利用報告書 / User's Reports


【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.04.23】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23NU0209

利用課題名 / Title

ナノオーダーの周期構造を用いた光学素子作製に関する研究

利用した実施機関 / Support Institute

名古屋大学 / Nagoya 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）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

ナノ周期構造, 表面プラズモン, メタ表面,走査プローブ顕微鏡/ Scanning probe microscope,電子線リソグラフィ/ EB lithography


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)

元垣内 敦司

所属名 / Affiliation

三重大学大学院工学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

赤塚かれん,江川夏基,鵜飼啓太,福士瑠音

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

加藤剛志,大島大輝,大住克史

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution


利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NU-206：電子線露光装置
NU-204：原子間力顕微鏡


報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

ナノオーダーの微細な周期構造を用いた光学素子を作製することを目的とし、電子線露光装置を用いて、１次元ライン＆スペースパターン、2次元円形ナノホールアレイ構造、２次元矩形アレイ構造、２次元S字型アレイ構造を有する150µm角レジストパターンを作製した。原子間力顕微鏡や走査型電子顕微鏡で作製したパターンの形状観察を行い、1.5～3mm角の光学素子作製用のドーズ条件を決めた後、光学素子作製用パターンを作製した。作製したレジストパターンを用いて、金属薄膜を蒸着し、表面プラズモンセンサー、近紫外光完全吸収体、円偏光変換メタ表面、キラルイメージング用キラルメタ表面の作製を行う。

実験 / Experimental

電子線露光装置を用い、加速電圧100kV、ビーム電流200pA、ドーズ量100～240µC/cm2の範囲で変化させて150µm角の１次元ライン＆スペースパターン、2次元円形ナノホールアレイ構造、２次元矩形アレイ構造、２次元S字型アレイ構造のレジストパターンを描画し、原子間力顕微鏡と走査型電子顕微鏡でレジストパターンの形態観察を行い、目的のパターンが作製できているかを確認し、1.5～３mm角の光学測定用試料を作製するためのドーズ条件を決め、その条件で光学測定用試料のレジストパターンを作製した。

結果と考察 / Results and Discussion

最初に１次元ライン＆スペースパターン、2次元円形ナノホールアレイ構造、２次元矩形アレイ構造、２次元S字型アレイ構造の各パターンを用いたデバイス構造の設計を厳密波結合解析（RCWA）法により行い、レジスト厚さ100nm、加速電圧100kV、電子線照射条件を200μC/cm2を基準に単位面積当たりのドーズ量を何種類か変えた150µm角パターンをのレジストパターンを作製し、走査型電子顕微鏡と原子間力顕微鏡を用いた表面形態の観察により、最も設計値に近い形状が得られる電子線照射条件を決め、この条件で1.5～３mm角の光学測定用試料作製用のレジストパターンを作製した。Fig.1に電子線露光装置で作製した２次元S字型アレイ構造のレジストパターンのうち、ドーズ量を120µC/cm2で作成した試料の走査型電子顕微鏡像（表面像、Fig.1(a), (b)）と原子間力顕微鏡像（Fig.1(c)を示す。これらの結果から、周期550nm、750nm、S字の線幅185nmと120nm、深さ140nmのレジストパターンを作製することができ、ほぼ設計通りのレジストパターンが作製できたものと考えられる。ドーズ量を120µm/cm2で作製した光学測定用試料のレジストパターンは三重大学において、Alの真空蒸着とリフトオフを行い、光学測定用試料を作製してキラルメタ表面を完成させ、キラルメタ表面の光学特性を評価する予定である。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations


Fig.1 作製した２次元S字型アレイ構造のレジストパターン（Fig.1(a)(b) 表面の走査型電子顕微鏡像、Fig.1(c) 表面の原子間力顕微鏡像）


その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究の実施にあたり、シミュレーションや日ごろからのディスカッションでご協力いただきました三重大学 名誉教授 平松和政氏に感謝いたします。本研究は科学研究費助成事業基盤研究（C）（23K04611）、（公財）立松財団特別研究助成、（公財）スズキ財団研究助成によるものである。


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)
  1. Karen Akatsuka, TM- and TE-polarization-selective narrowband perfect absorber for near-ultraviolet light using Fano resonance in an aluminum nanohole array structure, Applied Physics B, 130, (2024).
    DOI: https://doi.org/10.1007/s00340-024-08198-w
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. 赤塚かれん、平松和政、元垣内敦司、”Alナノホールアレイ構造における表面プラズモン共鳴を用いた近紫外光波長選択吸収体の作製”、第84回応用物理学会秋季学術講演会、講演予稿集、23a-A309-2（2023）
  2. Karen Akatsuka, Kazumasa Hiramatsu and Atsushi Motoagito, “Fabrication and Evaluation of Narrow-Band Near-UV Light Absorber Using Fano Resonance in Al Nanohole Array Structure”,Technical Digest on International Symposium on Imaging, Sensing and Optical Memory (ISOM'23), pp.185-186 (2023).
  3. 赤塚かれん、平松和政、元垣内敦司、”Alナノホールアレイ構造を用いた近紫外域における プラズモニック光吸収体”、日本光学会年次学術講演会、講演予稿集、29pE1（2023）
  4. 江川夏基、平松和政、元垣内敦司、”反射型プラズモニックメタ表面における交差偏光の発生”、日本光学会年次学術講演会、講演予稿集、29pE2（2023）
  5. 鵜飼啓太、平松和政、元垣内敦司、”サファイア基板上 Au 一層型回折格子におけるファノ反共鳴を用いた表面プラズモンセンサー”、第71回応用物理学会春季学術講演会、講演予稿集、23a-11F-2（2024）
  6. 福士瑠音、平松和政、元垣内敦司、”Alプラズモニックキラルメタ表面を用いた可視光広帯域円二色性”、第71回応用物理学会春季学術講演会、講演予稿集、24a-P06-11（2024）
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

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