相変化材料を用いた平面型アクティブＴＨｚメタマテリアル

使用相变材料的平面活性太赫兹超材料

基本信息

批准号：
15F15059
负责人：
田中拓男
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-10-09 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，シリコン基板の表面に厚さ100nmの金薄膜を塗布した後，電子ビーム描画法と真空蒸着法を利用してシリカ層を挟んで膜厚50nmの金ディスク構造を等間隔に配列したメタマテリアルを試作した．数値計算の結果，いくつかの構造パラメータのうち，特に金ディスクの直径，シリカ層の膜厚，金ディスクの配列間隔の３つがメタマテリアルの特性を決める上で重要であることを見出した．数値計算では金ディスクの直径を１．５～１．８μｍの範囲で変化させたメタマテリアルの光吸収特性を求めたところ，５２～７３ＴＨｚの範囲で光吸収波長を変化させることができることを明らかにした．この結果をもとに実際にメタマテリアルを試作しその光吸収特性を測定した結果，６５～７５ＴＨｚの範囲で実際に光吸収波長が変化することを確認した．また，シリコン基板表面に塗布した金薄膜は，金ディスクが存在しない領域については存在しなくてもメタマテリアルの光吸収特性は大きく変わらない事を見出した．すなわち，２枚の金ディスクが透明ギャップ層を挟んで積層された構造でも目的とする特性が得られる事がわかった．金薄膜状に金ディスクを積層した構造では，基板に塗布した金薄膜の上でリソグラフィー等のパターニングを行わなければならないという問題があったが，金-誘電体-金の３層からなるディスク構造なら，基板表面にレジストパターンを作っておき，これに金，誘電体，金の３層の薄膜を塗布した後，リフトオフ法で一度に最終的なメタマテリアル構造が得られるというメリットがある．これら一連の実験の結果，ＴＨｚ領域において９０％の光吸収特性を持つメタマテリアルの試作に成功した．

在这项研究中，我们在硅基板表面涂覆了 100 nm 厚的金薄膜后，利用电子束光刻和真空蒸发技术，以规则的间隔排列了 50 nm 厚的金盘结构，并在其间放置了二氧化硅层。超材料。通过数值计算，我们发现在几个结构参数中，三个对于决定超材料的性能特别重要：金盘的直径、二氧化硅层的厚度以及金盘之间的间距。通过数值计算确定了金盘直径在 1.5 至 1.8 μm 范围内变化的超材料的光吸收特性，结果表明，光吸收波长可在 52 至 73 THz 范围内变化。做过。基于这些结果，我们实际上制作了原型超材料并测量了其光吸收特性，结果我们确认光吸收波长实际上在 65 至 75 THz 的范围内变化。我们还发现，即使在硅基板表面没有金盘的区域没有应用金薄膜，超材料的光吸收特性也没有显着变化。换句话说，发现即使采用其中两个金盘堆叠且其间具有透明间隙层的结构也可以获得期望的特性。以金薄膜形式层叠金盘的结构存在必须在基板上涂敷的金薄膜上进行光刻等图案化的问题，但由三层金构成的盘结构，如果这样的话，优点是在衬底表面形成抗蚀剂图案，在该图案上涂上金、电介质材料和金的三层薄膜，然后就可以得到最终的超材料结构立即使用升空方法。经过这一系列的实验，我们成功地生产出了一种在太赫兹区域具有 90% 光吸收特性的原型超材料。