2015 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ3次元構造と構成元素の検出のための分光偏光ナノトポメトリ
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15H03941
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
大谷 幸利 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10233165)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
セラノオG ダビッドI 宇都宮大学, 学内共同利用施設等, 研究員 (80747270)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノ形状計測 / ナノ構造 / ナノ材料 / 分光偏光計 / シングルピクセルカメラ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は，2つアプローチから分光偏光ナノトポメトリの構築を試みた。第１にスーパーコンティニュアム白色光源からの入射光の偏光状態を高速に変調するためにリタ-ダとして2つの光弾性変調器（PEM）を導入し，測定サンプルからの偏光変化を検出するアルゴリズムの構築を行った。第2にデジタル・マイクロミラー，集光レンズと光ファイバによって導かれた分光器によってなるシングルピクセルによる分光計の構築である。これは，DMDによって白黒のランダム・パターンをつくりこれを集光して光強度として取り込むが，これを組み合わせてアマダール変換によるゴーストイメージング法を導入することによって分光の面分布を捉えることができた。これは，ポイント式の分光器を用いているが分光イメージング（波長に対する2次元イメージング）が可能となった。
一方，得られた分光ストークス・パラメータ（波長に対する偏光情報）からナノ３次元形状情報と構成元素情を得るためには，電磁場解析である厳密結合波解析（RCWA），時間領域差分法（FTDT）および境界要素法（BEM）があるが，今年度はBEMに絞って偏光情報の構造性複屈折情報と複吸収（二色性）から3次元ナノ構造を決定するのシミュレーションを検討した。実際にナノ３次元構造と元素情報を得るためには，事前にシミュレーションにて求めたいパラメータを変数としたテンプレートを作っておき，これとマッチングをとる方法をとるが，このマッチング方法に関しても検討を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は，2つの異なったアプローチから分光偏光ナノトポメトリの構築を試みていること。第１のスーパーコンティニュアムと2つの光弾性変調器（PEM）からなる偏光計と第2のシングルピクセルによる分光計の構築の提案が順調にできている。また，シミュレーション部分においては境界要素法（BEM）が動き始めている点。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，分光偏光ナノトポメトリを全方位角型3次元ナノ構造計測法に確立する。同時に，厳密結合波解析（RCWA）と時間領域差分法（FTDT）によって数値解析から得られたストークス・パラメータからナノ構造の決定法を試みる。特に，解析の高速化のため，実験値とシミュレーションの新たなマッチング法の最適化と材料の構成材料（元素）の決定法ための有効媒質近似（EMA）の最適化を図ることによって，複素屈折率と多層膜の材料厚みおよび屈折率の分光特性を決定する。ここでは，様々なナノ三次元形状を大学所有の電子線描画装置によって主に，ガラス基板上に製作し，電子線顕微鏡とＡＦＭにて比較評価する。さらに、三次元形状が多層構造になった状態での解析アルゴリズムもソフトウエアとして提供する。
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