CMOSとMEMS／NEMSの融合による超小型・高光度テラヘルツ連続波光源の研究

本研究の目的は，大面積ボトムアップ手法（無電解金ナノめっき）により，従来のトップダウン手法（リソグラフィ）では到達困難な超微細電極ギャップを作製し，光通信波長帯の半導体レーザ励起による低コスト・高光度かつ室温動作のテラヘルツ（0.1～10THz）光源を実現することである．初年度の研究実施計画は，無電解金めっきによる電極間ギャップ5nm以下，アスペクト比10以上の超微細厚膜電極の作製である．したがって本年度ではナノ電極作製に注力した．また，3次元電磁界シミュレータHFSSを利用して，ナノギャップ電極およびアンテナ素子（ダイポール型，ボウタイ型，およびスパイラル型）をモデル化し，テラヘルツ波に対する応答をシミュレーションした．ナノギャップ電極の作製では，共同研究者の真島豊教授（東京工業大学応用セラミック研究所）と共同研究を行い，真島研究室所有の電子ビーム描画装置と無電解めっきの条件検索から取り組んだ．GaAs基板を使用する前に，まず単結晶シリコン基板上へ所望の電極パターンを作製した．設計パラメータを電極幅，電極間隔，電極先端ギャップに絞り，他の設計値（デバイス全体のサイズ，パッドサイズなど）は先行研究に習った．シリコン基板上において歩留りの高い設計値は，電極間300nm，電極幅50nmであった．電極間ギャップの最小値は約8nmを達成しており，これは目標値により3nmほど足りないものの，先行研究デバイスよりも10分の1以下の電極ギャップであり，さらに，FIB（Focused Ion Beam）加工などによる基板への物理的ダメージがないため，テラヘルツ波発生効率の大幅な増加が期待できる．シリコン基板上でのプロセス検討後は，GaAs基板上での電極作製へ移行した．これまでに，GaAs基板でもシリコン基板と同等の微細電極を実現しており，今後はアンテナパターンとあわせたデバイス作製を行う．

本研究の目的は，大面積ボトムアップ手法（無電解金ナノめっき）により，従来のトップダウン手法（リソグラフィ）では到達困難な超微細電極ギャップを作製し，光通信波長帯の半導体レーザ励起による低コスト・高光度かつ室温動作のテラヘルツ（0.1～10THz）光源を実現することである．初年度の研究実施計画は，無電解金めっきによる電極間ギャップ5nm以下，アスペクト比10以上の超微細厚膜電極の作製である．したがって本年度ではナノ電極作製に注力した．また，3次元電磁界シミュレータHFSSを利用して，ナノギャップ電極およびアンテナ素子（ダイポール型，ボウタイ型，およびスパイラル型）をモデル化し，テラヘルツ波に対する応答をシミュレーションした．ナノギャップ電極の作製では，共同研究者の真島豊教授（東京工業大学応用セラミック研究所）と共同研究を行い，真島研究室所有の電子ビーム描画装置と無電解めっきの条件検索から取り組んだ．GaAs基板を使用する前に，まず単結晶シリコン基板上へ所望の電極パターンを作製した．設計パラメータを電極幅，電極間隔，電極先端ギャップに絞り，他の設計値（デバイス全体のサイズ，パッドサイズなど）は先行研究に習った．シリコン基板上において歩留りの高い設計値は，電極間300nm，電極幅50nmであった．電極間ギャップの最小値は約8nmを達成しており，これは目標値により3nmほど足りないものの，先行研究デバイスよりも10分の1以下の電極ギャップであり，さらに，FIB（Focused Ion Beam）加工などによる基板への物理的ダメージがないため，テラヘルツ波発生効率の大幅な増加が期待できる．シリコン基板上でのプロセス検討後は，GaAs基板上での電極作製へ移行した．これまでに，GaAs基板でもシリコン基板と同等の微細電極を実現しており，今後はアンテナパターンとあわせたデバイス作製を行う．