2012 Fiscal Year Annual Research Report
半導体エレクトロニクスとプラズモニクスの融合による次世代情報伝達回路の創製
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24350104
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
藤田 晃司 京都大学, 工学研究科, 准教授 (50314240)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村井 俊介 京都大学, 工学研究科, 助教 (20378805)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 表面プラズモン / 導電性酸化物 / 導電性窒化物 |
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| Research Abstract |
半導体電子回路の集積密度は飽和を迎えつつあり,これを克服する一つのアプローチとして速く信号を伝えられる光回路を組み込むことが提案されているが,光の回折限界により光回路を微細化された電子回路に組み込むことは困難である。本研究では,電子と光を結び付ける技術として,金属/誘電体の界面に局在する電磁モード,すなわち表面プラズモンポラリトンに注目し,高速性と微細性を兼ね備えた次世代情報伝達・処理回路の要素技術を開発する。
従来,金属層としては金や銀などの貴金属が用いられてきたが,貴金属には吸収損失が大きいという欠点がある。本研究では,貴金属代替材料として導電性酸化物や導電性窒化物に焦点を当てており,平成24年度は,パルスレーザー堆積法により単結晶基板上に錫を添加した酸化インジウム(ITO)および窒化チタン(TiN)をエピタキシャル成長させ,プラズモニック特性を評価した。ITO単結晶薄膜に関しては,イットリア安定化ジルコニア
(YSZ)基板上に単結晶薄膜を作製し,ホール効果ならびに反射率を測定した。その結果,(1)赤外域における誘電特性がドルーデモデルで説明できること,(2)貴金属と比べて赤外域における損失が顕著に低くなること,(3)赤外光-表面プラズモン変換されることなどが確認され,単結晶ITO薄膜が赤外域におけるプラズモニック材料として有望であることが明らかになった。TiN薄膜においては,格子不整合の小さいMgO基板上を用いることにより,はじめて単結晶薄膜を成長させることに成功した。得られた薄膜に対してエリプソメトリー測定により光学定数を求め誘電定数を導出したところ,可視域で有望なプラズモニック材料であることがわかった。
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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
表面プラズモンポラリトンによる高速性と微細性を兼ね備えた次世代情報伝達・処理回路の実現には,吸収損失は大きな問題である。加えて,貴金属のような高価な原料を必要とする材料系の利用は避ける方がよい。平成24年度の研究において,低損失のプラズモニック材料として汎用の酸化物や窒化物を活用できる目途がついたため,当初予定通り進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初予定通り,導電性酸化物および導電性窒化物のナノ構造を作製し,光活性種との複合により電場応答型デバイスを試作する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成24年度は、薄膜作製用の単結晶基板の購入費が当初より安くなることがわかり消耗品費で若干の余りが出たが,これは次年度以降の単結晶基板購入費に繰り越して使用する。また,薄膜作製用のターゲットの作製のための雰囲気炉を購入する。
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