【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.10】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24TU0044

利用課題名 / Title

レクテナを用いた赤外光エネルギー利用

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学 / Tohoku 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）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）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion

キーワード / Keywords

電子線リソグラフィ/ EB lithography,CVD,リソグラフィ/ Lithography,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,環境発電/ Energy Harvesting,エレクトロデバイス/ Electronic device,メタマテリアル/ Metamaterial

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)

清水 信

所属名 / Affiliation

東北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

Liu Zhen,岡祐司,永宮匠,山本拓真,小松尊,安原ちとせ,高井悠正,矢野智士

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

鶴谷敏則,菊田利行,庄子征希,渡邉拓

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術相談/Technical Consultation

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

TU-064：エリオニクス 130kV EB描画装置
TU-058：マスクレスアライナ
TU-057：レーザ描画装置
TU-152：熱CVD
TU-063：i線ステッパ

報告書データ / Report

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

　本研究開発では、赤外熱ふく射光の光電変換によるエネルギーハーベスティング技術の開発を目指す。今年度は、高効率化のための狭帯域熱放射が可能なデバイスの作成を行った。具体的には、微細共振器とダイオードを組み込んだデバイスを作製し、赤外光で発電するデバイスの作製に成功した。
　これまで研究されてきたデバイス構造はマイクロ波用のレクテナ構造の延長にあり、基板面内方向にアンテナの電場振幅が生じ、その電場集中部にMIMトンネルダイオード構造を形成し、整流を行うものであった。しかしながら数nmのトンネル層を面内方向に安定して形成するのは現状の微細加工技術では困難であり、システム化における大きな課題であった。本研究では空洞共振器構造を用いたデバイスの開発を行っている。

実験 / Experimental

　デバイスの作製においてはマスクレスリソグラフィやステッパ、EBリソグラフィによるレジストパターニングを行い、イオンミリングにより金属への微細加工を主に行った(図1)。

結果と考察 / Results and Discussion

　これまでにキャビティ型の空洞共振器構造の作製を行い、赤外光で応答するデバイスを実現することができた。これまでに可視光域の光波発電を報告しているカーボンナノチューブを用いた構造と比べて100倍～1000倍高い値を実現することができている。一方、開放電圧値が想定より低いため、リデポジッションの影響がないプロセスや共振器形状の検討が必要である。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 本研究において作製した微細構造。EBリソグラフィとイオンミリングによって作製。

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