第 2 章 高分子ナノ薄膜を用いたプラズモニックカラーシート
2.4 製作結果
2.4.1 Al サブ波長格子の SEM 観察
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図 2.3.1. 高 分 子 ナ ノ 薄 膜 を 用 い た プ ラ ズ モ ニ ッ ク カ ラ ー フ ィ ル タ の 製 作 プ ロ セ ス 断 面 図 ．
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の 一 次 元 ナ ノ ス ト ラ イ プ 形 状 の Al 格 子 は parylene 上 に 製 作 さ れ た も の で ， parylene は Si 基 板 か ら リ リ ー ス さ れ て い な い 状 態 で あ る ． 格 子 周 期 は 400 nm か ら 600 nm ま で 50 nm 刻 み で 設 計 さ れ た も の で ， 製 作 誤 差 は SEM に よ る 測 定 で は 最 大 で 20 nm 程 度 で あ っ た ． ナ ノ ス ト ラ イ プ 形 状 の Al 格 子 幅 は 最 大 で 20 nm 程 度 の 製 作 誤 差 が 生 じ ，250 nm の 設 計 値 か ら 270 nm に 広 が っ た ．こ れ ら の 原 因 と し て は ，Al サ ブ 波 長 格 子 を 形 成 す る と き ，リ フ ト オ フ レ ジ ス ト 用 パ タ ー ン の EBレ ジ ス ト が 過 現 像 に よ り 設 計 値 よ り 細 く な っ た た め ， 格 子 幅 が 広 が っ た と 考 え ら れ る ．格 子 幅 は 表 面 プ ラ ズ モ ン 共 鳴 に 直 接 関 係 す る パ ラ メ ー タ で は な い た め ，共 鳴 ピ ー ク 波 長 が 著 し く 変 化 す る こ と は 考 え ら れ な い ．一 方 で ，格 子 幅 の 変 化 は 共 鳴 ピ ー ク の 半 値 幅 に 影 響 す る こ と が 実 験 的 に 示 さ れ て い る[28]．し か し な が ら ，従 来 の 金 属 格 子 一 層 で は な く 誘 電 体
‐金 属‐誘 電 体(MIM)と す る 構 造 で ス ペ ク ト ル の 半 値 幅 減 少 が 期 待 で き る こ と が 既 に 報 告 さ れ て い る[36, 46–51]．本 研 究 グ ル ー プ で は 並 行 し て ， ナ ノ イ ン プ リ ン ト 技 術 を 用 い た MIM 構 造 の 製 作 を 検 討 し て い る[60]． 今 回 の 試 作 で は 高 分 子 ナ ノ 薄 膜 を 用 い た プ ラ ズ モ ニ ッ ク カ ラ ー シ ー ト の 原 理 検 証 を 目 的 と し て お り ， 今 後 の 製 作 で 特 性 改 善 に 向 け て MIM 構 造 を 応 用 す る こ と に よ っ て 光 学 特 性 は 改 善 で き る と 考 え ら れ る ．
図 2.4.2 は ， 原 理 検 証 の た め に Al サ ブ 波 長 格 子 の 二 次 元 ナ ノ ド ッ ト 構 造 を 一 次 元 方 向 に 拡 大 し た 場 合 を 想 定 し て 格 子 周 期 を 作 り 分 け た も の で あ る ． サ ブ 波 長 構 造 を 二 次 元 に 拡 張 す る こ と に よ り 偏 光 依 存 性 の な い カ ラ ー フ ィ ル タ を 作 製 す る こ と が で き る ． そ の た め 縦 方 向 の 周 期 は 400 nm で 固 定 し ， 横 方 向 に 周 期 を 400 nm か ら 600 nmま で 拡 大 し て い る ．製 作 結 果 よ り ，縦 お よ び 横 方 向 の 周 期 が 同 じ 400 nm で は 形 成 に 成 功 し て い る が ， 縦 お よ び 横 方 向 の 周 期 が 異 な る パ タ ー ン で は Al ナ ノ ド ッ ト が parylene か ら 剥 離 し た ． 原 因 と し て は ， 図 2.3.1 (g)の 製 作 プ ロ セ ス 工 程 で リ フ ト オ フ を 行 っ た 際 ， 図 2.4.3の 断 面 図 に 示 す よ う に リ ン ス 液 を 乾 燥 す る と き に Alナ ノ ド ッ ト 間 に 表 面 張 力 が 生 じ た た め に パ タ ー ン が 崩 れ た と 考 え ら れ る ．剥 離 し た ナ ノ ド ッ ト 形 状 は ナ ノ ス ト ラ イ プ 形 状 よ り 表 面 張 力 の 影 響 が 大 き い ．ま た ，縦 お よ び 横 方 向 で 周 期 が 異 な る た め 距 離 に 依 存 す る 表 面 張 力 が 不 均 一 に 働 き 剥 離 し 易 く な っ て い た と 考 え ら れ る ．
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図 2.4.1. parylene 上 に 形 成 さ れ た Al ナ ノ ス ト ラ イ プ の SEM 画 像 ．
周期 400 nm
周期 500 nm
周期 450 nm
周期 550 nm
周期 600 nm 周期 600 nm
390 nm
270 nm
450 nm
270 nm
500 nm
270 nm
540 nm
260 nm
580 nm
270 nm
580 nm
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図 2.4.2. parylene シ ー ト 上 に 形 成 さ れ た Al ナ ノ ド ッ ト の SEM画 像 ．
周期 400 nm
周期 500 nm
周期 450 nm
周期 550 nm
周期 600 nm
279 nm 388 nm
403 nm
233 nm 469 nm
416 nm
243 nm 507 nm
436 nm
246 nm 545 nm
421 nm
251 nm 608 nm
405 nm
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図 2.4.3. リ フ ト オ フ プ ロ セ ス 時 に 生 じ る Al ナ ノ ド ッ ト 間 の 表 面 張 力 の 断 面 模 式 図 ．
ナ ノ ド ッ ト の パ タ ー ン 崩 れ 防 止 の た め ，リ フ ト オ フ 後 に 超 臨 界 乾 燥 を 施 し た ．超 臨 界 乾 燥 は ，超 臨 界 流 体 を 用 い る こ と で 表 面 張 力 を 発 生 さ せ ず に リ ン ス 液 を 乾 燥 さ せ る こ と が で き る ． 超 臨 界 乾 燥 を 行 い 形 成 し た Al ナ ノ ド ッ ト 格 子 の SEM 画 像 を 図 2.4.4 に 示 す ． 図 2.4.4 よ り ， 製 作 歩 留 ま り が 100%近 く ま で 改 善 で き た こ と が 分 か る ．以 上 の 結 果 よ り ，リ フ ト オ フ 後 の リ ン ス 液 を 乾 燥 さ せ る 際 に 縦 お よ び 横 方 向 に 異 な る 表 面 張 力 が 働 く こ と で Al ナ ノ ド ッ ト が 剥 離 し や す く な る が ，超 臨 界 乾 燥 に よ り 歩 留 ま り を 改 善 で き る こ と が 実 証 で き た ．
表面張力
パリレンシート
リンス液
Al ナノドット
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図 2.4.4. リ フ ト オ フ 後 に 超 臨 界 乾 燥 を 施 し たAlナ ノ ド ッ ト の SEM画 像 ．
周期 400 nm
周期 500 nm
周期 450 nm
周期 550 nm
周期 600 nm
240 nm 400 nm
400 nm 230 nm
450 nm
420 nm
280 nm 500 nm
390 nm
240 nm 560 nm
380 nm
210 nm 610 nm
390 nm
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