定温制御したプラズモニックボロメータの高度集積による超小型中赤外分光器の開発

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本研究では，プラズモニック構造をもつボロメータの定温制御により，常温・常圧で高速に動作するフィルタフリーのワンチップ中赤外分光器の実現可能性を検証することを目的としている．互いに異なるプラズモニック構造をもつボロメータを単純に配列したデバイスが完成しており，その特性を評価したところ，個々のときとは異なる波長感度特性が得られることが明らかとなっていたため，研究課題のなかでその原因の特定をまず行い，各素子を定温制御することで所望の特性が得られるかを検討する計画である．本年度は，集積デバイスの熱伝達の評価および，原因究明および定温制御が可能となる第2世代のデバイスの設計および製作への着手，そして定温制御のためのフィードバック機構の見直しを行った．本研究申請時にはボロメータ素子間の空気を介した熱伝達が支配的であると考えていたが，集積デバイスの熱伝達の評価の結果，むしろディテクタを支持する脚部を伝い，デバイス本体を介して相互に熱をやり取りする経路が支配的であることがわかった．これを踏まえて，第2世代のデバイス設計においては，脚部の熱伝達を抑える設計に変更しており，製作が進行中である．一方，定温制御のためのフィードバック機構については文献調査を進めており，R5年度前期までに専用の制御回路を設計のうえ，年度内に回路まで集積したデバイスの計測を行える計画である．なお，日本機械学会2022年度年次大会において本研究成果を口頭発表した．