テラヘルツ波ナノ分光MEMSデバイス

太赫兹波纳米光谱MEMS器件

基本信息

批准号：
18656024
负责人：
小野崇人
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、テラヘルツ波を発生検出するデバイスをMEMS技術で作製し、ナノメートルの分解能をもつ顕微鏡に応用する。テラヘルツの発生と検出を半導体技術で小型、集積化することで、余計な光学系が不要で、自由度が高い計測システムが実現できる。熱型センサの最小検出能は、検出する輻射光の揺らぎによるショットノイズ、センサから恒温浴への熱伝導に起因する熱揺らぎ、センサ自身の熱機械ノイズなどによって制限され、原理的に理論的な限界が存在する。このため、高感度な熱型の輻射センサは液体窒素や液体ヘリウムで冷却して利用する。一方、熱量の変化を機械的なそりとして変化として検出するバイメタル式センサが知られている。しかし、この場合も同様に周囲の熱による熱機械ノイズが最小検出感度を制限する。そこで、本研究では、レーザー光を利用した光熱力を利用し、応答を増幅して高感度化を図った。テラヘルツ波の発生と検出のため、スパッタZn0を用いた光導電性アンテナを開発した。Siの上にアンテナ構造を作製するため、Siと相性のいい、Zn0をスパッタにより作製した光導電性アンテ光伝導層として利用した。このZn0膜上に金属のパターンを形成し、光導電性アンテナを形成した。作製したアンテナを評価した結果、Zn0膜がTHz波の検出および発生に使えることを示した。また、THzの近接場を形成するため、THzアンテナ上に金属で覆われたシリコンの探針を形成し、微小な開口を設けた。この近接場プローブにて信号が検出できることを確認した。

在这项研究中，我们将利用MEMS技术制造一种产生和检测太赫兹波的装置，并将其应用于具有纳米分辨率的显微镜。通过使用半导体技术小型化和集成太赫兹产生和检测，可以实现具有高自由度的测量系统，而无需额外的光学系统。热传感器的最小检测能力受到待检测辐射光波动引起的散粒噪声、从传感器到恒温槽的热传导引起的热波动以及传感器本身的热机械噪声的限制。为此，高灵敏度的热辐射传感器在用液氮或液氦冷却后使用。另一方面，已知检测热量的变化作为机械翘曲的变化的双金属传感器。然而，在这种情况下，由于环境热量导致的热机械噪声也限制了最小检测灵敏度。因此，在本研究中，我们利用激光的光热功率来放大响应并提高灵敏度。我们开发了一种使用溅射 Zn0 的光电导天线，用于产生和检测太赫兹波。为了在 Si 上制造天线结构，我们使用与 Si 兼容的 Zn0 作为通过溅射制造的光电导层。在该ZnO膜上形成金属图案，形成光电导天线。对所制造天线的评估表明，ZnO 薄膜可用于探测和产生太赫兹波。此外，为了产生太赫兹近场，在太赫兹天线上形成了覆盖有金属的硅探针，并提供了一个微小的孔径。我们确认可以用这种近场探头检测到信号。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Fabrication and evaluation of thermal radiation detector with dipole antenna

偶极子天线热辐射探测器的制作与评估

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
PROCEEDINGS OF THE SENSOR SYMPOSIUM 23
影响因子：
0
作者：
Salvatore FEDRICO;Alfio GRILLO;Walter HERZOG;Gaetano GIAQUINTA;Shoji IMATANI;Takahito Ono;Kentaro Iwami;C.-H.Tsai;K.Iwami;Y G Jiang;H.-G.Xu;Yongfang Li
通讯作者：
Yongfang Li

High aspect ratio spiral microcoils fabricated by a silicon lost molding technique

DOI：
10.1088/0960-1317/16/5/025
发表时间：
2006-05
期刊：
Journal of Micromechanics and Microengineering
影响因子：
2.3
作者：
Y. Jiang;T. Ono;M. Esashi
通讯作者：
Y. Jiang;T. Ono;M. Esashi

Mass Detection Using Capacitive Resonant Silicon Sensor

使用电容式谐振硅传感器进行质量检测

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Proc. of IEEE Sensors 2006 5
影响因子：
0
作者：
T.Funaki;S.Matsuzaki;T.Kimoto;T.Hikihara;S.-J.Kim et al.
通讯作者：
S.-J.Kim et al.

Optical Amplification of the Resonance of a Bimetal Silicon Cantilever

双金属硅悬臂梁谐振的光学放大

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Applied Physics Letters 90
影响因子：
0
作者：
Salvatore FEDRICO;Alfio GRILLO;Walter HERZOG;Gaetano GIAQUINTA;Shoji IMATANI;Takahito Ono
通讯作者：
Takahito Ono

Sputter Deposited Zinc Oxide Photoconductive Antenna on Silicon for Sub-Terahertz Time Domain Spectroscopy

用于亚太赫兹时域光谱的硅上溅射沉积氧化锌光电导天线

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
電気学会E部門誌 127
影响因子：
0
作者：
Salvatore FEDRICO;Alfio GRILLO;Walter HERZOG;Gaetano GIAQUINTA;Shoji IMATANI;Takahito Ono;Kentaro Iwami
通讯作者：
Kentaro Iwami