【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.16】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24MS3003
利用課題名 / Title
フォトニック結晶ナノ構造を用いた量子情報デバイスの開発
利用した実施機関 / Support Institute
自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS
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）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication
【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
ナノ構造,ダイヤモンド,量子コンピューター/ Quantum computer,スピン制御/ Spin control,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)
八井 崇
所属名 / Affiliation
豊橋技術科学大学大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes
髙田晃佑
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters in the Hub and Spoke Institutes
近藤聖彦
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)
ダイヤモンド中の窒素－空孔（NV）中心を活用した量子情報処理や量子センシング用途での量子デバイスに対 して、ダイヤモンドナノ構造の作製を通じて高度な光機能を付与することを目的とした。実施内容として、支援機 関における電子線リソグラフィ設備を利用し、フォトニック結晶共振器構造等の微細パターンを描画した。
実験 / Experimental
ダイヤモンドに対してドライエッチング加工を施すためのマスク構造を作製するため、マスク材料として窒化シ リコンを選定し、同材料が酸化膜上に形成されたシリコン基板を用意した。同基板をレジスト成膜済み状態で支援 機関へ持ち込み、電子線描画装置（ELS-G100）による描画を実施した。描画済みの基板を持ち帰り、現像とドラ イエッチングを経て窒化シリコン層に描画パターンを転写し、その後下地の酸化膜を除去することでマスク構造部 分を中空化した。同構造をピックアップすることでダイヤモンド基板上へと集積し、ドライエッチングを実施した。
結果と考察 / Results and Discussion
今回検討したフォトニック結晶は一次元構造で、直径100 nm程度の微小穴を倍間隔程度で導波路内に配列した ものである。数回のテスト描画を経て、所望のマスク構造形成に至った。ELS-G100については100 kVの加速電 圧を有しているため、窒化シリコン層における電子の後方散乱が抑制されたためと考えられる。ドライエッチング 後のダイヤモンド構造については、斜め入射プラズマにより中空化された導波路構造と、同構造に対する微小穴の 貫通が確認された。今後はダイヤモンドエッチングプロセスの再現性を高め、所望の光機能実現に向けて進める。
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.
- 板垣 拓杜, 勝見 亮太, 髙⽥ 晃佑, 八井 崇, “1 次元フォトニック結晶ナノビーム共振器型ダイヤモンド量⼦セン サの開発”第85回応物物理学会秋季学術講演会, 令和6年9月17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