【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
22UT1059
利用課題名 / Title
照射光多点分配のためのメタサーフェス光学素子の開発
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
メタマテリアル, メタサーフェス,リソグラフィ/Lithography,EB,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,電子顕微鏡/Electron microscopy,赤外・可視・紫外分光/Infrared and UV and visible light spectroscopy,IoTセンサ/ IoT sensor,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
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
池沢 聡,髙木 鴻佑,山田 遼太,藤田 真由
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-600：汎用ICPエッチング装置
UT-603：汎用高品位ICPエッチング装置
UT-855：高精細電子顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本研究開発は複数の光学機能を複合化した機能性メタサーフェスを光学センシングシステムに実装することを目的として、単結晶シリコン(c-Si)を使用したビーム分配機能と集光機能を融合したメタサーフェス光学素子を製作した。前段階としてビームを線状に構造化するメタサーフェス(線集光メタレンズ)を製作し、次に伝搬軸外に分配し複数の集光点を形成するメタサーフェス(多点集光メタレンズ)を製作した。線集光メタレンズは可視光帯域(λ=532nm)で設計し製作寸法誤差を校正して線集光素子としての性能評価を実施した。多点集光メタレンズについては動作波長を近赤外域(λ=1064nm)に設定し、伝搬軸外の４点で集光するための３種のメタレンズを製作し、ビームプロファイラを用いた測定により開発素子のビーム分配性と集光性能を評価した。
実験 / Experimental
線集光メタレンズと多点集光メタレンズをそれぞれ、ARIMに設置されている超高速大面積電子線描画装置(F7000S)、汎用ICPエッチング装置(CE-300I)、および汎用高品位ICPエッチング装置(NE-550)を使用して製作し、高精細電子顕微鏡(Regulus 8230)で製作評価を行った。また製作した光学素子は東京農工大学に設置されているビームプロファイラなどによる光学測定により、素子の光学特性の評価を実施した。
結果と考察 / Results and Discussion
製作した素子について測定の結果、光学機能に必要な透過性と回折効率を持つことが確認された。幅約100 nm～300 nm、高さ300nmの正八角柱状の構造体を2 mm角内に約3880万本配置した。予備製作により露光条件の最適化を行い、寸法補正値を反映することで、所望の光学特性を有する光学素子を得た。光学測定の結果、入射ビームが回折せず直進する０次光の発生が確認された。これはドライエッチング時のマスクまたは基板への帯電などが影響しサイドエッチングが進行したことにより微細構造柱の垂直性が不十分であったことが推定される。今後はエッチング条件の最適化を行い製作精度の向上を図りたい。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 SEM image of a fabricated metasurface
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
超高速大面積電子線描画装置，ドライエッチング装置，電子顕微鏡の利用にあたって細やかにサポートしてくださったARIMスタッフの方々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)
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Satoshi Ikezawa, Micro-Optical Line Generator Metalens for a Visible Wavelength Based on Octagonal Nanopillars Made of Single-Crystalline Silicon, IEEE Sensors Journal, 22, 14851-14861(2022).
DOI: 10.1109/jsen.2022.3186060
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 藤田 真由, 池沢 聡, 岩見 健太郎, “近赤外レーザ計測のための多点集光メタレンズの開発”, 日本光学会ナノオプティクス研究グループ第29回研究討論会 G06 2023年1月30日.
- 池沢 聡, 山田 遼太, 岩見 健太郎, “ライフサイエンス応用センシングのためのビーム成形メタサーフェス光学素子”, 電気学会研究会(マグネティクス/マイクロマシン・センサシステム/バイオ・マイクロシステム合同研究会) 79-84 2022年12月23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