【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.07.28】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22OS1023

利用課題名 / Title

ナノ音響レンズの作製

利用した実施機関 / Support Institute

大阪大学 / Osaka Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

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）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（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

走査プローブ顕微鏡/Scanning probe microscopy,集束イオンビーム/Focused ion beam,X線回折/X-ray diffraction,膜加工・エッチング/Film processing and Etching

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)

長久保 白

所属名 / Affiliation

大阪大学

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

Wenlou Yuan,菅谷　航平,林　知輝,浅沼　恵梨子,東條　翔

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

OS-102：SEM付集束イオンビーム装置
OS-125：走査型プローブ顕微鏡
OS-103：超高精細電子ビームリソグラフィー装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

本研究では波長10-100 nmの超音波を点収束させるための超音波顕微鏡用ナノレンズを作製する。超音波は古くから材料科学、非破壊検査、センサに広く応用されてきた。技術の発展に伴い高周波化・短波長化が進み、高感度で空間分解能が高い検査やセンサ、微小材料の物性解明に超音波計測は貢献している。特にナノ秒～フェムト秒パルスレーザを用いたポンプ・プローブ法によってGHz–サブTHz帯の超音波も励起・検出可能となり、近年では幅~500 nmの単一ワイヤ上における波長100 nm/周波数サブTHzオーダ超音波の励起・検出にも成功している。しかし波長10 nmオーダの超音波を励起・検出できるにもかかわらず、可視光波長のレーザを用いているため実際の面内分解能は200 nm程度が限界であり、周波数0.1–1 THzのサブTHz領域における材料物性の解明・センサ応用も取り残されたままである。そこで本研究ではフェムト秒パルスレーザを用いて励起した波長10 nm/周波数サブTHzオーダの超音波を収束させるためのレンズを創出する。

実験 / Experimental

熱酸化Si基板に帯電防止用のAl薄膜を成膜し、収束イオンビーム(FIB)加工と原子間力顕微鏡(AFM)観察を行った。レンズ形状を2次元グレースケール画像に変換し、Gaをイオン源とするFIB装置によって加速電圧30 kV、電流1pA、ドーズ量を1–4 nC/μm2の条件で加工した。このようにして作成したレンズ形状の加工深さ・レンズ直径・表面滑らかさをAFM観察により評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

ドーズ量を1–4 nC/μm2に設定して加工したレンズのSEM画像および、その加工形状をAFMにより取得した3D画像例を添付ファイルに示す。また最大加工深さとドーズ量の関係をAFM計測から求めたところ、加工深さがドーズ量に対して線形的に増加する回帰直線を得た。これにより目標深さ570 nmを達成するドーズ量を決定することができた。しかし加工深さはFIBの焦点の調整や試料の固定状態によっても変動することが分かり、また加工形状は同心円状の理想形状ではなく非対称性が現れ、理想形状からのずれも生じている。これらはチャージアップ、試料の固定法、FIBのオートフォーカスなどを見直すことにより修正する必要がある。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

FIBを用いたレンズ加工とAFMを用いた形状計測

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