【公開日：2025.07.15】【最終更新日：2025.07.10】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23NM0016
利用課題名 / Title
メタ表面の開発
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
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）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials
キーワード / Keywords
メタマテリアル、メタ表面、レーザ冷却,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)
Le Hac Huong Thu
所属名 / Affiliation
産業技術総合研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters 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
NM-601：電子ビーム描画装置 [ELS-F125]
NM-635：電子ビーム描画装置 [ELS-BODEN100]
NM-645：ICP-RIE装置 [CE300I]
NM-609：電子銃型蒸着装置 [ADS-E86]
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、ナノ構造体からなるメタレンズと呼ばれる、超高開口数を持つかつ薄膜状のレンズの開発を目的とする。具体的には、スパッタリング法により、サファイヤ基板上にシリコン(Si)や酸化チタン(TiO2)の薄膜等を成膜した。その上に電子線描画法と反応性イオンエッチング法を用いることで波長程度のSiやTiO2のナノ構造を作製する。図1(a)はメタレンズに用いたナノフィン又は円柱の単位構造の概略図を示す。ナノフィン構造の配置角又は円柱構造の直径を変えることによって光の位相を精密に制御することができる。従って、これらの構造を適切に設計し平面上に配列すれば、自由空間における任意波面を形成することができる。特に、本研究では、円形φ10.0 mm-20.0 mm程度の大面積試料の作製及び高精度・高分解能の実現が求められるため、電子ビーム描画装置 [ELS-BODEN100]を用いて作製した。
実験 / Experimental
今年度では、サファイヤ基板上に作製されたアモルファスシリコン(a-Si)と単結晶シリコン(c-Si) 薄膜を用いて、加工プロセスの開発に取り組んだ。電子ビーム描画装置 [ELS-BODEN100]を用いて、Si薄膜の上に100 nm〜600 nm程度のナノロッド構造のパターンを描画した。現像した後、電子ビーム真空蒸着法で30 nm厚みのCr保護膜を成膜し、リフトオフでCrのナノ構造を得た。その後、ICP-RIE装置 [CE300I]を用いて、SF6/C4F8の混合ガス雰囲気で反応性イオンエッチングによって、Crパターン以外のところのシリコン薄膜を削り取った。最後にCr等の保護膜をウェットエッチングによって除却し、狙ったサイズのシリコンナノ構造体が得られた。
結果と考察 / Results and Discussion
図1(b)にはアモルファスシリコン(a-Si)薄膜を用いたて作製した円形φ10.0 mm試料の光学顕微鏡像を示している。図1(c-d)は試作したナノフィンと円柱構造の走査型電子顕微鏡像(SEM)である。描画時間が30時間程度であった。このように、電子ビーム描画装置の 高精度・高分解能によって設計通りの寸法が得られた。また、SF6/C4F8の混合ガス雰囲気でのエッチングは、所望の垂直な側壁が得られ、幅数十nmにおいてアスペクト比6~10が確保できるようになった。これにより、メタレンズを作製することに成功した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1(a) The schematic diagram of nanostructures using in metalens, (b)Microscopic image of fabricated metalens, SEM images of (c) nanofin structuresand (d) nano-cylinder structures
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