【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.04.30】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22IT0001
利用課題名 / Title
イットリウム鉄ガーネットを用いたナノフォトニクス
利用した実施機関 / Support Institute
東京工業大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
成膜, 膜加工・エッチング, 磁気光学, ナノフォトニクス
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
岩本 敏
所属名 / Affiliation
東京大学先端科学技術研究センター
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
太田泰友,高思源,北井達也
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
イットリウム鉄ガーネット（YIG）は室温・通信波長帯において光学損失と磁気光学効果の比で表される性能指数が非常に優れた磁気光学材料である。しかし、単結晶YIGを自立した光学薄膜として利用し、光閉じ込めの強いナノフォトニクスを探求した例は限られる。また、YIGは硬脆材料であり高品質に微細加工を行うことが極めて難しい。そこで本研究ではプラズマCVDにより成膜したアモルファスシリコンをハードマスクとして活用することで、プラズマドライエッチングによるYIGの微細加工に取り組んだ。特に、YIGスラブによる二次元フォトニック結晶構造の実現に向けた技術開発を進めた。
実験 / Experimental
ARIM設備であるSiN/a-SiプラズマCVD 装置を用いて単結晶YIG基板上にアモルファスシリコンを成膜した。また条件出し用の試料としてシリコン基板上へも同様の成膜を実施した。これらの試料に対して、電子線リソグラフィーによりマスクパターンを形成し、アモルファスシリコンをエッチングすることでハードマスクとし、YIGのプラズマドライエッチングを実施した。
結果と考察 / Results and Discussion
図１に微細加工を行ったYIG基板の断面を示す。YIGのエッチングレートは3.2 nm/minであった。エッチング側壁角は75°であった。一方、エッチングプロファイルからは、加工中にYIGが帯電していたことが予想される。今後は帯電の影響を制御することが重要になると考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１．SEM image of a cross section of an etched airhole in YIG
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・科研費補助金(19K05300)「磁気光学結晶-on-insulator基板の実現とナノフォトニクスへの応用」、CREST(JST) (JPMJCR19T1) 「トポロジカル集積光デバイスの創成」、創発的研究支援事業(JST) (JPMJFR213F) 「集積磁気ナノフォトニクスの開拓」
・装置利用にあたりご配慮・ご指導をいただいた西山伸彦先生、宮本恭幸先生、大礒義孝先生、方偉成氏をはじめ、ARIM関係者各位に感謝いたします。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- S. Gao, Y. Ota and S. Iwamoto, "Design of a Magneto-Photonic Crystal Exhibiting a Giant Faraday Rotation", 第83回応用物理学会秋季学術講演会, 21p-A101-14, 東北大学川内北キャンパス＋オンライン (2022)
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件