【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM5077
利用課題名 / Title
ナノ薄膜の電子線描画パターニングによるプラズモンナノ共振器の作製
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
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）計測・分析/Advanced Characterization
【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）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
電子線リソグラフィ/ EB lithography,ワイヤーボンディング/ Wire Bonding,電子顕微鏡/ Electronic microscope,フォトニクス/ Photonics,量子効果/ Quantum effect,センサ/ Sensor,光デバイス/ Optical Device,量子効果デバイス/ Quantum effect 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)
宮崎 英樹
所属名 / Affiliation
物質・材料研究機構
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
笠谷 岳士
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
津谷 大樹,渡辺 英一郎,大里 啓孝,吉田 美沙,簑原 郁乃,大谷 まさみ,河野 久雄
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-601：電子ビーム描画装置 [ELS-F125]
NM-610：電子銃型蒸着装置 [RDEB-1206K]
NM-605：水蒸気プラズマ洗浄装置 [AQ-500 #1]
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
我々はこれまでに、プラズモンナノ共振器アレイの基本構造として、基板に垂直な方向に深さ1/4波長の金属/誘電体/金属構造を埋め込んだトレンチ型共振器を採用してきた。しかしこの手法では、高いアスペクト比を持つ微細構造を実現する必要があったため、使用するプロセスに制約が多いことが問題となっていた。そこで本研究では、これまでのトレンチ型共振器と等価な共鳴特性を持つ構造を、2次元的なパターニングのみを用いて実現するための平面型共振器構造の設計・作製手法を確立することを目指す。具体的には基板に平行に金属/誘電体/金属薄膜を積層し、上層の金属層をストライプや矩形に加工することで共鳴波長や吸収率、偏光特性などを制御する。
実験 / Experimental
125kV電子ビーム描画装置を用いたナノ/マイクロ構造の描画、12連電子銃型蒸着装置などを用いたナノ薄膜の形成、リフトオフによるパターニングを行った。また、水蒸気プラズマ洗浄装置を用いた表面洗浄を行った。さらに、作製したデバイスをワイヤーボンダーを用いてパッケージに実装した。
結果と考察 / Results and Discussion
これまで最適化してきた125kV電子ビーム描画装置ELS-F125の加工条件に基づき、リフトオフ加工にて、量子井戸と平面型プラズモン共振器アレイを組み合わせたアンテナ増強量子ラチェット赤外検出器を作製した（Fig.1）。作製したデバイスをワイヤボンダーによりパッケージに実装し、特性を評価したところ、高抵抗で低ノイズな世界最高レベルの比検出能が実現できていることを確認した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1 作製した量子井戸と平面型プラズモン共振器アレイを組み合わせたアンテナ増強量子ラチェット赤外検出器
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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Hideki T. Miyazaki, Antenna-enhanced high-resistance photovoltaic infrared detectors based on quantum ratchet architecture, Applied Physics Letters, 124, (2024).
DOI: https://doi.org/10.1063/5.0208399
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 宮崎英樹, 間野高明, 野田武司, 笠谷岳士, Y. B. Habibullah, 石田暢之, "光励起された電子を無バイアスで一方向に輸送する光起電力型検出器を開発", フォトニクスニュース, Vol. 10, No. 1, p. 1 (Jul. 2024).
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：2件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：1件