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光リング共振器と微小共振球とを検出系とした走査型近接場光学顕微鏡の開発

研究課題

研究課題/領域番号 10555121
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 電子デバイス・機器工学
研究機関大阪大学

研究代表者

押鐘 寧  大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40263206)

研究分担者 井上 晴行  大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30304009)
遠藤 勝義  大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90152008)
片岡 俊彦  大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50029328)
研究期間 (年度) 1998 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
12,600千円 (直接経費: 12,600千円)
2000年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
1999年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
1998年度: 10,700千円 (直接経費: 10,700千円)
キーワード走査型近接場光学顕微鏡 / 微小共振球 / WGMs / MDRs / フォトレジスト / HeCdレーザー / 極微小突起 / 三次元境界要素法 / エバネセント場 / Tiサファイアレーザー / WGMモード / 光の近接場 / 走査系近接場光学顕微鏡 / SNOM / ポリスチレン微小球 / 進行波共振 / 時間領域差分法
研究概要

SNOM顕微鏡システムはその近接場の形成方法の違いから数種類に分類されるが、高分解能と試料の多様性を両立させることは難しい。しかし、我々が開発した共振球を介した微小突起を有する共振球プローブでは、上の2つの条件を両立させることが可能である。
光によるナノ微細加工には近接場の局在化,高強度化が欠かせない.この目的に添ったプローブとして,極微小突起を有する微小共振球プローブの試作を行なった.一連の実験結果より,共振球以外からの散乱光を取り除く必要が生じたため、直径100μm程度の共振球は,シングルモードファイバの先端を炭酸ガスレーザーによる溶融,伸延して作製したスポーク付のガラス球とした.このスポーク部をガラス基板に接着し,共振球を基板表面に接触,保持した.これにより、基板と共振球との接着部からの散乱光を抑えることが出来た。また、この共振球表面への極微小突起の製作は,i線露光用のフォトレジストを球表面に塗布し,HeCdレーザーの集光スポットを用いて感光させることにより実現した.露光スポットサイズ,露光時間の制御により,1μm程度の微小突起を再現性良く作製できた.この突起からの散乱光が、照明用のTi:サファイアレーザーの波長をスキャンし,共振球内に光リング共振状態を作り出すことで観察されたことで,SNOM用プローブとしての動作が期待できた.
そこで,試作プローブの動作テストとして,市販のCDの表面に多数存在するピット(高さ100nm,幅500〜800nm,長さ870〜3180nm)の観察を行なった.その結果,ピット列が観察され,試作プローブの有効性が示せた.さらなる高分解能化,高感度化には,以下に述べる通り,極微小突起部の最適化設計とその微細構造の実現が必要となる.
微小共振球プローブ構造のうち,共振球下部の極微小突起周りをモデル化し,三次元境界要素法による電磁場伝搬解析をおこなった結果,微小突起からの散乱光強度が,試料を近接させることにより急激に増加する様子がシミュレートできた.このシミュレーション結果は,定性的に実験事実とも良く対応した.さらに,微小突起の形状,材質の微妙な変化が,散乱光強度(プローブの共振状態)に非常に強く影響を及ぼす(つまりは波長オーダーの粒子におけるMorphology Dependent Resonanceのシミュレーション)ことがわかり,光による微細加工や微細構造解析のための高分解能・高感度プローブの最適化設計に対する指針が得られた.さらには,走査型近接場光学顕微鏡のプローブ部の高感度化が可能が可能であることがわかった.

報告書

(4件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (27件)

  • [文献書誌] Y.Oshikane et al.: "Scanning Near-field Optical Microscope with a Small Spherical Protrusion Probe Excited with WGM resonances(invited)"Special issue of Near Field Optics in Optical Memory and Neural Networks. Vol.9,No.3. 147-168 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Arima et al.: "Scanning Tunneling Microscopy Study Of Hydrogen-terminated Si(001) Surfaces After Wet Cleaning"Surface Science. Vol.446,No.1-2. 128-136 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Oshikane et al.: "A prototypical resonant microcavity probe for scanning near-field optical microscope"Proc.of 6th International Conference on Near Field Optics and Related Techniques (The Netherlands). 142-142 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 押鐘 ほか: "微小球内のWGM共振を利用した走査型近接場光学顕微鏡の開発"2000年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. G40 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 押鐘 ほか: "共振球プローブを用いた走査型近接場光学顕微鏡の開発-標準試料の走査結果とプローブの性能評価-"2000年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. L68 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 片岡,押鐘: "近接場ナノフォトニクス入門(大津,河田編)"オプトロニクス社. 67-73 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yasushi Oshikane, Toshihiko Kataoka, Katsuyoshi Endo, and Haruyuki Inoue: "Scanning Near-field Optical Microscope with a Small Spherical Protrusion Probe Excited with WGM resonances (invited)"Special issue of Near Field Optics in Optical Memory and Neural Networks. Vol.9, No.3. 147-168 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kenta Arima, Katsuyoshi Endo, Toshihiko Kataoka, Yasushi Oshikane, Haruyuki Inoue, and Yuzo Mori: "Scanning Tunneling Microscopy Study Of Hydrogen-terminated Si (001) Surfaces After Wet Cleaning"Surface Science. Vol.446, No.1-2. 128-136 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yasushi Oshikane, Toshihiko Kataoka, Katsuyoshi Endo, and Haruyuki Inoue: "A prototypical resonant microcavity probe for scanning near-field optical microscope"Proc. of 6th International Conference on Near Field Optics and Related Techniques (The Netherlands). 142 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yasushi Oshikane et al.: "Scanning Near-field Optical Microscope with a Small Spherical Protrusion Probe Excited with WGM resonances (invited)"Special issue of Near Field Optics in Optical Memory and Neural Networks. vol.9,No.3. (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Yasushi Oshikane et al.: "A prototypical resonant microcavity probe for scanning near-field optical microscope"Proc.of 6th International Conference on Near Field Optics and Related Techniques (The Netherlands). 142-142 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 押鐘 他: "微小球内のWGM共振を利用した走査型近接場光学顕微鏡の開発"2000年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. G40 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 押鐘 他: "共振球プローブを用いた走査型近接場光学顕微鏡の開発-標準試料の走査結果とプローブの性能評価-"2000年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. L68 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Kenta Arima et al.: "Scanning Tunneling Microscopy Study Of Hydrogen-terminated Si(001)Surfaces After Wet Cleaning"Surface Science. Vol.446,No.1-2. 128-136 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 片岡俊彦,押鐘寧: "近接場ナノフォトニクス入門(大津,河田編)"オプトロニクス社. 133 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Y. Oshikane et al.: "3D-FDTD and experimental analysis of a resonant microcavity probe for high-resolution SNOM"SPIE Proc. v. 3791. vol. 3791. 57-61 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] H. Nakagawa et al.: "Development of a High Sensitive Probe for Scanning Near-Field Optical Microscope with a Micro Cavity"Proc. of the 9th ICPE (Osaka, Japan). 905-910 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 片岡俊彦: "「走査型近接場光学顕微鏡による微細形状計測」"光技術コンタクト. vol. 37, No. 8. 523-528 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 押鐘 他: "「SNOM用微小共振球プローブの電磁場解析による特性診断」"1999年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 74 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 中川 他: "「微小共振球プローブを用いた走査型近接場光学顕微鏡の特性」"1999年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. P75 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 押鐘 他: "「共振球プローブを用いた走査型近接場光学顕微鏡の開発 -標準試料の走査結果とプローブの性能評価-」"2000年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. L68 (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 中川 他: "微小共振球プローブを用いた走査型近接場光学顕微鏡の開発" 1998年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. J62 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 押鐘 他: "狭帯域化半導体レーザーによるミクロンオーダの微小球内の進行波共振とその制御" 第59回応用物理学会学術講演会講演予稿集. 第3分冊. 917-917 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Oshikane et al.: "3D-Electromagnetic field analysis of a micro-cavity probe for high resolution SNOM" Technical Digest of the 5th International Conference on Near Field Optics(Shirahama,1998). 12-13 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] H.Nakagawa et al.: "Scanning near-field optical microscope with a micro-cavity probe" Technical Digest of the 5th International Conference on Near Field Optics(Shirahama,1998). 179-180 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] K.Endo et al.: "Atomic structures of hydrogen-terminated Si(001) surfaces after wet cleaning by scanning tunneling microscopy" Appl.Phys.Lett.Vol.73,No.13. 1853-1855 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 押鐘 他: "Whispering Gallery Modesにより微小球表面に発生する近接場と物質との相互作用" 第46回応用物理学関係連合講演会講演予稿集. 第3分冊. E19 (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書

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公開日: 1998-04-01   更新日: 2016-04-21  

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