2次元アレー状に単層配列したナノ金属粒子支援フェムト秒レーザ・ナノプロセシング

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2011年度は「斜方向入射励起微粒子アレー増強局在近接場光によるナノホールパターニング」についての研究を行った。従来にない高度な材料表面機能を有するナノ構造に関する研究は様々な応用展開を示している。特に概ね100～800nmのナノ構造は新しい光学デバイスへの応用が期待されている。ArFエキシマレーザ等の真空紫外光源や電子ビーム技術の発達により、ナノ構造の作製技術は飛躍的に向上した。しかし真空紫外域でのナノ構造の作製は不活性ガス環境下でなければレーザプロセスが行えず、電子ビームは真空中での動作に限られる。大気中でのプロセスができる近赤外レーザでナノ構造が作製できれば、機能デバイスが容易に大型基板にプロセスできる。近赤外光でナノサイズ領域への集光を行う方法として近接場光の利用がある。近接場光は近赤外光であってもナノサイズへの局在が可能となる。微細なパターニングのために金微粒子近傍のプラズモン近接場光を用いる研究が行われたが、金微粒子は周期配列が技術的に難しい。さらに、粒子近接配置時に粒子間においてプラズモン結合が生じ加工基板との結合が減少することは、加工プロセス上の課題であった。本年度は概ね100～800nmでのナノホールパターニングを実現するため、金またはSiの微粒子アレーを配置したSi基板に対して新しく斜方向光入射励起を行い、基板上に高い光強度を与える技術を開発した。粒子径200nmの金微粒子アレー系の場合、粒子間距離が200nm以上あればSi基板に対してp偏光で入射角50°で照射すれば、基板上において入射光の559倍の光強度が得られた。粒子径800nmのSi微粒子アレー系の場合、粒子が接触していてもSi基板に対してs偏光で入射角40°で照射すれば、基板上において入射光の41倍の光強度が得られた。これにより一定間隔を空けた粒子および接触した粒子によるアレーによる大型基板へのプロセスの展望を広げることができた。