【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.08】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NU0206
利用課題名 / Title
高純度同位体シリコンエピ基板の構造評価および量子デバイス実装
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋大学 / Nagoya 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）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）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
膜厚・粒度測定/ Film thickness and particle size measurement,段差計/ Step meter,量子コンピューター/ Quantum computer,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,リソグラフィ/ Lithography,太陽電池/ Solar cell,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,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)
宮本 聡
所属名 / Affiliation
名古屋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
黒川 康良
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
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
シリコン同位体基板上に再現性良く量子デバイスを実装するためには、安定した歩留まりでゲート電極となる金属材料を蒸着する必要がある。今年度は新規導入した抵抗加熱装置による蒸着膜の成膜レートを算出することを目的とし、装置内部に備えてある水晶振動子から得られる膜厚と金属パターンの段差として得られる実膜厚の間で相関関係の評価を行った。また、太陽電池の長波長感度を高める光閉じ込め構造の開発を目的として、ナノインプリント法を利用してサブミクロンサイズの構造を作製した。従来のフォトリソグラフィでは光の回折限界を超える微細構造の作製が困難である一方、電子線リソグラフィは高解像度が故に大面積が必要とする太陽電池の作製には適さない。ここでは塗布したシリカ微粒子をマスクに作製した微細構造をナノインプリントのモールドとする独自の手法の構築を行った。
実験 / Experimental
当グループの所有するマスクレス露光装置を用いてSi基板上に特定のレジストパターンを加工・作製した後、ゲート電極として用いるAl金属を抵抗加熱装置で真空蒸着を行った。レジストのリフトオフ後に得られたAl金属パターンの段差からAl蒸着膜厚の較正を行った。また、シリコン基板上に粒径D=500-1500 nmのシリカ微粒子をスピンコートし、シリカ濃度・堆積時間・回転数を変えながら塗布した基板に対してCF4+O2ガスで反応性イオンエッチングを施すことでマスターモールドを得た。熱ナノインプリントによりソフトモールドに転写した後、UV硬化樹脂を塗布したITO付シリコン基板へUVナノインプリント法でさらに転写して光閉じ込め構造を作製した。
結果と考察 / Results and Discussion
水晶振動子から推定される膜厚と段差計から実測した膜厚の間で相関があることが分かり、Al蒸着膜厚およびレートとしては±10%の精度で較正された。また、2段階のモールドを介して転写してもシリカ粒子径と同程度のサイズの光閉じ込め構造が作製可能であり、またエッチング時間を変えることで構造高さ、およびそのアスペクト比を制御性良く変化させられることが分かった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
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.
- "Non-Equilibrium Charge Dynamics and Noise in Gate-Controlled Si-MOS Device", S. Miyamoto, K. Sato, K. Masuda, N. Usami, 6th International Conference Spin-Based Quantum Information Processing (SpinQubit6), November 7, 2024, Sydney, Australia
- "Enhancement of Near-infrared Light Absorption by Nanoimprinted Light Trapping Structure Implemented into Si Heterojunction Solar Cells", Y. Kurokawa, Y. Iseki, K. Gotoh, S. Miyamoto, R. Ozaki, K. Nakamura, Y. Ohshita, N. Usami, 52nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, June 11, 2024, Seattle, Washington, USA
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