液体Siナノインプリントによる近赤外線センサの創製

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17H04923
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 北陸先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 増田 貴史 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 講師 (70643138)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 液体シリコン / ナノインプリント / 半導体

研究成果の概要

液体Siの塗膜をナノインプリント後に焼成することで、半導体Siのナノピラーアレイを得ることができた。寸法設計されたパターンSi上に金電極を形成することで、局在表面プラズモン共鳴を用いた近赤外光の吸収が実現できた。しかし液体Siを固体Siへ変換する際に必要となる焼成温度が400℃と高く、熱膨張による寸法ズレが光吸収効率の低下を招くことも明らかとなった。そこで加熱の代わりに電子線照射を採用することで、非加熱で「液体Si→固体Si」変換が進行することを明らかにした。この結果、非加熱・非真空で高度に位置制御された半導体Siのナノピラーアレイの作製技術を確立し、素子形状の寸法ズレを防ぐことに成功した。

自由記述の分野

材料科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

液体Siという独自材料を舞台に、そのインプリントによって半導体Siのナノパターンを作製する初めての取り組みであった。材料・プロセス・デバイスの異なる視点から材料の課題に向き合い、最終的には非加熱・非真空でのSiナノパターンの直接製造という新たな微細加工技術の芽を生み出した。その学術的意義は、100 年続いた「固体Si工学」「気体Si工学」に続く第3のSi工学として、既存のSi素子の限界を突破するための新たな学術基盤として、「液体Si工学」を築くことにあった。その社会的意義は、非加熱・非真空のSiナノパターニング技術を確立し、ポストムーア時代に希求される精密工学の可能性を示した点にある。