| 研究概要 |
本研究の目的は,fsレーザーを照射することによって任意の誘電体と半導体の表面に過渡的に表面プラズモン・ポラリトン(SPP)を励起でき,それに伴う近接場によってナノ周期の界面プラズマが生成することを実証し,独自に開発してきたレーザー誘起ナノ周期構造生成の物理モデルを検証すること,及びSPPによる電荷のナノ周期分布がアブレーション痕として記録されるための条件を突き止めることである。
当該年度には,主に半導体(Si,GaAs,GaN,InP,InAs)及び誘電体(DLC)を標的として,異なる照射環境下でアブレーション実験とその計測を行い,開発モデルを適用して取得データの解析を行った。その結果,比較的融点の大きなSi,GaAs,及びGaNについては,アブレーション敷居値以下のフルーエンスFでレーザー波長の約1/5～1/4,及び～1/2の大小2種類のナノ周期構造が生成されることを発見し,その形成条件を明らかにした。特に水中のSiとGaAsについて,照射パルス数N,及びFの関数として表面構造の成長過程を追跡し,以下のナノ周期構造形成過程を初めて解明した。
十分に小さいFでfsレーザーパルスをSi表面に多重照射すると,表面に微細な凹凸がランダムに形成される。この凹凸で入射光が散乱・回折され,最初に比較的大きな周期d_L～400nmの構造が形成される。構造端では強い近接場が発生し、ほぼ同時に微細なナノ周期構造d_S～140nmの形成が始まる。二次的な現象が伴わなければ,一定のFではNの増加と共にd_Sの周期で表面が覆われるようになる。一方,Fが大きい場合には近接場の増大と共に熱的な融解が生じてd_Sが減少・消失してd_Lだけが記録される。すなわち、波長の約1/5～1/4に達する微細ナノ構造d_Sは,F<F_<th>かつ熱的融解を誘起しないFの領域でのみ形成される。
開発モデルを用いてSPP励起によるナノ周期構造の間隔を計算した。その結果,観測した微細なナノ周d_SはSPP励起による近接場の周期間隔と一致し,同モデルが半導体へ適用できることを実証した。
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