半導体ナノ材料観察のための近接場ラマン分光システム

用于观察半导体纳米材料的近场拉曼光谱系统

基本信息

批准号：
17760265
负责人：
酒井優
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Kanagawa Academy of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

近年のCPUやLSI等の電子デバイスの微細化に伴い、シリコンに代表される半導体材料の局所的な評価方法の確立が急務となっている。以前から、このような材料の表面評価の手段としてはラマン散乱が利用されており、一方で局所観察のツールとしては近接場光学顕微鏡が開発されてきた。本研究では、半導体ナノ材料観察を実現すべく、開口型近接場光学顕微鏡にラマン分光を組み合わせた近接場ラマン分光システムの構築を目指して研究を行った。開口型近接場光学顕微鏡は、20〜100nmという開口の大きさのみに依存する空間分解能を有するが、小さい開口ほど信号光が弱くなるというトレードオフのために、ラマン散乱光のように特に弱い信号光を測定するためには、測定系の高感度化が大きな課題となる。この課題を克服すべく、前年度に引き続き、開口プローブの先端からの信号光と背景光の干渉を利用した光ホモダイン検出を導入して、開口型近接場光学顕微鏡の高感度化を行った。さらに今年度は、開ロプローブの振動を利用して、振動に同期した信号光の明滅を空間的に分離して分光器に導くことで、背景光を分光スペクトル上で除去することを試みた。また、633nm,515nm,488nm,351nm等の波長のレーザを用いてシリコンのラマン散乱光の顕微分光観察と光ファイバプローブからの背景光を測定し、それぞれの励起波長におけるS/N比を評価した。S/N比の向上にあたっては、光の偏光利用についても実験的に評価した。一方、金ナノ粒子のプラズモン増強作用にも着目し、光ファイバプローブの先端、あるいはシリコン基板上に金ナノ粒子を配置することで、信号光強度を飛躍的に増大させることを試みた。これら複数の技術の組み合わせによる、近い将来の近接場ラマン分光システムの実現が期待される。

随着CPU和LSI等电子设备的最新微型化，为半导体材料（例如硅）建立局部评估方法已经变得迫切了。长期以来，拉曼散射一直被用作对此类材料进行表面评估的一种手段，而近场光学显微镜已开发为局部观察的工具。在这项研究中，我们进行了旨在建立近场拉曼光谱系统的研究，该系统将近场光学显微镜与拉曼光谱相结合，以实现半导体纳米材料观察。光圈型近场光学显微镜的空间分辨率为20至100 nm，仅取决于孔径的大小，但是由于权衡取舍，因此孔径越小，信号光越弱，测量系统的敏感性就越高，其敏感性越高，尤其是为了衡量弱信号光，例如弱信号灯，例如弱信号灯，例如弱信号光。为了克服这个问题，如上一年，使用信号光和背景光之间的干扰从光圈探针的尖端引入了光学同伴检测，并提高了光圈型近场光学显微镜的灵敏度。此外，今年，我们试图通过利用开放探针的振动来消除光谱光谱的背景光，以空间分离与振动同步的信号光的闪烁并将其定向到光谱仪。此外，使用具有波段的激光器（例如633 nm，515 nm，488 nm，351 nm，等）测量了来自硅的拉曼散射光和光纤探针的背景光的微光谱观察。为了提高S/N比，还通过实验评估了极化光的使用。另一方面，我们还专注于金纳米颗粒的血浆增强效应，并试图通过将金纳米颗粒放在光纤探测的尖端或硅底物上来大大增加信号光强度。可以预期，通过结合这些多种技术，将在不久的将来实现近场拉曼光谱系统。