| 研究課題/領域番号 |
19K05300
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分30020:光工学および光量子科学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
太田 泰友 東京大学, ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構, 特任准教授 (90624528)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 磁気光学 / 薄膜光学材料 / 磁性ガーネット / ナノフォトニクス / フォトニック結晶 / トポロジカルフォトニクス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、磁気ナノフォトニクスという新しい研究分野を開拓するため、レーザーを用いた磁気光学薄膜の高品質分離技術を構築することを目指す。材料を薄膜化することで、光と物質の相互作用を増大することが可能となる。これにより、従来技術では難しかった超小型集積光アイソレーターや非相反トポロジカル光導波路といった新しい磁気光学デバイスの実現が期待される。
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| 研究実績の概要 |
磁気光学材料である単結晶イットリウム鉄ガーネットを用いて薄膜を作製し、ナノフォトニクスへの研究に応用することを目指している。昨年度までに、スピンオングラスを用いたシリコン基板上へのガーネット基板のウェハ融着を実現し、融着ガーネット層を研磨により薄膜化することに成功した。
今年度は、これらの技術の一層の高度化をはかるとともにドライエッチングによるガーネット厚みの精密制御に取り組んだ。また数値計算を用いて磁気ナノフォトニクス構造の光学応答を解析することにも取り組んだ。
ウェハ融着では、昨年度までの課題であった残存パーティクル除去プロセスの構築を進めた。光学顕微鏡下でアルコールおよびクリーンペーパーを用いてふき取ることで、最もパーティクルを低減できることが分かった。これにより、高い確率でウェハ融着を成功させることが可能となった。これにより、より大きなガーネット基板を融着することも可能となった。研磨においては、研磨の各段階においてスラリーおよび研磨パッドを最適化することにより、クラックフリーでの研磨が可能となった。また、研磨ホルダーやパッドを精密に平坦化することで、薄膜厚みの均一性を高めることに成功した。
ドライエッチングでは、基板の精密な薄膜化に取り組んだ。Arガスのみによるプラズマエッチングにより、表面粗さを増加させることなく薄膜化することに成功した。また、エッチングレート約20nm/minで安定的しており、非常に高い精度で膜厚を制御可能であることが見いだされた。
数値計算では、有限要素法をベースとした計算を行った。特に、解析が容易な磁気光学マイクロディスクで発生するFaraday回転について調べたが、現状では明瞭な回転増強効果は見られていない。これはガーネットの屈折率が低いため十分な共振効果をディスク内で保つことができなかったためだと考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ナノフォトニクスに適用可能なシリコン上薄膜ガーネットの作製に成功した。また膜厚を精密に制御する手法を見出した。今後、これらの基本技術を土台とすることで、磁気ナノフォトニクスの探求が可能となる。これらの状況を鑑み、おおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
ウェハ融着に関しては、より強い接合強度を得るため、スピンオングラスのアニール条件や融着条件の最適化を図る。また、スピンオンガラス厚みを調整し、融着への影響を調べる。また試料のプラズマ処理工程に関しても必要に応じて条件の再検討を行う。
研磨に関しては、最終工程である化学機械研磨のさらなる改善を目指す。研磨パッドをより硬質なものに変更し、ガーネット基板端におけるエッジ鈍りの低減をはかる。
ドライエッチングに関しては、微細加工のためのドライエッチング技術の構築をはかる。これまで塩素系では微細加工は難しかった。そこで加工ガスを変更することで同技術の実現を目指す。エッチング選択比を大きくとるために、エッチングマスクについても見直しを進める。
数値計算では、ガーネット材料による磁気光学マイクロディスクの計算を発展させ、同構造を周期的に配置したフォトニック結晶の解析を進める。垂直入射時におけるファラデー回転量を大きくするための光学構造を検討し、有限要素法や有限差分時間領域法などにより解析を行う。加工プロセス技術の進展を合わせ、実際に作製でき光学評価が可能となる構造について集中的に解析を行う。
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