2002 Fiscal Year Annual Research Report

高誘電率フォトニック結晶ゲル及びセラミックスの低温合成と電気・光学結合特性

Research Project

Project/Area Number	12305042
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	桑原誠東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40039136)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	平野晋吾東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60345080)
Keywords	セラミックフォトニック結晶 / チタニア / チタン酸バリウム / ゾル-ゲル法 / 金属アルコキシド / レジストモールド / 電子ビームリソグラフィ / ドライエッチング
Research Abstract	高分子レジストモールドを鋳型として、筆者らが独自に開発した高濃度の金属アルコキシド溶液を用いたゾル・キャスティング法により2次元(2D)ゲル及びセラミックフォトニック結晶(500μm×500μm)の作製と光学特性の評価を行った。得られた成果の概要を以下に示す。 1)電子ビームリソグラフィ技術を用い、Si基板上に500μm×500μmの広さで直径0.2-0.5μmの空気孔が三角格子(周期0.4-0.5μm)状に配列したレジストモールド(厚さ0.5-1μm)を作製した。このレジストモールドにTiO_2-ポリエチレングリコール(PEG)及びBaTiO_3-PEGゾル液を充填し、ゲル化後、モールド状に形成される不要ゲル層をドライエッチングにより除去し、最後にレジストモールドを溶解・除去することにより、柱型のTiO_2-PEG及びBaTiO_3-PEGゲルフォトニック結品の合成に成功した。 2)作製されたTiO_2-PEG及びBaTiO_3-PEGゲルフォトニック結晶を大気中、500-700℃の温度で焼成することによりセラミックフォトニック結晶を得た。焼成後のセラミックスの相は同一紅成の薄膜による結果から、それぞれアナターゼ、立方晶チタン酸バリウムであることが確認された。焼成によりゲルは直径、高さ共に70%程度に収縮したが、格子形状には全く乱れを生じておらず、本研究においてゾル-ゲル法による可視領域用セラミックフォトニック結晶の合成に世界で初めて成功した。 3)得られたゲル及びセラミックフォトニック結晶の可視領域における光学特性を、ハロゲン光源を用いた反射法により評価した。具体的には、TE及びTMモードの連続波長光をフォトニック結晶のγ-M及びγ-K方向に対して入射し、その垂直反射光のスペクトルを測定した。その結果、作製されたゲル及びセラミックフォトニック結晶に対して、可視領域で光の入射方向及び両方の偏光モードに対して計算によって求められたフォトニックバンド構造に良く対応した鋭い反射ピークが観測され、作製されたゲル構造体はフォトニック結晶として十分な光学機能を持つことが確認された。 4)本年度の研究成果は新聞発表(日刊工業、2003年2月17日)され、国際学術誌への論文投稿を進めている。

Research Products

(6 results)

All Other

All Publications (6 results)

[Publications] S.Shimada, K.Miyazawa, M.Kuwabara: "An Easy Method for Fabricating TiO_2 Gel Photonic Crystals Using Molds and Highly Concentrated Alkoxide Solutions"Japan.J.Appl.Phys.. 41. L291-L293 (2002)
[Publications] S.Shimada, M.Matsuu, K.Miyazawa, M.Kuwabara: "Fabrication of Two-Dimensional Gel Photonic Crystals by Sol-Gel Method Using High Concentration of Alkoxide Solution"J.Ceram.Soc.Jpn. 110. 391-394 (2002)
[Publications] S.Shindou, M.Kuwabara: "Electrophoretic Deposition of Barium Titanate Films from a High-Concentration Metal Alkoxide Sol"J.Ceram.Soc.Jpn. 110. 1035-1037 (2002)
[Publications] C.W.Wu, J-B.Pang, M.Kuwabara: "Phase Transformation from Lamella to Hexagonal Mesostructured Silica Thin Films by a Water Vapor Hydrothermal Method"Chem.Lett.. 10. 974-975 (2002)
[Publications] H.S.Yun, K.Miyazawa, I.Honma, H.S.Zhou, M.Kuwabara: "Synthesis of Senmicrystallized Mesoporous TiO_2 Thin Films"Mater.Sci.Eng.C. (印刷予定). (2003)
[Publications] 桑原誠, 平野晋吾, 島田周, 呉嘉文: "フォトニック結晶及び高配向メソポーラス薄膜の合成と特性"マテリアルインテグレーション(エレクトロニクセラミックス). 16. 17-23 (2003)

2002 Fiscal Year Annual Research Report

高誘電率フォトニック結晶ゲル及びセラミックスの低温合成と電気・光学結合特性

Principal Investigator

桑原 誠 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40039136)

Research Products

[Publications] S.Shimada, K.Miyazawa, M.Kuwabara: "An Easy Method for Fabricating TiO_2 Gel Photonic Crystals Using Molds and Highly Concentrated Alkoxide Solutions"Japan.J.Appl.Phys.. 41. L291-L293 (2002)

[Publications] S.Shimada, M.Matsuu, K.Miyazawa, M.Kuwabara: "Fabrication of Two-Dimensional Gel Photonic Crystals by Sol-Gel Method Using High Concentration of Alkoxide Solution"J.Ceram.Soc.Jpn. 110. 391-394 (2002)

[Publications] S.Shindou, M.Kuwabara: "Electrophoretic Deposition of Barium Titanate Films from a High-Concentration Metal Alkoxide Sol"J.Ceram.Soc.Jpn. 110. 1035-1037 (2002)

[Publications] C.W.Wu, J-B.Pang, M.Kuwabara: "Phase Transformation from Lamella to Hexagonal Mesostructured Silica Thin Films by a Water Vapor Hydrothermal Method"Chem.Lett.. 10. 974-975 (2002)

[Publications] H.S.Yun, K.Miyazawa, I.Honma, H.S.Zhou, M.Kuwabara: "Synthesis of Senmicrystallized Mesoporous TiO_2 Thin Films"Mater.Sci.Eng.C. (印刷予定). (2003)

[Publications] 桑原誠, 平野晋吾, 島田周, 呉嘉文: "フォトニック結晶及び高配向メソポーラス薄膜の合成と特性"マテリアル インテグレーション(エレクトロニク セラミックス). 16. 17-23 (2003)

桑原誠東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40039136)

[Publications] 桑原誠, 平野晋吾, 島田周, 呉嘉文: "フォトニック結晶及び高配向メソポーラス薄膜の合成と特性"マテリアルインテグレーション(エレクトロニクセラミックス). 16. 17-23 (2003)