| 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, 先進工学部マテリアル創成工学科, 助教 (20822951)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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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。
40 nm厚 SiN薄膜が形成されたSi (110)基板上に電子線描画装置・ICPエッチング装置を用いたリソグラフィープロセスにより長辺 200 nm, 短辺 150 nmの長方形を正六角形の中心・頂点に配置した7量体テンプレートを作製した。プロセス最適化により長方形の edge-to-edge 距離 25 ± 4 nm の実現を確認した。加熱時に余剰な金属を除去するために、SiNテンプレートの間隙にV字型溝を形成する必要がある。このV字型溝は塩基性溶液を用いたSi基板への異方性エッチングにより形成される。プロセス温度・時間などの最適化により深さ150 nm 程度のV溝形成を確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
電子線描画装置・反応性イオンエッチング装置を用いたナノ鋳型基板の作製は順調に進んでいるが、2020年から今に至るまで続く新型コロナウィルス感染防止対策に伴う研究施設の閉鎖や入場制限、教員・学生の行動制限の影響が引き続きあったため、進捗は芳しいとは言えない。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は金属成膜・ディウェッティングによる金属ナノ粒子アレイの形成に取り組む。当初計画では７量体共振器基板の光学特性評価へ進む予定であったが、それには至っていない。一方で、デバイス作製と並行して特性評価用の光学系の構築を進めてきた。近赤外分光カメラを搭載した顕微鏡システムにより10マイクロメートル四方の領域における分光情報が取得できることを確認している。電磁界シミュレーションの利用も追って進めていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
２０２２年度に延長申請した助成金（1,132,956円）は、ナノテクノロジープラットフォームが提供する共通機器利用料支払いに支出する予定である。過年度では平均して90-100万円を共通機器利用料として支出しており、２０２２年度も研究を推進するにあたって同程度の支出を想定している。
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