【公開日：2025.04.18】【最終更新日：2025.04.18】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23WS0431

利用課題名 / Title

表⾯フォノン波励起に向けた無機バイオマテリアルの表⾯制御

利用した実施機関 / Support Institute

早稲田大学 / Waseda 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）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代バイオマテリアル/Next-generation biomaterials（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

表面フォノン波, 水酸化アパタイト,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,バイオセンサ/ Biosensor,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,ALD,赤外・可視・紫外分光/ Infrared/visible/ultraviolet spectroscopy,エリプソメトリ/ Ellipsometry

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)

松井 裕章

所属名 / Affiliation

東京大学　大学院工学系研究科　バイオエンジニアリング専攻

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

Shuting Ma

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

星野 勝美,野﨑 義人

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

WS-004：原子層堆積装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

近年、表⾯フォノン波を⽤いた中⾚外域におけるフォトニックデバイスの開発が注視され、SiCやGaN系の化合物半導体材料を中⼼に研究が展開されてきた。特に、中⾚外帯域で出現する表⾯フォノン波は、従来の表プラズモン波を超える共鳴制御が可能であり、表⾯センシングデバイスとしての応⽤が期待されている。本研究では、⽣体親和性（バイオマテリアル）材料として知られている⽔酸化アパタイトに着⽬した。⽔酸化アパタイトは、リン酸⾻格の分⼦振動励起に関連した表⾯フォノン波励起が可能であり、バイオマテリアルと表⾯フォノンを融合した新しいセンシングデバイスに期待される。本課題では、薄い Al₂O₃薄膜を⽤いてセンシング感度の評価に向けて、Al₂O₃薄膜の原⼦層堆積（ALD）法を実施した。

実験 / Experimental

アモルファスAl₂O₃薄膜の作製は、⼀般的なALD法を⽤いて実施した。蒸着温度は200 ℃に設定し、500サイクルにて50 nmの Al₂O₃薄膜をSi基板表⾯上に成膜した。Si基板⽤いた理由は、⾚外エリプソ分光を⽤いて、製膜したAl₂O₃薄膜の複素誘電関数を抽出するためである。Si基板は、中⾚外域で分散関係を持たないため、製膜したAl₂O₃薄膜の光学特性の評価に有効的である。

結果と考察 / Results and Discussion

Si基板上にALD製膜されたAl₂O₃薄膜は、⾚外エリプソ分光を⽤いて⾚外域における複素誘電関数の評価を実施した。図1 は、作製したAl₂O₃薄膜の複素誘電率応答の結果である。波⻑12 μm近傍に幅広い光学分散が観測され、それはAl-Oのフォノン振動に起因する。しかし、アモルファス相（XRD測定から）のため分散に明らかなブロードニングが⾒られた。今後は、得られたAl₂O₃薄膜の複素誘電関数を⽤いて、3次元電磁界解析を実施し、センシング感度の評価を⾏う。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1. ALD法で作製されたAl₂O₃薄膜の赤外域における複素誘電関数

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