【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.05.09】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22UT1014
利用課題名 / Title
窒化シリコンを利用した高透過率メタサーフェスホログラム
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学
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）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）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（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
メタサーフェス、ホログラム,電子顕微鏡/Electron microscopy,リソグラフィ/Lithography,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,EB,メタマテリアルメタマテリアル/ Metamaterial
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)
岩見 健太郎
所属名 / Affiliation
東京農工大学岩見研究室
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
山口眞和,齋藤洋輝
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）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-503：超高速大面積電子線描画装置
UT-603：汎用高品位ICPエッチング装置
UT-800：クリーンドラフト潤沢超純水付
UT-855：高精細電子顕微鏡
UT-850：形状・膜厚・電気特性評価装置群
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本研究では、窒化シリコン（SiN）を用いてメタサーフェスホログラムの製作を行う。図1に示すように本研究で製作したホログラムには、正八角柱のSiNナノ柱が正方格子状に配列されており、波長445 nm、532 nm、633 nmのレーザを照射することで、高輝度のフルカラー画像を投影することができる。このナノ柱を製作するためにARIM東京大学武田クリーンルームの装置を用いた。
実験 / Experimental
表面に1500 nmの窒化シリコンをスパッタリング成膜した20 mm角の石英ガラス基板に対して、超高速大面積電子線描画装置(F7000S-VD2)を利用して、SiNナノ柱のパターンを描画した。ここで、レジスト材にはポジ型の共用EBレジストZEP-520A-7を使用した。その後、蒸着・リフトオフを行った基板に対し、SiN層のドライエッチングを行った。エッチングには、汎用高品位ICPエッチング装置（NE-550）を用いた。製作が終了したのちに、高精細電子顕微鏡(Regulus 8230)や形状・膜厚・電気特性評価装置(Tohospec3100)を用いて、構造の評価を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
製作したメタサーフェスホログラムを高精細電子顕微鏡で撮影した画像と、得られた投影像を図2に示す。図2から、製作された柱は垂直形状ではなく、テーパ状になっていたことがわかる。これにより損失が生まれ、平均回折効率は29.3%となっていた。この損失は、柱形状を設計形状へと近づけることで解消できると考えられる。実際に汎用性高品位ICPエッチング装置を利用する際のレシピの最適化を目指す中で、回折効率は平均54.4%まで向上した。今後もレシピの改善を続けることで垂直形状へと近づけていき、さらなる効率の向上を目指していく。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 メタサーフェスホログラムの概要
図2 メタサーフェスホログラムの投影像およびSEM像
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究は科研費基盤研究(B)21H01781により助成を受けたものです。超高速大面積電子線描画装置の利用にあたって、度々サポートしてくださった学術支援専門職員の藤原誠様に深く感謝申し上げます。
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.
- Masakazu Yamaguchi, Hiroki Saito, Satoshi Ikezawa, and Kentaro Iwami, "High Transmittance Metasurface Holograms Using Silicon Nitride", IEEE MEMS(ドイツ), 2023年1月17日
- Masakazu Yamaguchi, Hiroki Saito, Naoyuki Yamada, Satoshi Ikezawa, and Kentaro Iwami, "High Transmittance Multicolor Metasurface Holograms Made of Silicon Nitride", CLEO-PR(北海道), 2022年8月1日
- 山口眞和， 齋藤洋輝， 池沢聡， 岩見健太郎， "窒化シリコンを用いた高透過率メタサーフェスカラーホログラム"， 第39回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム(徳島)， 2022年11月14日
- Hiroki Saito, Masakazu Yamaguchi, Satoshi Ikezawa, and Kentaro Iwami, "Development of a loop animated full-color metasurface hologram with high color reproduction", Fifteenth International Conference on Sensing Technology(オーストラリア), 2022年12月6日
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