2017 Fiscal Year Research-status Report
電荷敏感型赤外検出器(CSIP)の量子効率に資するプラズモン効果の研究
| Project/Area Number |
16K05001
|
|---|
| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
|---|
Principal Investigator |
金 鮮美 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 研究員 (90585697)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | テラヘルツ/赤外材料・素子 / マイクロ・ナノデバイス / 量子井戸 / 表面プラズモン / サブバンド間遷移 / 高感度光検出 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
(1)ドーム型キャビティー構造の導入：ドーム型キャビティーを金コーティングされたGe半球レンズで作製し裏面入射測定系で光検出特性評価実験を行った．入射光はキャビティー構造によりサンプルに戻ることで光検出効率の向上が予想されるが，実験結果では量子井戸の移動度が下がり光検出効率の顕著な向上は見られなかった．これはキャビティーの固定に使ったフォトレジストがサンプル表面まで広がり移動度の低下をもたらす事が原因で，キャビティー配置に改善余地が有ることが分かった．
(2)ナノギャップアンテナの最適化：CSIP上にナノギャップアンテナを幅10μm，2～15μmの長さを持つ形で，70 nmと100 nmのギャップを持つように作製した．光応答の計測結果，表面プラズモン共鳴が起きる波長に近い長さを持つナノギャップアンテナが最大光信号を示すこと、ギャップが短いサンプルが強い電場増強効果をもたらすことが実験的に確認できた．さらに，ナノギャップアンテナの有効電場がサンプルエッジに集中しているため，CSIPのソースドレイン（SD）チャンネル幅が広いサンプルではCross-hole arrayアンテナが，幅が細い場合はナノギャップアンテナが優勢な信号をもたらす結果が得られ， サンプル構造に適したアンテナ選択の必要が有ることが分かった。
(3)多色検出器におけるプラズモニックアンテナ効果：3色CSIPのアンテナとしてCross-hole array構造を採択し，シミュレーション解析で三つの検出波長に対して有効電場が最大になるようにアンテナ周期を決めてサンプルを作製した．その分光特性計測結果，プラズモン共鳴周波数が異なるアンテナ周期を使うことによって、選択的な光検出が可能なことが分かった。さらにアンテナにバイアス電圧を印加して量子井戸の電子密度を調節することによって、分光特性Tuningの可能性を明らかにした。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成29年度は，CSIPにプラズモニックナノ・マイクロ構造を作製・評価し、量子効率向上に最適なアンテナ構造の確立を目標とした．そのため，シミュレーションに基づいて設計したプラズモンックアンテナ構造を、実際にCSIP 上に作製し評価することによって，異なる検出波長でも最適なアンテナ構造により高効率の光検出ができることを確認した．さらに量子効率向上だけでなく，多色CSIPでのプラズモニックアンテナ構造による選択的光検出やアンテナバイアス電圧よる検出波長の制御等への展開を含む新たの可能性を探索できた．以上，設定した目標を達成できていることからおおむね順調に進展していると考えられる．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は，更なる量子効率向上を目指して，ドーム型キャビティーの配置を改善してそのキャビティー効果を明らかにする．加えて，プラズモニックアンテナ構造を長波長側（20 μm 以上）CSIP まで拡大し最適化しながら、アンテナ効果及びキャビティー効果の議論を深め，研究を推進していく．
|
| Causes of Carryover |
次年度目標である長波長側（20 μm 以上）のCSIP研究では，新しいCSIPの作製・評価等が含まれているため、必要な消耗品，精密計測機器, 長波長用光学部品の追加購入の可能性が生じるため次年度の予算として計上した．
次年度では，新しい結晶成長に必要なGaAsウェハーや素子作製用消耗品を購入する予定である．また，作製したサンプルを評価するために長波長側用の分光に必要な光学部品等が必要となることから購入費用として使用する予定である．
|
Research Products
(13 results)
-
-
-
-
[Presentation] グラフェンにおけるランダウ準位発光2018
Author(s)
滝沢 和宏, 村野 裕一, 西村 明, 生嶋 健司, 金 鮮美, Mikahail Patrashin, 寳 迫巌,小宮山 進
Organizer
日本物理学会第73回2018年春季大会, 東京理科大学，23pB402-7, Mar. 23, 2018
-
[Presentation] グラフェン・ランダウ準位発光を利用したテラヘルツ光源の検討2018
Author(s)
村野 裕一, 滝沢 和宏, 西村 明, 生嶋 健司, 金 鮮美, Mikahail Patrashin, 寳迫 巌, 小宮山 進
Organizer
日本物理学会第73回2018年春季大会, 東京理科大学，23pPSA-29, Mar. 23, 2018
-
-
-
[Presentation] Nano-imaging of Excess Noise in Graphene with THz Near-field Microscopy2017
Author(s)
K.-T. Lin, Q. Weng, H. Nema, S. Kim, K. Sugawara, T. Otsuji, S. Komiyama, and Y. Kajihara
Organizer
The 25th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM25), S4-37, Atagawa, Japan, Dec. 7-9 (2017)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Near-field nanoscopy of shot noise in bilayer graphene2017
Author(s)
K.-T. Lin, Q. Weng, H. Nema, S. Kim, K. Sugawara, T. Otsuji, S. Komiyama, and Y. Kajihara
Organizer
22nd International Conference on Electronic Properties of Two Dimensional Systems (EP2DS-22), 2DO-9, Penn state, USA, Jul.31-Aug.4, 2017
Int'l Joint Research
-
-
-
[Presentation] Terahertz response in the quantum Hall effect regime of a quantum-well based charge sensitive phototransistor2017
Author(s)
D. Nakagawa, K. Takizawa, K. Ikushima, S. Kim, M. Patrashin, I. Hosako, S. Komiyama
Organizer
2017 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2017), Sendai International Center, Japan, Sep. 19-22, 2017
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Observation of current-injected Landau-level emission in graphene using a quantum-well based infrared phototransistor2017
Author(s)
K. Takizawa, A. Nishimura, H. Murano, D. Nakagawa, K. Ikushima, S. Kim, M. Patrashin, I. Hosako, S. Komiyama
Organizer
2017 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2017), Sendai International Center, Japan, Sep. 19-22, 2017
Int'l Joint Research
