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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

研究課題

研究課題/領域番号 16K05001
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 応用物理学一般
研究機関国立研究開発法人情報通信研究機構 (2017-2018)
東京大学 (2016)

研究代表者

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)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードセンサー / 量子効率 / 量子井戸 / プラズモニックアンテナ / テラヘルツ / 赤外材料・素子 / 表面プラズモン / サブバンド間遷移 / 高感度光検出 / テラヘルツ/赤外材料・素子 / マイクロ・ナノデバイス / 光物性
研究成果の概要

本研究では、超高感度 THz 検出素子(CSIP と呼ばれる電荷敏感型赤外検出器)における特異な量子井戸構造に着目し、ナノ Gap を含む金属のナノ・マイクロ構造を CSIP に導入し、量子効率に資するプラズモン効果を研究し量子効率を26%まで向上させた。さらに量子効率向上だけではなく、プラズモニックアンテナ構造による選択的な光検出およびゲートバイアスによる検出波長 Tuning への可能性を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ナノ Gap を含む金属ナノ構造でのプラズモン研究は高感度計測への応用が世界中で検討されている中、CSIP 素子の検出波長領域でも有る10 μm~50 μm 領域では研究が少ないため、本研究では、これを CSIP に導入することによって、この波長領域でのプラズモン特性の理解を深めると共に CSIP の量子効率向上に大きな進展をもたらした。さらに、基礎物理 のみならず、物理、バイオ、天文など広範な分野へ適用可能な計測法が提供されるため、学術的・ 産業的に非常に有意義である。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 10件)

  • [雑誌論文] Near-field radiative nano-thermal imaging of non-uniform Joule heating in narrow metal wires2018

    • 著者名/発表者名
      Q. Weng, K. Lin, K. Yoshida, H. Nema, S. Komiyama, S. Kim, K. Hirakawa, and Y. Kajihara
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 18 号: 7 ページ: 4220-4225

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.8b01178

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Terahertz response in the quantum-Hall-effect regime of a quantum-well-based charge-sensitive infrared phototransistor2018

    • 著者名/発表者名
      Nakagawa Daisuke、Takizawa Kazuhiro、Ikushima Kenji、Kim Sunmi、Patrashin Mikhail、Hosako Iwao、Komiyama Susumu
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 号: 4S ページ: 04FK04-04FK04

    • DOI

      10.7567/jjap.57.04fk04

    • NAID

      210000148958

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 電荷敏感型赤外光トランジスタ(CSIP)2017

    • 著者名/発表者名
      金鮮美,梶原優介,小宮山進
    • 雑誌名

      レーザー研究

      巻: 45 ページ: 762-767

    • NAID

      130007957356

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A high signal-to-noise ratio passive near-field microscope equipped with a helium-free cryostat2017

    • 著者名/発表者名
      K.-T. Lin, S. Komiyama, S. Kim, K. Kawamura, and Y. Kajihara
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 88 号: 1 ページ: 13706-13706

    • DOI

      10.1063/1.4973985

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Improved Performance of Ultrahigh-Sensitive Charge-Sensitive Infrared Phototransistors (CSIP)2016

    • 著者名/発表者名
      S. Kim, S. Komiyama, S. Matsuda, M. Patrashin, and Y. Kajihara
    • 雑誌名

      Internatinal Journal of High Speed Electgronics and Systems

      巻: 25 号: 03n04 ページ: 1640021-1640021

    • DOI

      10.1142/s0129156416400218

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Nonequilibrium electron dynamics and Landau-level radiative transition in current-injected graphene2019

    • 著者名/発表者名
      H. Murano, K. Ikushima, K. Takizawa, M. Otsuji, G. Ueda, S. Kim, M. Patrashin, I. Hosako, and S. Komiyama
    • 学会等名
      The 21st International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures (EDISON21)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高感度検出器を利用した低温 THz 近接場顕微鏡の開発2019

    • 著者名/発表者名
      林 冠廷,翁 銭春,金 鮮美,小宮山 進,梶原 優 介
    • 学会等名
      2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] グラフェンにおけるランダウ準位発光2018

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      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
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      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
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 量子井戸型THz 検出器CSIP の量子効率改善に向けた基礎検証2017

    • 著者名/発表者名
      山中和之,金鮮美,木村文信,松田誠平,梶原優介
    • 学会等名
      2017年度精密工学会春季大会学術講演会
    • 発表場所
      慶應義塾大学(横浜市)
    • 年月日
      2017-03-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Multicolor Charge-Sensitive Infrared Phototransistors (CSIP)2017

    • 著者名/発表者名
      S. Kim, S. Komiyama, M. Patrashin, I. Hosako, and Y. Kajihara
    • 学会等名
      42 International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves(IRMMW-THz2017), Cancun, Maxico, Aug. 27-Sep. 1, 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 電荷敏感型赤外光子検出器(CSIP)による多色光検出2017

    • 著者名/発表者名
      金 鮮美,小宮山 進, パトラシン ミハイル,寳迫 巌,梶原優介
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会, 福岡国際会場,6a-C14-5, Sep. 6, 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Nano-imaging of Excess Noise in Graphene with THz Near-field Microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      K.-T. Lin, Q. Weng, H. Nema, S. Kim, K. Sugawara, T. Otsuji, S. Komiyama, and Y. Kajihara
    • 学会等名
      The 25th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM25), S4-37, Atagawa, Japan, Dec. 7-9 (2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Near-field nanoscopy of shot noise in bilayer graphene2017

    • 著者名/発表者名
      K.-T. Lin, Q. Weng, H. Nema, S. Kim, K. Sugawara, T. Otsuji, S. Komiyama, and Y. Kajihara
    • 学会等名
      22nd International Conference on Electronic Properties of Two Dimensional Systems (EP2DS-22), 2DO-9, Penn state, USA, Jul.31-Aug.4, 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Improving Quantum Efficiency of Quantum Well-based Sensitive Terahertz Detector2017

    • 著者名/発表者名
      Kazuyuki Yamanaka, Sunmi Kim, Fuminobu Kimura, Yusuke Kajihara
    • 学会等名
      The 7th International Conference of Asian Society for Precision Engineering and Nanotechnology (ASPEN 2017), Seoul, Korea, Nov. 14-17, 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nano-probing of Spontaneous Evanescent Waves on Thin Layer Films Derived from Local Noises2017

    • 著者名/発表者名
      Akira Kikuchi, Kuan-Ting Lin, Hirofumi Nema, Sunmi Kim, Yusuke Kajihara
    • 学会等名
      The 7th International Conference of Asian Society for Precision Engineering and Nanotechnology (ASPEN 2017), Seoul, Korea, Nov. 14-17, 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Terahertz response in the quantum Hall effect regime of a quantum-well based charge sensitive phototransistor2017

    • 著者名/発表者名
      D. Nakagawa, K. Takizawa, K. Ikushima, S. Kim, M. Patrashin, I. Hosako, S. Komiyama
    • 学会等名
      2017 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2017), Sendai International Center, Japan, Sep. 19-22, 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Observation of current-injected Landau-level emission in graphene using a quantum-well based infrared phototransistor2017

    • 著者名/発表者名
      K. Takizawa, A. Nishimura, H. Murano, D. Nakagawa, K. Ikushima, S. Kim, M. Patrashin, I. Hosako, S. Komiyama
    • 学会等名
      2017 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2017), Sendai International Center, Japan, Sep. 19-22, 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Improved Performance of Ultrahigh-sensitive Charge-Sensitive Infrared Phototransistors (CSIP)2016

    • 著者名/発表者名
      Sunmi Kim, Susumu Komiyama, Mikhail Patrashin, and Yusuke Kajiahra
    • 学会等名
      5th Russia-Japan-USA-Europe Symposim on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Device & Technologies (RJUSE TeraTech-2016)
    • 発表場所
      東北大学(仙台市)
    • 年月日
      2016-10-31
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An Efficient Nanogap Antenna for Charge-Sensitive Infrared Phototransistors2016

    • 著者名/発表者名
      Sunmi Kim, Susumu Komiyama, Mikhail Patrashin, and Yusuke Kajiahra
    • 学会等名
      41st International Conference of Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2016)
    • 発表場所
      Bella center, Copenhagen, Denmark
    • 年月日
      2016-09-25
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 裏面入射による電荷敏感型赤外光子検出器(CSIP)の量子効率向上2016

    • 著者名/発表者名
      金 鮮美,小宮山 進,パトラシン ミハイル,林 冠廷,根間 裕史,山中 和之,梶原 優介
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      新潟朱鷺メッセ(新潟市)
    • 年月日
      2016-09-05
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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