【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2024.06.25】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22IT0050
利用課題名 / Title
光レクテナ用幾何学的ダイオードの開発（4）
利用した実施機関 / Support Institute
東京工業大学 / Tokyo Tech.
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
光レクテナ, ナノダイオード, リソグラフィ, 電子ビーム露光, 描画装置
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)
古川 実
所属名 / Affiliation
スペースパワーテクノロジーズ
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
野崎眞次
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
梅本高明
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）,機器利用/Equipment Utilization
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
IT-001：電子ビーム露光装置
IT-002：電子ビーム露光データ加工ソフトウェア
IT-003：マスクレス露光装置
IT-006：走査型電子顕微鏡
IT-008：3連Eガン蒸着装置
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、太陽光発電を究極の目標とした超高速光レクテナを開発することを目指す。超高速ダイオードとして幾何学的ダイオードが提案されているが、光レクテナへの応用には、高い整流比が必要であり、その作製には、ナノメートルオーダーの非対称な形状を有する導体を作製する微細加工技術が不可欠となる。また、幾何学的ダイオードの材料には電子の平均自由工程が要求され、これまで電子の移動度が高いグラフェン薄膜を使った幾何学的ダイオードが作製されてきたが、いまだ高い整流比は得られていない。[1] 2021年度に金だけで試作したダイオードが整流性を示したので、その再現性を確かめるため、まったく同じレシピでダイオードを二度試作した。一度目の試料の電気測定結果よりどの試料においても電流がほとんど流れないことが分かった、光学顕微鏡で見たところ三角形と矩形が接触しておらず、ギャップが存在するようであった。二度目の試料も光学顕微鏡観察では、ギャップが存在した。2021年度と今年度の試料の作製プロセスで、再現性が得られない個所を走査型電子顕微鏡SEM観察で同定し、改善する必要がありそうだ。
実験 / Experimental
2021年度に試作した金の幾何学的ダイオードの一部が非線形整流性を示したことより、その再現性を確認するため、同じレシピで試作を二度行った。試作では、電子ビーム露光、厚さ5nmの金蒸着、リフトオフで幾何学的ダイオードを作製したのち、厚さ300nm電極パッドを形成するにあたって、AZ5200とPMGIの2層レジストプロセスを導入し、マスクレス露光装置を使った。一度目は、新装置を二度目は旧装置を用いた。2021年度の測定では、数100μAの電流が流れた試料でのダイオード及び電極の損傷がみられたことから今年度からまずはパルスによる測定を試みた。
結果と考察 / Results and Discussion
一度目の試作ダイオードでは電流が2021年度のものに比べて4桁程度低く、光学顕微鏡による観察からも三角形と矩形の接触がないことが確認された。図1には、二度目の試作の幾何学的ダイオードを高倍率の光学顕微鏡で観察したものであるが、三角形と矩形部が離れているのが確認できる。実際、電流も流れず開放となっていた。光学顕微鏡で、ギャップが確認されるほどなので電子がトンネルするには広すぎると思われる。2021年度の試料と同じレシピで作製されたにもかかわらず、まったく電流が流れなかったのは、ギャップ幅が、2021年度のものより広くなっていると考えられる。電子ビーム露光後と作製終了後でギャップ幅が増加しているかどうかSEM観察により確認し、広くなったギャップ幅の原因を調査する。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Optical-microscope image of the diode with a neck angle of 53o.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
参考文献:
[1]
Z. Zhu, S. Joshi, S. Grover, and G. Moddel, Rectenna
Solar Cells, G. Moddel and S. Grover, Eds. (Springer, 2013), pp. 209–227.
参考報告書:
「ナノテクノロジープラットフォーム 2021利用年度報告書
・F-21-IT-011 光レクテナ用幾何学的ダイオードの微細金属パターン
・F-21-IT-032 光レクテナ用幾何学的ダイオードのための近接大面積電極
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