【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
23UT1096
利用課題名 / Title
プラズモニック光電子放出のための金属ナノ構造の作製
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
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）-
【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
フォトニクス・プラズモニクス/ Photonics and Plasmonic,電子線描画（EB）/ Electron beam lithography,スッパタリング（スパッタ）/ Sputtering,プラズマエッチング/ Plasma etching,スパッタリング/ Sputtering,電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,フォトニクス/ Photonics
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)
芦原 聡
所属名 / Affiliation
東京大学生産技術研究所基礎系部門
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
伊知地直樹,森近一貴
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-500：高速大面積電子線描画装置
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-711：LL式高密度汎用スパッタリング装置(2019)
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、光電子放出によって放出された電子と分子の相互作用の時間分解観察を目的とし、水溶液中に高効率に光電子を放出するためのエミッターの作製を行った。光電子放出の実現には強い電場強度が要求されるため、微細金属構造に超短パルスレーザーを照射することで金属表面に生じる自由電子の集団的振動運動、表面プラズモンを用いた電場の増強を利用する。本研究では、レーザーパルスの照射をトリガーとした高強度電場の実現のため、1. 導波路構造で励起した表面プラズモン波を一点に収束させる構造、2. 金属ナノ構造の周期配列による格子共鳴の二つの手法を検討し、水中に放出された電子の電流読み出しを試みた。
実験 / Experimental
東京大学武田先端知クリーンルームにおいて、フッ化カルシウム基板上に蒸着したAu薄膜上にレジスト(ZEP520A)をスピンコートし、電子線描画(Electron Beam lithography)によるパターニングを行った。その後、同クリーンルームにおいてArイオンエッチングを行うことでAu導波路構造及びＡｕスリットの周期配列構造を作製した。加えて、作製した導波路構造上に生産研究所駒場分析コアのFocused Ion Beamを用いて微細加工を施すことで、導波路とSPP励起部を組み合わせた構造を作製した。
結果と考察 / Results and Discussion
Fig.1とFig.2に本研究で作製した導波路構造及び周期配列構造のSEM像を示す。作製された構造は設計値を反映しており、EB lithographyとFIB加工を組み合わせることでplasmon励起部と導波路構造を同一平面内に内包する微細構造の作製が可能であることが確認できた。また、作製した構造に対して超短パルスレーザーを照射することでレーザー強度に依存した電子放出が生じることが電流検出によって確認することができた。今後、様々な波長での放出電子の電流読み出し及び放出された電子と分子の相互作用の観測を行うことにより、電子移動を伴う化学反応のメカニズムの解明が期待される。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1: Waveguide structure equipped with a light-SPP coupler.
Fig. 2: Lattice slit structure.
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