【公開日：2025.02.25】【最終更新日：2025.02.25】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22NM0060

利用課題名 / Title

メタマテリアルの開発

利用した実施機関 / Support Institute

物質・材料研究機構 / NIMS

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）-

【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）-

キーワード / Keywords

メタマテリアル、メタ表面、メタレンズ、大面積電子線描画

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)

レ ハクホウンツー

所属名 / Affiliation

国立研究開発法人産業技術総合研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

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

NM-601：電子ビーム描画装置 [ELS-F125]

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、ナノ構造体からなるメタレンズと呼ばれる、超高開口数を持つかつ薄膜状のレンズの開発を目的とする。具体的には、スパッタリング法により、サファイヤ基板上にシリコン(Si)や酸化チタン(TiO₂)の高い屈折率材料の薄膜を成膜する。その上に電子線描画法と反応性イオンエッチング法を用いることで、波長程度のSiやTiO₂のナノ構造を作製する。図1(a)はメタレンズに用いたナノロッド単位構造の概略図を示す。この構造は配置角qによって光の位相を精密に制御することができる。従って、これらの構造を適切に設計し平面上に配列すれば、自由空間における任意波面を形成することができる。特に、本研究では、円形φ10.0 mm程度の大面積試料の作製及び高精度・高分解能の実現が求められるため、電子ビーム描画装置 [ELS-F125] を用いて作製した。

実験 / Experimental

　今年度では、サファイヤ基板上に作製されたアモルファスシリコン(a-Si)薄膜を用いて、加工プロセスの開発に取り組んだ。電子ビーム描画装置 [ELS-F125] を用いて、Si薄膜の上に100 nm〜600 nm程度のナノロッド構造のパターンを描画した。現像した後、電子ビーム真空蒸着法で30 nm厚みのCr保護膜を成膜し、リフトオフでCrのナノ構造を得た。その後、SF₆/C₄F₈の混合ガス雰囲気で反応性イオンエッチングによって、Crパターン以外のところのシリコン薄膜を削り取った。最後にCr等の保護膜をウェットエッチングによって除却し、狙ったサイズのシリコンナノ構造体が得られた。

結果と考察 / Results and Discussion

　図1(b-c)にはアモルファスシリコン(a-Si)薄膜を用いて作製した円形φ10.0 mm試料の光学顕微鏡像と走査型電子顕微鏡像(SEM)を示している。描画時間が30時間程度であった。このように、ELS-F125電子ビーム描画装置の 高精度・高分解能によって設計通りの寸法が得られた。また、SF₆/C₄F₈の混合ガス雰囲気でのエッチングは、所望の垂直な側壁が得られ、幅数十nmにおいてアスペクト比6~10が確保できるようになった。これにより、設計したメタレンズを作製することに成功した。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1(a) ナノロッド単位構造の概略図, (b)試作したメタレンズの光学顕微鏡像 と(c) 走査型電子顕微鏡像(SEM)

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

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.

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