【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.07】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NM0221

利用課題名 / Title

プラズモニック材料を用いた光電子デバイスの開発

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

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）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）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（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

プラズモニクス,太陽電池/ Solar cell,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation

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)

内野 俊

所属名 / Affiliation

東北工業大学　工学部電気電子工学科

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

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

藤井美智子

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

NM-665：電子銃型蒸着装置 [ADS-E810]

報告書データ / Report

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

本研究の目的は、銀やグラフェンを含むプラズモニック材料で作製したメタサーフェスと電子デバイスを集積化することにより新しい光電子デバイスを開発することである。我々は、先にNIMS微細加⼯プラットフォームを利⽤して高温でマイカ基板上に銀単結晶薄膜を成長することに成功し、この銀単結晶薄膜を用いてメタサーフェスを作製すると光学特性が向上することを見出した。今年度は、グラフェンを用いてトンネルダイオードを作製し、メタサーフェスと集積化することにより高効率太陽光発電が期待できる光レクテナを作製する。

実験 / Experimental

電子銃型蒸着装置（ADS-E86）を⽤いて、光レクテナの電極用の金属膜を形成した。プロセスの詳細は以下の通りである。1. 膜構成：Ti(0.5 nm)/Pd(20 nm)/Au(70 nm) 、2．下地：グラフェン（S1813のパターン内）、 3. 試料：大きさ；1.5x1.5 cm、個数；５個 。

結果と考察 / Results and Discussion

従来、東北大学通研にあるEB蒸着装置を用いていたが、故障したため利用できなくなり、NIMSの電子銃型蒸着装置 [ADS-E810]を用いてグラフェン上にTi/Pd/Au電極膜を成膜した。その後、試料を自機関へ持ち帰り、リフトオフにより電極を形成した。その結果、良好な配線が得られたことを確認した。さらに、自機関にてコンタクト用のドライエッチを行い、光レクテナデバイスを完成させた。先行研究では、トンネル絶縁膜をグラフェン層で挟んだ縦型トンネルダイオードを作製し、その電気特性および光応答特性を評価した。その結果、トンネル絶縁膜の耐圧不足により立ち上がり電圧が低下し、レイアウト設計の不備によってオン電流も小さいことが判明した。これを改善するため、レイアウトを修正し、電子線描画装置でナノアンテナを作製した。また、作製プロセスを見直し、グラフェン上にALDを用いてAl₂O₃/SiO₂積層トンネル絶縁膜を形成した。その結果、非対称なI–V特性を示すダイオードの作製に成功したが、光レクテナの作製までには至らなかった。今回作製した光レクテナは、これまでに明らかになった課題を解決したものであり、トンネル絶縁膜としてNIMSの原子層堆積装置 [AD-230LP]を用いて成膜したAl₂O₃/SiO₂積層膜を用いている。今後 は、レクテナの電気特性および可視光からテラヘルツ領域までの光応答特性を評価する予定である。

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)

特になし

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