【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.03.25】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23UT1141
利用課題名 / Title
ナノフォトニクスデバイスの研究開発
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）-
【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）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
電子線リソグラフィ/ EB lithography,ダイシング/ Dicing,光導波路/ Optical waveguide,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,光デバイス/ Optical Device,フォトニクス/ Photonics,photonic crystal,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,ダイシング/ Dicing,フォトニクス/ Photonics,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,光デバイス/ Optical Device
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)
山下 大喜
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
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-900：ステルスダイサー
UT-500：高速大面積電子線描画装置
UT-704：高密度汎用スパッタリング装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
We use the Takeda cleanroom to fabricate planar one-dimensional photonic crystal nanocavities. The photonic nanostructures are then used for hybrid all-optical switching devices that combine silicon nanocavities and two-dimensional semiconductor materials.
実験 / Experimental
First, we spin-coat electron-beam resist onto a SOI chip. Then, we perform electron beam lithography to define the photonic nanostructure pattern onto the resist, followed by resist development. Next, we carry out inductively coupled plasma etching to transfer the pattern onto the SOI chip. After removing the remaining resist, we do wet etching with hydrofluoric acid to remove the silicon dioxide layer in the SOI chip in order to produce air suspended Si nanophotonic structures.
結果と考察 / Results and Discussion
We successfully fabricated the photonic crystal structures and demonstrate hybrid all-optical switching devices that combine silicon nanocavities and 2D semiconductor material. The 2D semiconductor material placed on top of the cavity is excited by an optical pump pulse, which induces a shift in the resonant wavelength of the cavity and thereby enabling the switching operation. We have successfully implemented high speed all-optical switching.
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Optical micrograph of a hybrid Si cavity-based switching device integrated with an 11-nm-thick MoTe2 flake. The scale bar is 20 μm.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
The main user, D. Yamashita is supported in part by JSPS (KAKENHI JP22K14624, JP22K14625, JP20H02558, JP23H00262).
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.
- D. Yamashita, N. Fang, S. Fujii, Y. K. Kato, “Hybrid silicon all-optical switching devices integrated with two-dimensional materials,” JSAP-Optica Joint Symposia, the 84th JSAP Autumn Meeting 2023, Kumamoto, Japan (September 19, 2023).
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