
  • Organizer: 2019年度精密工学会東北支部学術講演会
• [Presentation] 炭素系硬質薄膜におけるしゅう動誘起構造変化の表面増強ラマン散乱 (2018)
  • Author(s): Hannis Syazwani binti Zulkarnain，山野太久，山本良之，山口誠，野老山貴行
  • Organizer: 2018年度精密工学会東北支部講演会
• [Presentation] SiCにおけるフェムト秒レーザー誘起表面改質層の深紫外光ラマン (2018)
  • Author(s): MUHAMMAD AZRUL HAMZI BIN AZHARRI，山口誠，富田卓郎，岡田達也
  • Organizer: 2018年度精密工学会東北支部講演会
• [Presentation] 集束イオンビームにより形成されたダイヤモンド加工変質層おける紫外光照射効果の酸素雰囲気の影響 (2018)
  • Author(s): ホアンロンミン，神津知己，山口 誠，梅本好日古，川堰宣隆，森田昇，西村一仁
  • Organizer: 2018年度精密工学会東北支部講演会
• [Presentation] 固体試料における島状金属粒子形成による深紫外表面増強ラマン散乱 (2018)
  • Author(s): 山野太久，山本良之，山口誠，梅本好日古
  • Organizer: 2018年度精密工学会東北支部講演会
• [Presentation] ta-C薄膜における深紫外照射効果の酸素濃度依存性 (2018)
  • Author(s): 望月康竹，神津知己，山口誠，川口雅弘
  • Organizer: 2018年度精密工学会東北支部講演会
• [Presentation] The wear of Diamond-Like Carbon by Molybdenum based particles under boundary lubrication (2018)
  • Author(s): Tokoroyama, Takayuki, Nishino, Takahiro, Yamaguchi, Makoto, Amzar Mohd Kassim, Khairul, Noritsugu Umehara
  • Organizer: 6th Integrity-Reliability-Failure (IRF2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temperature dependence of damage on ta-C observed by deep ultraviolet Raman spectroscopy (2018)
  • Author(s): T. Kozu, R. Hori, M. Yamaguchi, M. Kawaguchi, M. Yoshimura
  • Organizer: 29th International Conference on Diamond and Carbon Materials(DCM2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study of oxidation and graphitization by ultraviolet irradiation at damaged layer on single crystal diamond induced by FIB (2018)
  • Author(s): L. M. Hoang, Y. Umemoto, Y. Konno, T. Yamano, T. Kozu, M. Yamaguchi, N. Kawasegi, N. Morita, K. Nishimura
  • Organizer: 26th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM26)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deep-ultraviolet Raman scattering of structural change on SiC caused by femtosecond laser irradiation with fluence near the processing threshold (2018)
  • Author(s): M. A. H. Bin Azharri, T. Yamano, T. Tomita, T. Okada and M. Yamaguchi
  • Organizer: 26th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM26)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Influence of oxygen in atmosphere on deep ultraviolet Raman spectra change in tetrahedral amorphous Carbon (2018)
  • Author(s): Y. Mochizuki, R. Hori, T. Yamano, T. Kozu, M. Kawaguchi, M. Yamaguchi
  • Organizer: 26th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM26)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] AFM Observation of Damage Area by deep ultraviolet irradiation on Tetrahedral amorphous Carbon on Argon gas (2018)
  • Author(s): T. Kozu, M. Yamaguchi, M. Kawaguchi, M. Yoshimura
  • Organizer: 26th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM26)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 深紫外顕微ラマン散乱分光法を用いた単結晶ダイヤモンドへの集束イオンビーム照射誘起変質層観察 (2018)
  • Author(s): 梅本好日古，近野佑太，陳宇，神津知己，山口誠，川堰宣隆，森田昇，西村一仁
  • Organizer: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] 集束イオンビームにより形成された単結晶ダイヤモンド変質層の深紫外ラマン散乱（第3報）深紫外光照射によるラマン散乱スペクトルの変化 (2018)
  • Author(s): 梅本好日古，近野佑太，山口誠，川堰宣隆，神津知己，森田昇，西村一仁
  • Organizer: 2018年度精密工学会春季大会学術講演会講演
• [Presentation] ta-C薄膜における深紫外ラマンスペクトル変化の照射温度依存性 (2018)
  • Author(s): 神津知己，堀諒子，山口誠，川口雅弘，吉村雅満
  • Organizer: 第65回応用物理学会春季学術講
• [Presentation] ラマン散乱分光法による固体材料の表面像構造評価 (2018)
  • Author(s): 山口誠
  • Organizer: 日本機械学会IIP部門
  • Invited
• [Presentation] 表面増強ラマン散乱による固体試料表面評価のための膜厚傾斜銀薄膜の作製 (2017)
  • Author(s): 梅本好日古，斎藤圭祐，古谷龍嗣，山野太久，山口誠，山本 良之
  • Organizer: 2017 年度精密工学会東北支部学術講演会
• [Presentation] 島状In薄膜を用いた深紫外表面増強ラマン散乱分光法によるSi酸化膜の評価表面層評価のための島状の銀薄膜による固体表面における表面増強ラマン散乱 (2017)
  • Author(s): 山野太久，梅本好日古，古谷龍嗣，山口誠，山本 良之
  • Organizer: 2017 年度精密工学会東北支部学術講演会
• [Presentation] 単結晶ダイヤモンドへの集束イオンビーム照射誘起変質層における深紫外顕微ラマン散乱による照射条件依存性の評価 (2017)
  • Author(s): 梅本好日古，近野佑太，陳 宇，神津知己，山口 誠，川堰宣隆，森田 昇，西村一仁
  • Organizer: 第31回 ダイヤモンドシンポジウムプログラム
• [Presentation] Observation of DUV irradiation damage on ta-C film in various gas atmosphere (2017)
  • Author(s): T. Kozu, M. Yamaguchi, M. Kawaguchi, M. Yoshimura , T. Minamoto
  • Organizer: 11th Conference on New Diamond and Nano Carbons
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The change of DUV Raman spectra of Tetrahedral Amorphous Carbon (ta-C) in various atmosphere (2017)
  • Author(s): T. Kozu, M. Yamaguchi, M. Kawaguchi, M. Yoshimura , T. Minamoto
  • Organizer: International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Preparation of thickness-gradient Ag islands film on diamond like carbon for surface layer characterization by SERS (2017)
  • Author(s): Y. Umemoto, K. Saito, R. Furuya, M. Yamaguchi and Y. Yamamoto
  • Organizer: The 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deep-Ultraviolet Surface Enhanced Raman Scattering in solid surface by evaporation of indium island thin film (2017)
  • Author(s): T. Yamano, Y. Umemoto, R. Furuya, M. Yamaguchi and Y. Yamamoto
  • Organizer: The 8th International Symposium on Surface Science (ISSS-8)
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 秋田大学研究者総覧
  • URL: http://akitauinfo.akita-u.ac.jp/html/100000262_ja.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.gipc.akita-u.ac.jp/~yamaguci/index.html