【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
23UT1176
利用課題名 / Title
金属ナノシート電極の積層構造の作製
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）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale 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
ナノシート,センサ/ Sensor,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,ナノシート/ Nanosheet
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)
内田 建
所属名 / Affiliation
東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専攻
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
加藤太朗
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
水島彩子
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-704：高密度汎用スパッタリング装置
UT-600：汎用ICPエッチング装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
導電材料に高電流密度を印加することによって発生するジュール熱を用いて，金属ナノシートを昇温することを試みた．特に，金属ナノシートデバイスのチャネル部に熱を局在させるためには，電極部への熱散逸を抑制する必要がある．そこで，チャネル材料よりも低熱伝導率の金属材料を中間電極としてチャネル部とパッド電極の間に挿入することで，チャネル全体がジュール熱で昇温されるようなデバイス実現を試みた．本研究では，低消費エネルギーでのジュール熱による昇温を達成するため，東京大学マテリアル先端リサーチインフラ・データハブ拠点微細加工部門の超高速大面積電子線描画装置を用いてナノスケールのチャネルを作製した．
実験 / Experimental
Si/SiO2基板上に高密度汎用スパッタリング装置CFS-4ESを用いてTiN/Au: 2/16 nm製膜し，その膜上に電子線ネガレジスト (東京応化工業, OEBR-CAN038) を塗布した後に，超高速大面積電子線描画装置F7000S-VD02を用いてチャネル幅400nm, 長さ2μmのパターンを作製した (ドーズ量: 80μC/cm2)．その後，汎用ICPエッチング装置CE-300Iを用いてArエッチングを行い，所望のAuナノシートを作製した．中間電極材料にはPtを用い，CFS-4ESを用いて膜厚18nmをスパッタリングで堆積した．中間電極のパターニングについては，F7000S-VD02を用いてリフトオフプロセスで作製した．最後に，Cr/Au: 5/60 nmをパッド電極として作製した．
結果と考察 / Results and Discussion
Fig.1に光学顕微鏡像および電子顕微鏡像を示す．ナノスケールのAuナノシートとPt中間電極，およびAuパッド電極が適切に形成できていることが確認できる．また，このようなAuナノシートについて，1.7mWの電力を投入した結果，Auナノシート全体が200℃以上に昇温された．結果，Auよりも熱伝導率が低いPtを中間電極に採用することで，電極への熱散逸が抑制され，低消費エネルギーでチャネル全体が昇温可能なAuナノシートデバイスが実現された．
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Pt中間電極を持つAuナノシートデバイス
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.
- 加藤太朗，田中貴久，内田建，"熱配慮設計に基づいた低エネルギー硫化水素センサ" 第84回応用物理学会秋季学術講演 (熊本)，令和5年9月19日
- T. Kato, T. Tanaka, K. Uchida, "Thermal-aware design of metal nanosheet sensors for low-energy, highly sensitive hydrogen sulfide nanoscale sensors", 2023 SSDM, Nagoya, Sep. 6, 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