【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.07】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UE0025
利用課題名 / Title
MEMSセンサの研究
利用した実施機関 / Support Institute
電気通信大学 / UEC
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）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）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
キーワード / Keywords
電子顕微鏡/ Electronic microscope,電子分光/ Electron spectroscopy,電子顕微鏡/ Electronic microscope,電子分光/ Electron spectroscopy,資源代替技術/ Resource alternative technology,MEMS/NEMSデバイス/ MEMS/NEMS device,センサ/ Sensor,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,光デバイス/ Optical 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)
菅 哲朗
所属名 / Affiliation
電気通信大学 大学院情報理工学研究科
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
北田 昇雄,三崎 亜衣
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,機器利用/Equipment Utilization
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UE-022：ショットキー走査型電子顕微鏡
UE-007：Ｘ線光電子分光装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
表面プラズモン共鳴（SPR）を用いた化学量センサは、有望なラベルフリー測定方法として盛んに研究されている。金属表面に単色光が入射すると、特定の条件を満たすと金属/誘電体界面において光と金属中の自由電子との間で共鳴が起こる。これがSPRである。SPRの発生条件は、金属に接する誘電体の屈折率に依存するため、SPRの条件の変化を読み取ることで物質の特定を行うことができる。従来、この読み取りには光学的な反射測定が用いられていたが、SPRが生じる金属（Au）をn-Si上に形成することで、Au/n-Si界面に生じるSchottky接合の障壁を利用し、SPRを電流検出することでSPRセンサの小型化の可能性を提示した（Fig. 1）。しかし、このセンサの性能検証を進めるうえで、センサ性能が経時的に低下する現象に遭遇した。センサの安定性向上は重要なので、本研究ではこの原因の追究と対策方法の策定、その評価に取り組んだ。この過程で、デバイス表面の形状および元素分析の実施が必要であった。
実験 / Experimental
SPRセンサは簡易にSchottky障壁を形成するためにAuをn-Si上にダイレクトに成膜していたが、Au/Si界面において常温でSi原子がAu中に拡散することは知られている。この拡散が界面の電気的特性およびAuの誘電率変化を引き起し、センサの性能低下をもたらしていると推察した。そこで、拡散係数が低い金属材料をAu/n-Si界面に挿入し、センサの経時的性能変化を検証した。このとき、SPR発生時の界面における光吸収による熱が拡散を促進している可能性を考慮し、高融点と低拡散係数が両立する密着層金属であるMoを用いた。まず、Mo密着層によるSi原子のAu膜への拡散の抑制を確認するため、Mo密着層のあり、なしで二つのデバイスを製作し、30日間大気中に放置した後、Au膜表面の元素分析を行った。Mo密着層のないデバイスでは、Au表面にSiの存在が確認されたが、Mo密着層のあるデバイスでは、Au表面にSiは認められなかった。これにより、Mo密着層によるSi原子のAu膜への拡散抑制が確認できた。
結果と考察 / Results and Discussion
Mo密着層によりAu/n-Si界面の拡散を防ぎ、同時にSPRセンサの時間経過による性能低下を抑制できることを実証した。電流検出型SPRセンサは、従来SPRセンサに必要であった光学系を大幅に簡易化可能とする技術なので、本研究の薄膜構成最適化を進めることにより、小型で実用性の高いラベルフリーセンサの実現につながる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 SPRセンサデバイスチップ
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)
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Eslam Abubakr, High-selectivity NIR amorphous silicon-based plasmonic photodetector at room temperature, Sensors and Actuators A: Physical, 379, 115925(2024).
DOI: 10.1016/j.sna.2024.115925
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：1件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件