近接場ラマン分光法を用いた半導体ナノデバイスの分析・評価技術の開発

利用近场拉曼光谱分析和评估半导体纳米器件技术的开发

• 批准号: 08J00820
• 负责人: 増井 恭子
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J00820/
• 关键词: 近接場ラマン顕微鏡; 金属ナノ粒子; 半導体ナノデバイス; 折接場ラマン顕微鏡

チップ増強近接場ラマン(TERS)顕微鏡は原子間力顕微鏡とラマン散乱分光法を組み合わせた分光分析手法のひとつであり、ナノメートルの空間分解能で分子や結晶の種類や組成を明らかにすることができる手法である。AFMプローブ先端の金属部分に光を照射することで、先端の局在プラズモンポラリトンを誘起し、その周囲に増強電場を生成する。この局所増強電場を用いることで、金属先端下の数ナノメートル領域のみのラマン信号を選択的に増強し、検出することができる。これまでに最適化したTERS顕微鏡や金属プローブを適用し、実際のデバイスとして使用されている歪みシリコンナノデバイス表面上の結晶方位分布の観察を行い、そのナノスケールの欠陥状態や結晶特性変化をナノラマンイメージングにより調べてきた。しかし、歪みシリコンのラマン信号は弱く、歪みの大きさによってシリコンのラマン信号から数nmだけシフトして現れるため、より高い増強度と空間分解能が必要となった。金属プローブを再現性高く作製するための改良が、測定時間の短縮や測定領域の拡大に繋がる不可欠な要素として挙げられた。そこで、形状な金属ナノ粒子を金属プローブ先端にのみ付着させる方法を検討した。化学合成法に基づいて作製した金属ナノ粒子は、均一な形状で大量生産が可能である。粒子の大きさや形状によって相互作用する光の波長が異なるため、励起波長に応じた粒子を選択することでラマン散乱光を効率良く増強させることができる。作製した金属ナノ粒子をAFMプローブに接着させることによって、試料に最適な励起光に対して増強度の高い金属プローブを作製することが可能となった。さらに、金ナノ粒子に局所的に誘起される増強光電場を計算によって求め、光硬化性樹脂を用いることによってその増強光電場を実験的に示した。

チ ッ プ raised strong near field ラ マ ン (TERS) 顕 micromirror は interatomic force 顕 micromirror と ラ マ ン scattered spectrometry を group み close わ せ た spectral analysis technique の ひ と つ で あ り, ナ ノ メ ー ト ル の space decomposition can で や crystallization の molecule of や を Ming ら か に す る こ と が で き る gimmick で あ る. AFM プ ロ ー ブ apex の metal parts に を sunlight す る こ と で, apex の bureau in プ ラ ズ モ ン ポ ラ リ ト ン を induced し, そ の weeks 囲 を に raised strong electric field generated す る. を こ の bureau raised strong electric field with い る こ と で, metal apex の under several ナ ノ メ ー ト ル field の み の ラ マ ン signal を sentaku に raised strong し, 検 す る こ と が で き る. Optimal こ れ ま で に し た TERS 顕 micromirror や metal プ ロ ー ブ を し, be interstate の デ バ イ ス と し て use さ れ て い る slanting み シ リ コ ン ナ ノ デ バ イ ス の crystallization on the surface bearing distribution の 観 を line い, そ の ナ ノ ス ケ ー ル の owe 陥 state や crystallization properties - the を ナ ノ ラ マ ン イ メ ー ジ ン グ に よ り adjustable べ て き た. し か し, slanting み シ リ コ ン の ラ マ ン signal は weak く, slanting み の big き さ に よ っ て シ リ コ ン の ラ マ ン signal か ら several nm だ け シ フ ト し て now れ る た め, よ り い raised high strength と space decomposition to が と necessary な っ た. Metal プ ロ ー ブ を high reproducibility く cropping す る た め の improved が, short test time の shrinkage や の measurement field company, big に 繋 が る elements do not owe な と し て 挙 げ ら れ た. そ こ で, shape な metal ナ ノ を metal particles プ ロ ー ブ apex に の み pay the さ せ る method を beg し 検 た. Chemical synthesis に base づ い て cropping し た metal ナ は ノ particles, uniform な shape で mass-produced が may で あ る. Large particles の き さ や shape に よ っ て interaction す る の light wavelength が different な る た め, excitation wavelength に 応 じ た particle を sentaku す る こ と で ラ マ ン scattered light を sharper rate good く raised strong さ せ る こ と が で き る. Cropping し た metal ナ ノ particle を AFM プ ロ ー ブ に then さ せ る こ と に よ っ て, try the optimal な に wound up light に し seaborne て raised strength の high い metal プ ロ ー ブ を cropping す る こ と が may と な っ た. さ ら に, gold ナ ノ particles に bureau に induced さ れ る を raised strong electric field calculation に よ っ て through め, light hardening resin を い る こ と に よ っ て そ の を raised strong electric field be 験 に し in た.

项目成果

Nano-scale analysis of graphene layers by tip-enhanced near-field Raman spectroscopy

• DOI: 10.1002/jrs.2366
• 发表时间: 2009-10-01
• 期刊: JOURNAL OF RAMAN SPECTROSCOPY
• 影响因子: 2.5
• 作者: Saito, Yuika;Verma, Prabhat;Kawata, Satoshi
• 通讯作者: Kawata, Satoshi

Near-field Raman spectroscopy for nano-scale of chemical analysis of structured carbons

用于纳米级结构碳化学分析的近场拉曼光谱

• 发表时间: 2010
• 作者: Yuika Saito;Mitsuhiro Honda;Yoshikiyo Moriguchi;Kyoko Masui;Prabhat Verma;Satoshi Kawata
• 通讯作者: Satoshi Kawata

Photo-polymerizable gold nanorods / methyl methacrylate composite for plasmonic optical application

用于等离子体光学应用的光聚合金纳米棒/甲基丙烯酸甲酯复合材料

• 发表时间: 2011
• 期刊: Proceedings of 2010 MRS Fall Meeting
• 作者: Kyoko Masui;Satoru Shoji;Xuan-Ming Duan;Satoshi Kawata
• 通讯作者: Satoshi Kawata

ACTIVE CONTROL OF OXIDATION OF A SILICON CANTILEVER FOR THE CHARACTERIZATION OF SILICON-BASED SEMICONDUCTORS

主动控制硅悬臂梁的氧化以表征硅基半导体

• 发表时间: 2008
• 作者: Kyoko Masui;Atsushi Ono;Yuika Saito;Taro Ichimura;Norihiko Hayazawa;Prabhat Verma;Yasushi Inouve;Satoshi Kawata
• 通讯作者: Satoshi Kawata