【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.05.21】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23UT1006
利用課題名 / Title
マイクロ光学セルのためのメタサーフェス光学素子開発
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
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,電子顕微鏡/ Electronic microscope,メタマテリアル/ Metamaterial,光デバイス/ Optical Device,電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/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)
岩見 健太郎
所属名 / Affiliation
東京農工大学工学部機械システム工学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
青木活真,PONRAPEE PRUTPHONGS,伊藤遼成
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-604：高速シリコン深掘りエッチング装置
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
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、原子時計に多機能メタサーフェスを用いて小型・低背化を目的とする。多機能メタサーフェスは、Fig.1 示すように長方形のシリコン柱を配列し、偏向・1/4波長板およびレンズ機能を実現する。このシリコン柱のパターンを描画するためにARIM東京大学武田クリーンルームの装置を利用した。
実験 / Experimental
【利用した主な装置】
超高速大面積電子線描画装置（F7000S-VD2）
高速シリコン深堀エッチング装置（MUC-21 ASE-Pegasus）
高精細電子顕微鏡（Regulus 8230）【実験方法】
表面に水素化モルファスシリコンで成膜された20mm角のテンパックスガラス基板上に、シリコン柱の配列パターンを描画した。ここで、超高速大面積電子線描画装置（F7000S-VD2）を利用した。前述の基板上にポジ型のEBレジストZEP-520Aを塗布した。F7000S-VD2の内臓ステンシル（VSBモード）を使用することで、ナノスケール四角形パターンを短時間で描画することにした。その後、現像およびリフトオフプロセスを行い、柱形状を形成するため、高速シリコン深堀エッチング装置（MUC-21 ASE-Pegasus）を用いてシリコン膜をエッチングした。本研究では、柱形状の完成度がメタサーフェスの性能に影響を及ぼすため、高精細電子顕微鏡（Regulus 8230）を利用して柱形状の観察・評価した。性能向上のため、SEMで観察したデータによりシリコン膜のエッチングレシピを少しずつ調整し、より垂直性・完成度の高い柱の形成を成功した。
結果と考察 / Results and Discussion
製作したメタサーフェスの柱を、高精細電子顕微鏡（Regulus 8230）により撮影した画像をFig. 2(2022年と2023年)に示す。今回は、高速シリコン深堀エッチング装置（MUC-21 ASE-Pegasus）のEtching[s]/Passivation[s]を主に調整し、 750nmのシリコン膜をエッチングした。今年度のメタサーフェスでは、より垂直性の高い柱の製作に成功した。これによってメタサーフェスの性能も向上させた。しかし、Fig. 2に示すように、より垂直に柱をエッチングしたため、削り残しが発生したことが課題であり、メタサーフェスの透過率の低下になった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Schematic of the proposed metasurface.
Fig. 2 SEM images of the fabricated metasurface in (a) 2022 and (b) 2023
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・共同研究者：国立研究開発法人 情報通信研究機構 原基揚様
・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.
- Ponrapee Prutphongs, Katsuma Aoki, Satoshi Ikezawa, Motoaki Hara, and Kentaro Iwami, “Multifunctional Metasurface for a Miniaturized Reflection-Type Atomic Vapor Cell”, The 22nd International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2023)，Kyoto, Japan, 28/Jun/2023
- Katsuma Aoki, Ponrapee Prutphongs, Satoshi Ikezawa, Motoaki Hara, and Kentaro Iwami, ”Performance Factor Evaluation of Multifunctional Metasurface for Chip Scale Atomic Clock (CSAC)”, Metamaterials 2023, Crete, Greece, 12/Sep/2023
- 伊藤 遼成，プットポン ポンラピー，青木 活真，池沢 聡，原 基揚，岩見 健太郎，「小型原子時計のための集積化メタサーフェスを用いた反射型光学セル」，Optics & Photonics Japan 2023(北海道大学)，2023年11月28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