【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.13】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24IT0032

利用課題名 / Title

複合ペロブスカイト薄膜のプラズモン共振器アレイによる発光増強

利用した実施機関 / Support Institute

東京科学大学 / Science Tokyo

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）-

キーワード / Keywords

電子線リソグラフィ/ EB lithography,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)

斉藤 光

所属名 / Affiliation

九州大学 先導物質化学研究所

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

梅本髙明

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

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

IT-038：電子ビーム露光装置
IT-006：走査型電子顕微鏡

報告書データ / Report

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

光共振器による材料からの発光増強の定量化は、重要な基礎的課題である。カソードルミネッセンス (CL) 分光法は、光の回折限界をはるかに超えるナノメートルの空間分解能で材料の発光特性を分析できる可能性がある。しかし、励起波長の選択性がないため、CL ではエミッター共振器統合システムにおける複数の発光プロセスを区別して評価することが難しかった。特に、光共振器がエミッターの発光だけでなく励起も増強できる場合、励起方法に依存しない発光増強の定量化はさらに複雑になる。本研究では、CL の励起効率に敏感な Hanbury Brown-Twiss (HBT) 干渉法を応用することで、この問題を解決できるか検討した。

実験 / Experimental

CsPbBr₃/Cs₄PbBr₆ 複合体は、高い フォトルミネセンス 量子収率と合成の容易さから注目を集めているペロブスカイト材料の 1 つであり、白色発光ダイオードやエレクトロルミネッセンスへの応用が検討されている。我々は CsPbBr₃/Cs₄PbBr₆ 複合体粉末を合成し、熱蒸着によってプラズモン共振器アレイ上に厚さ50 nm堆積し、後述する CL 実験に使用した。プラズモン共振器アレイとして、Alナノディスクの配列を採用し、電子線リソグラフィーと熱蒸着によってSiO₂（5nm）/Si₃N₄（20nm）膜基板上に作製された。Alナノディスクは周期350 nmの正方格子状に配置された。Alナノディスクの直径と高さは、それぞれ160nmと30nmとした。電子線リソグラフィーは、電子ビーム露光装置を用いて実施した。走査型電子顕微鏡等による観察により露光条件を最適化した。

結果と考察 / Results and Discussion

共振器アレイのない CsPbBr₃/Cs₄PbBr₆膜から得られた CL スペクトルを取得すると、CsPbBr₃ ナノ粒子由来の波長520 nmの発光ピークが観察された[1]。 また、CsPbBr₃/Cs₄PbBr₆膜を共振器アレイと組み合わせることで、波長520 nmの発光ピーク強度が1.8 倍に増加することがわかった。しかしながら、この緑色発光のピークは無視できない背景強度上にあり、この背景強度には発光増強に寄与したプラズモンモードの直接励起が含まれていることが予期されるため、別の分析手法の適用が必要となる。CL の励起効率に敏感な Hanbury Brown-Twiss (HBT) 干渉法が切り分け手法として期待され、その効果を検討するのに良い試料が準備できたといえる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

プラズモン共振器とペロブスカイト薄膜を統合した構造

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

[1] Kubota, T.; Yanagimoto, S.; Saito, H.; Akiba, K.; Ishii, A.; Sannomiya, T. Cathodoluminescence Spectral and Lifetime Mapping of Cs4PbBr6: Fast Lifetime and Its Scintillator Application. Appl. Phys. Express 2024, 17, 015005.

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.

1. Tomoyasu Fujimaru, Hiromu Tanaka, Masato Inamata, Midori Ikeuchi, Hidehiro Yamashita, Hiroya Miyazaki, Takashi Gondo, Satoshi Hata, Mitsuhiro Murayama and Hikaru Saito, "Light Emission Enhancement on Nanostructured Surfaces Quantitatively Evaluated by Cathodoluminescence Coincidence Counting", ACS Photonics, inpress

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