| 研究課題/領域番号 |
19K15423
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
大久保 喬平 東京理科大学, 基礎工学部材料工学科, 助教 (20822951)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | プラズモニクス / ナノフォトニクス / ナノ・マイクロ微細加工 / 共振器 / 近赤外光 |
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| 研究実績の概要 |
ナノプラズモニック・デバイス構築において、ナノ構造作製技術とプロセス設計は高性能・高精度なデバイス形成の鍵となる。金属ナノ粒子の化学合成に代表されるボトムアッププロセスや金属薄膜への微細加工などのトップダウンプロセスとそれらの組み合わせが多数報告されているが、大面積における20 nm以下の金属ナノギャップ作成は実現例に乏しい。ナノプラズモニクスにおける課題の一つは、10 nm以下の間隙を持つ均一な金属ナノ粒子集合体を大面積で形成する作製技術の確立である。
金属ナノ粒子アレイ表面は2次元ナノ鋳型上に成膜した金属薄膜のディウェッティングにより形成される。適切なQ値を持つ双極子＝四重極子モードの結合によりファノ共鳴が生じ、ファノ共鳴を示すナノ構造体は構造周囲の屈折率変化に鋭敏に応答することから超高感度光センシングへの応用が期待されている。局在型プラズモン共鳴の基本ユニットとなる金属ナノ粒子とその間隔を制御した七量体構造は近赤外域の急峻な暗モードを持つ共振器になることから、金属ナノ粒子七量体の設計・作製に取り組んだ。
LPCVD-SiN (40 nm厚)を成膜したSi (110)基板へ電子線ポジ型レジストZEP520Aを塗布し、超高速電子線描画装置を用いて電子線リソグラフィープロセスの最適化を行った。ICPエッチング装置を用いた反応性イオンエッチングにより、SiN薄膜へパターンを転写した。金属ナノ粒子七量体のテンプレートは、長方形の短辺・長辺がw = 200 nm, l = 150 nmに固定し、長方形間隔 g= 20, 40, 60 nm の３種類を用いた。鋳型間距離 g = 25 ± 4 nm が実現されたことをSEM観察により確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
七量体共振器を作製するためのナノ鋳型基板の作製までは完了したが、鋳型上面への金ナノ粒子アレイの作製には至っていない。ナノ鋳型基板作製の鍵となる超高速電子線描画装置を用いたレジストパターンの描画・現像条件出しに当初予想していたよりも多大な時間を要したためである。これは、昨年度から今に続くCOVID-19感染防止対策に伴う研究施設の閉鎖や入場制限、さらには教員・学生の行動も制限されていた影響が大きい。しかし、利用した電子線描画装置が達成可能な最小のパターン分解能に迫るパターン形成に成功しており、最終年度での七量体共振器デバイス完成へ向けて研究を推進する。
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| 今後の研究の推進方策 |
ナノ鋳型基板の作製プロセスが固まったため、当初の計画通り「金属成膜とディウェッティングの繰り返しによる金属ナノ粒子間距離の短縮」に取り組む。並行して、七量体共振器デバイスの光学特性評価に向けた光学実験系の構築を継続して行っており、作製したデバイスを評価する準備は整っている。実験系は、InGaAs近赤外分光カメラ（近赤外ハイパースペクトルイメージング装置）と倒立顕微鏡からなる。また、作製した共振器アレイ表面からの反射スペクトルを評価するために、電磁界シミュレーションの導入を検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当該年度は旅費として計上した経費の使用が無く、またその他として計上した機器使用料金が想定よりも少額であったたため、次年度使用額が生じた。残額は今後の研究の推進方策の項に記載した電磁界シミュレーションを実行するための危機とソフトウェアの購入に充当する予定である。
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