2014 Fiscal Year Annual Research Report
局在表面プラズモンを介した光周波数信号伝達デバイスの作製
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13J05342
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
福原 誠史 豊橋技術科学大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 表面プラズモン / 光電子集積回路 / 光インターコネクト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究目的である，CMOS回路及びプラズモン要素素子を集積化した表面プラズモンデバイス基盤技術の確立に向け，以下の要素技術の研究を行った．
１． 表面プラズモン導波路の電気的分離と光信号伝達可能性の提示
Si基板上にショットキー型検出器を酸化膜上に金属で構成される表面プラズモン導波路作製し，導波路-検出器間に分離溝を設ける事で，これらの間での電気的分離及び光強度変調信号の伝達を確認した．また，表面プラズモン導波路端部から得られる散乱光が，3つの点光源を仮定した干渉縞として近似できることを解析的に確認した．表面プラズモンの励起光を10 MHzで直接変調した場合も，検出器で電気的検出が得られ，光強度信号が伝達可能であることも確認された．以上の結果より，金属導波路が表目プラズモンを介した光信号を伝えるのみではなく，MOSFETやダイオードへのバイアス電圧にも同時に使用できる事が示唆された．以上の成果の一部は，国内学会及び国際学会に投稿し，それぞれ口頭発表を行った．
２． 表面プラズモン導波路の電気バイアス・光信号同時伝達可能性の提示
表面プラズモンが伝搬する金属導波路に，直流電流を流入した場合でも，表面プラズモンのコヒーレンス性が保たれ，光信号が伝達可能であることを確認した．石英基板上に作製された幅20ミクロンの金属導波路に表面プラズモンを励起・伝搬させ，伝搬後に得られる散乱光のスペクトル線幅の電流密度依存性を評価した．結果として，スペクトル線幅の広がりは，配線に流入できる最大電流(3MA/cm2)を流した場合でも，標準偏差(2kHz)以下と見積もられた．以上の結果より，金属で構成される表面プラズモン導波路が，直流電流及び光信号を同時に伝える伝送線路として利用できる可能性が確認された．上記１，２の成果は，学術雑誌にFull paperとして，採択された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成26年度の研究目標は，表面プラズモンを扱う光電子集積回路の主幹技術ともなる論理回路構造の検討であった．電磁界解析による基本的設計や，半導体プロセス装置を用いたデバイス加工等は行えたものの，作製した素子の動作（タイムチャート）を確認するためには，微小の変調器の作製が望ましいと判断した．前年度と比較し，電子線リソグラフィーを含む微細加工のノウハウは取得できたものの，到達まで今一歩と判断し，達成度を3とした．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の最終目的である表面プラズモン光電子集積回路の実現に向け，引き続き，表面プラズモン要素素子の組み合わせ構造の検討を進める．具体的には，CMOSプロセスで扱える材料を主な候補とした表面プラズモン変調器の作製を試みる．電磁界解析による設計及び，前年度に得られた微細加工やウェハプロセスの技術を生かし，より微細で表面プラズモン要素素子同士を結合できるデバイスの提案・作製を随時進める．
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