【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.26】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1089
利用課題名 / Title
プラズモニック光電子放出のための金属ナノ構造の作製
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）計測・分析/Advanced Characterization
【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）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
キーワード / Keywords
プラズモニック、金属ナノアンテナ、光電子,光デバイス/ Optical Device,光学顕微鏡/ Optical microscope,電子線リソグラフィ/ EB lithography,リソグラフィ/ Lithography,スパッタリング/ Sputtering,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
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)
芦原 聡
所属名 / Affiliation
東京大学生産技術研究所基礎系部門
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
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-500：高速大面積電子線描画装置
UT-711：LL式高密度汎用スパッタリング装置 (2018)
UT-850：形状・膜厚・電気特性評価装置群
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、プラズモニック光電子放出のためのアンテナ構造の作製を目的とし、使用するレーザー波長に最適化された共鳴波長を有するナノスケールの金属ナノアンテナの製造を行った。対象とする波長領域として、可視光(～800 nm)および中赤外領域(～2.3 μm)の両方に対応した構造を作製した。また、電子線描画装置を用いて作製したプラズモニック構造近傍において共鳴波長での電場増強が起きていることを確認するため、水の共鳴波長に対応した構造を作製し反射率測定を行った。その結果、共鳴波長において水の振動モードの増強が観測され、作製構造による電場の増強が確認された。
実験 / Experimental
本研究では、Babinet補償型構造が外場に対して示す増強近接場の応答の差異が結果に与える影響の定量評価が目的に含まれる。このため、CaF2基板上に金（Au）アンテナ構造を周期的に配列した構造、および同じくCaF2基板上に製膜したAu薄膜にスリット構造を周期的に配列した構造の作製を行った。試作作製においては、ポジレジスト(ZEP-520A)および化学増幅型(FEP)の二種類の電子線レジストを用いてパターン形成条件の最適化を行い、電磁界シミュレーションによって設計した構造を再現するプロセスを探索した。アンテナ構造は基板上にスピンコートしたレジストを電子線リソグラフィ（EBL）によるパターン形成後スパッタでAuを製膜してリフトオフする形で作製した。
スリット構造は基板上にAuを製膜したのちにレジストを製膜、電子線リソグラフィ（EBL）によるパターン形成を行ったのちArエッチングで加工する手法をとった(図1)。
結果と考察 / Results and Discussion
作製したアンテナ構造において、設計通りのナノスケール構造が形成されていることをSEM観察により確認した。また、構造上に水を滴下して反射率スペクトルを測定した結果、共鳴波長において振動信号の増強が観測され、設計した共鳴特性を持つアンテナ構造が作製できていることが確認できた。一方、スリット型構造の作製においてはおおむね設計値通りの寸法精度が得られたものの、いくつかの課題が明らかになった。具体的には、エッチング時に吹き飛ばされたAuがスリット壁面に付着して塚状の構造を形成してしまう点、表面に塗布したレジストがArエッチング中に変質し、金属表面からの除去が極めて困難であることが挙げられる。これらの問題により該当手法において理想的なスリット構造を作製することは困難であると判断し、現在は異なる手法での作製手法を探索している。具体的には、アンテナ構造と同様にAuを製膜する領域にEB照射をおこない、リフトオフによってスリット構造を形成する手法をとっている。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 電子線ソグラフィを用いて作製した周期構造。CaF2基板上に製膜したAu薄膜に直径300 nm, 周期500 nmの円形ホール構造を加工した。
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