【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
24NU0209
利用課題名 / Title
ナノオーダーの周期構造を用いた光学素子作製に関する研究
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
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）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（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
フォトニクス・プラズモニクス, 光学材料・素子, 電子線描画（EB）,光デバイス/ Optical Device,電子線リソグラフィ/ EB lithography,センサ/ Sensor,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics 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)
元垣内 敦司
所属名 / Affiliation
三重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
鵜飼啓太,福士瑠音,永吉寛伎,成田圭汰,伊藤虎太郎,名渕大洋
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
加藤剛志,大島大輝,本田杏奈,大住克史
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)
ナノオーダーの微細な周期構造を用いた光学素子を作製することを目的とし、電子線露光装置を用いて、１次元ライン＆スペースパターン、2次元円形ナノホールアレイ構造、２次元矩形アレイ構造、２次元S字型アレイ構造を有するパターン形状確認用150μm角レジストパターンを作製した。原子間力顕微鏡や走査型電子顕微鏡で作製したパターンの形状観察を行い、2mm角の光学素子作製用のドーズ条件を決めた後、光学素子作製用パターンを作製した。作製したレジストパターンを用いて、金属薄膜を蒸着し、表面プラズモンセンサー、近紫外光完全吸収体、円偏光変換メタ表面、キラルイメージング用キラルメタ表面の作製を行う。
実験 / Experimental
電子線露光装置を用い、加速電圧100kV、ビーム電流200pA、ドーズ量100～240μC/cm2の範囲で変化させて150μm角の１次元ライン＆スペースパターン、2次元円形ナノホールアレイ構造、２次元矩形アレイ構造、２次元S字型アレイ構造のレジストパターンを描画し、原子間力顕微鏡と走査型電子顕微鏡でレジストパターンの形態観察を行い、目的のパターンが作製できているかを確認し、２mm角の光学測定用試料を作製するためのドーズ条件を決め、その条件で光学測定用試料のレジストパターンを作製した。
結果と考察 / Results and Discussion
最初に１次元ライン＆スペースパターン、2次元円形ナノホールアレイ構造、２次元矩形アレイ構造、２次元S字型アレイ構造の各パターンを用いたデバイス構造の設計を厳密波結合解析（RCWA）法により行い、レジスト厚さ100nm、加速電圧100kV、電子線照射条件を200μC/cm2を基準に単位面積当たりのドーズ量を何種類か変えた150μm角パターンをのレジストパターンを作製し、走査型電子顕微鏡と原子間力顕微鏡を用いた表面形態の観察により、最も設計値に近い形状が得られる電子線照射条件を決め、この条件で2mm角の光学測定用試料作製用のレジストパターンを作製した。Fig.1に電子線露光装置で作製した2次元円形ナノホールアレイ構造のレジストパターンのうち、ドーズ量を120μC/cm2で作成した試料の走査型電子顕微鏡像（表面像、Fig.1(a)）と原子間力顕微鏡像（Fig.1(b)）を示す。真円を八角形で近似して描画を行ったものの、直径140nm、周期250nm、深さ80nmの円形レジストパターンを作製することができ、ほぼ設計通りのレジストパターンが作製できたものと考えられる。ドーズ量を120μm/cm2で作製した光学測定用試料のレジストパターンは三重大学において、Alの真空蒸着を行い、Alナノホールアレイ構造を完成させ、波長340nmの紫外光における偏光方向選択完全吸収体の光学特性を評価する予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1 作製した2次元円形ナノホールアレイ構造のレジストパターン (a) 表面SEM像、(b)AFM像
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本研究の実施にあたり、シミュレーションや日ごろからのディスカッションでご協力いただきました三重大学 名誉教授 平松和政氏に感謝いたします。本研究は科学研究費助成事業 基盤研究（C）（23K04611）によるものである。
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.
- 福士瑠音、平松和政、元垣内敦司、”可視光広帯域での高い円二色性を示すAlプラズモニックキラルメタ表面”、日本光学会年次学術講演会（OPJ2024）(東京都調布市）, 令和6年12月1日
- 成田圭汰、平松和政、元垣内敦司、”Alナノホールアレイ構造による波長340nm における偏光方向選択完全吸収体の作製”、第72回応用物理学会春季学術講演会（千葉県野田市）, 令和7年3月14日
- 永吉寛伎、平松和政、元垣内敦司、”Alプラズモニックメタ表面による可視光広帯域での交差偏光”、第72回応用物理学会春季学術講演会（千葉県野田市）, 令和7年3月15日
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