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

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．

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．