製作結果

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画 素 ピ ッ チ は 40 µm で あ る ． 光 学 測 定 で は ， 光 源 に 偏 光 板 を 挿 入 し て TM(Transverse Magnetic)お よ び TE(Transverse Electric)に 偏 光 さ せ た ． ま た ， 対 物 レ ン ズ(x20，NA: 0.25)と 光 フ ァ イ バ ー(コ ア 径: 400 µm)を 用 い て 観 察 エ リ ア を 直 径 20 µm と し て 分 光 測 定 を 行 っ た ． 図 4.2.7 の 反 射 色 よ り ， 格 子 周 期 に 依 存 し た 色 の 違 い を 確 認 で き た ．ま た ，偏 光 方 向 に よ っ て も 明 確 な 色 の 違 い を 示 す こ と か ら ，回 折 格 子 の ナ ノ ス ト ラ イ プ 形 状 を 形 成 で き た こ と が 示 唆 さ れ た ．し か し な が ら ，各 画 素 の 右 上 部 分 に 注 目 す る と ，SBS ナ ノ シ ー ト が 露 出 し て お り 格 子 が 転 写 さ れ て い な い 領 域 を 確 認 で き る ．ま た ，周 期 の 拡 張 に 伴 い 転 写 で き な か っ た 面 積 が 増 加 し て い る ．こ れ は ，FIB 加 工 深 さ の 面 内 分 布 が 反 映 さ れ て お り ，加 工 時 間 増 加 に 伴 っ て 面 積 が 増 加 し て い る こ と か ら ，PVA 犠 牲 層 深 く ま で 到 達 し た ビ ー ム に よ り ， 部 分 的 に 変 質 し た PVA が 難 溶 と な っ た た め に 転 写 で き な か っ た と 推 測 さ れ る ．

図 4.2.7. 格 子 周 期 450 nm，550 nm，650 nm の 画 素 に TE 偏 光 お よ び TM 偏 光 を 入 射 し た と き の 反 射 顕 微 鏡 画 像 ．

図 4.2.8 は ナ ノ シ ー ト へ の パ タ ー ン 後 に Si 基 板 を 観 察 し た 結 果 で あ る ．Si

TM

TE

450 [nm] 550 [nm] 650 [nm]

450 [nm] 550 [nm] 650 [nm]

40 [µm]

40 [µm]

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基 板 に は ， 黒 く 変 色 し た PVA お よ び 転 写 に 失 敗 し た 格 子 領 域 が 確 認 さ れ て い る ． こ れ ら は ， 変 質 し た PVA領 域 が Si 基 板 近 く ま で 及 ぶ こ と で 基 板 側 に 固 着 し た と 考 え ら れ る ．改 善 策 と し て は ，PVA の 濃 度 を 高 め ，犠 牲 層 の 膜 厚 を 増 加 さ せ る こ と で FIB の 影 響 を 緩 和 で き る ． 画 素 内 の 色 ム ラ に つ い て は ， そ の 周 囲 が Al 薄 膜 で 固 定 さ れ て い る た め ，SBS ナ ノ シ ー ト と Al の ヤ ン グ 率 差 に よ る バ ッ ク リ ン グ が 生 じ ，画 素 が ひ ず ん だ た め と 考 え ら れ る ．し か し な が ら ，今 後 の 可 変 フ ィ ル タ に 向 け た 検 討 で は ，シ ャ ド ウ マ ス ク に よ り 金 属 膜 を パ タ ー ン 蒸 着 す る た め に 画 素 周 囲 に 金 属 膜 は 形 成 さ れ ず ，必 然 的 に バ ッ ク リ ン グ は 回 避 で き る も の と 考 え ら れ る ．

図 4.2.8. (a) 転 写 に 失 敗 し た と き の ピ ー ル オ フ 断 面 図 ．(b) 格 子 周 期 550 nm お よ び(c) 650 nm の カ ラ ー シ ー ト お よ び Si 基 板 の 光 学 顕 微 鏡 画 像 ．

図 4.2.9 は ，格 子 周 期 450 nm，550 nm，650 nm の 画 素 に TM 偏 光 を 入 射 し 周期650 nm

Si基板上 ナノシート上

周期550 nm

Si基板上 ナノシート上

FIBダメージ層 SBS nanosheet

PDMS DI water

Al

(a)

(b) (c)

Si PVA

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た と き に 得 ら れ た 反 射 波 長 ス ペ ク ト ル と ，RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysis)法 に よ り シ ミ ュ レ ー シ ョ ン し た 解 析 値 と を 比 較 し た 結 果 で あ る ．周 期 拡 大 に 伴 い ，反 射 ス ペ ク ト ル の デ ィ ッ プ が 長 波 長 側 へ シ フ ト し て お り ，図 4.2.7 の 反 射 色 の 変 化 と 対 応 し て い る ． こ こ で ， 図 4.2.9 中 の 破 線 は Air-Al，

SBS-Alの そ れ ぞ れ に よ る SPR 理 論 波 長 を 示 し て い る ． こ れ よ り ， リ ー ク モ ー ド と し て 透 過 し た 非 共 鳴 成 分 が デ ィ ッ プ と な り ，そ の 短 波 長 側 ，長 波 長 側 に 二 種 媒 質 の SPR-ELT に よ る 反 射 ピ ー ク が ス ペ ク ト ル 全 体 を 形 成 し て い る と 推 察 さ れ る ．シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で フ ィ ッ テ ィ ン グ し た 格 子 周 期 は ，最 大 で 30 nm 程 度 の 誤 差 が 生 じ た ．図 4.2.6 に 示 す 転 写 前 の SEM 画 像 で は 誤 差 が 認 め ら れ な か っ た た め ，転 写 後 の バ ッ ク リ ン グ に よ る ひ ず み で 生 じ た 格 子 周 期 の 不 均 一 性 が ，測 定 ス ペ ク ト ル に 反 映 さ れ た た め と 推 察 さ れ る ．し か し な が ら ，可 変 フ ィ ル タ と し て 用 い る 場 合 ，周 期 を 連 続 的 に 制 御 す る た め に 影 響 は 小 さ い ．以 上 の 結 果 よ り ，Alサ ブ 波 長 格 子 を Si バ ル ク 基 板 か ら 自 立 SBSナ ノ シ ー ト へ 転 写 形 成 し た プ ラ ズ モ ニ ッ ク カ ラ ー シ ー ト を ，従 来 の バ ル ク 基 板 上 に 形 成 さ れ た プ ラ ズ モ ニ ッ ク カ ラ ー フ ィ ル タ と 同 様 に 格 子 周 期 に 付 随 し た 波 長 選 択 性 を 発 現 さ せ る こ と に 成 功 し た ． し か し な が ら ，Al サ ブ 波 長 格 子 が ハ ー フ エ ッ チ ン グ 状 態 で あ り ，こ の ま ま で は シ ー ト 伸 縮 さ せ る こ と が で き な い ．ま た ，画 素 領 域 を 欠 損 さ せ る こ と な く 転 写 す る た め に は ，FIB の 加 工 条 件 や PVA 膜 厚 を シ ビ ア に 条 件 出 し す る 必 要 が あ る ． こ の た め ， 今 回 の 結 果 は 汎 用 的 な Al サ ブ 波 長 格 子 パ タ ー ン の 形 成 プ ロ セ ス と し て 適 さ な い と 考 え ら れ る ．FIB を 使 用 し な い 全 く 他 の 手 法 と し て ，微 細 構 造 を 形 成 す る 手 法 の 一 つ と し て 知 ら れ る ナ ノ イ ン プ リ ン ト 技 術[52, 60]を 適 用 す る こ と も ， こ れ ら の 課 題 解 決 に 対 し て 有 用 で あ る ．課 題 解 決 の た め に ，第 5 章 で は 本 章 の 製 作 プ ロ セ ス を 一 部 改 善 し た 新 た な 方 法 を 試 み た ．

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図 4.2.9. 格 子 周 期 450 nm，550 nm，650 nm の プ ラ ズ モ ニ ッ ク ピ ク セ ル に TM 偏 光 を 入 射 し た と き の 反 射 波 長 ス ペ ク ト ル の 測 定 値 と 解 析 値 の 比 較 ．

measured Λ450 [nm] calculated Λ450 [nm]

measured Λ550 [nm] calculated Λ580 [nm]

measured Λ650 [nm] calculated Λ680 [nm]

SPR

SPR

SPR

SPR

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第 5 章 埋 め 込 み 構 造 に よ る 伸 縮 性 プ ラ ズ モ ニ ッ ク カ