銀の薄膜における表面プラズモン

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(1)学位論文題目. 銀の薄膜における表面プラズモン. 兵庫教育大学学校教育研究科教科領域教育専攻自然系コース（理科）. M94611H 小池宏尚主任指導教官・指導教官佐藤光教授.

(2) 目次. 第1章序論. 1. 第2章理論. 3. 2−1 薄膜. 3. 2−1−1 薄1膜作製法. 3. 2−1−2 真空蒸着法. 3. 2−1一一3 膜厚測定法. 5. 1）水晶振動子法. 5. 2）偏光解析法. 6. 2−2プラズマ振動. 8. 2−3表面プラズモン. 10. 2−3 一一一 1 semi−infinit layer system. 12. 2 一一 3 一一 2 symaetric layer system. 13. 2 一 3 一一 3 asymetric layer system. 16. 第3章実験方法 3−1表面プラズモンの励起角の測定. 19 19. 3−1−1実験原理. 19. 3 一一1−2実験装置. 20. 3−1一一3実験方法. 24. 3−2偏光解析法を用いた膜厚測定. 26. 3一一2−1実験概要. 26. 3一一2一一2実験：方法. 26. 3−3韓膜の表面観察. 28. 3−3−1実験原理. 28. 3−3−2実験装置. 28. 3−3−3実験方法. 28.

(3) 第4章結果. 29. 4一一1 プロッタ式とデジタル式のデー・…一タ解析の比較. 29. 4−2 He−Neレーザー（波長633． Onm）を入射した場合. 29. 4一一2一一1 反射波の電圧波形. 29. 4一一2一一2 励起角変化. 33. 4−3 半導体レーザー特性. 33. 4−4 波長669．9㎜のレーザーを入射した場合. 36. 4−4−1 反射波の電圧波形. 36. 4一一4一一2 励起角変化. 36. 4一一5 波長673．2㎜のレーザーを入射した場合. 39. 4−5−1 反射波の電圧波形. 39. 4−5−2 励起角変化. 39. 4一一6 入射レーザーの波長変化に伴う励起角変化. 43. 4一一7 偏光解析法を用いた膜厚測定. 46. 4一一8 光学顕微鏡による薄膜の表面観察. 46. 第5章考察. 49. 5−1 液体トラップの効果. 49. 5−2 励起波数の膜厚依存性. 49. 5−2∼1 633．Onmの場合. 49. 5一一2一一2 669．9nmの場合. 55. 5−2−3 673．2rmの場合. 59. 5 一一 2・一4 理論曲線と実験値の比較. 62. 5−3 偏光解析法を用いた水晶振動子法の校正. 68. 5−4 表面プラズモンを用いた誘電率の考察. 69. 第6章結論参考文献謝辞附録. 79.

(4) 第1章序論私たちの生活は年々豊かになってきている。その要因の一つに、いわゆる“電. 気製品”の普及があげられる。身の回りにあふれている電気製品の中には無数の電子素子が詰まっている。そして、それら素子一っ一つは物質の性質を巧みに利用したものである。物質の性質に関する研究は昔から盛んに行われてきたが、材料がより小さくより薄く使われるようになって、表面や薄膜に関する物性についての興味が高まってきている。このような時代背景のもと、本研究では、薄膜の特徴的な性質の一つである表面プラズモンを中心に薄膜の基礎的性質を明らかにすることを研究の目的とした。よく知られているように、金属を構成する原子は、電子と電子を剥ぎとった状態の正イオンとに大別することができる。電子の電荷密度は平均として正イオンの電荷密度と打ち消しあい、全体として中性を保っている。今仮に、電子電荷密度が局所的に減少したとすると正負電荷密度のバランスが崩れ、それによる局所電場のために周りから電子が流れ込んでこのアンバランスを打ち消そうとする。その反動でまわりには密度の薄い部分ができ、密度の揺らぎが生じる。この密度の揺らぎは疎密波として、結晶中を伝わっていく。これをプラズマ振動といい、その振動の量子をプラズモンという。. レーザーを使った表面プラズモンの励起の観察は、非接触、非破壊で行うことができ、物性を調べる上で非常に有効な手段である。しかも、かなり安価な装置で測定可能である。また、表面プラズモンは応用範囲が広くセンサーなどにも利用可能である。表面プラズモンの基礎的性質を明らかなものとすることは表面物性を考える上で非常に価値あることであると考える。今回の実験の目的は、表面プラズモンの基礎的性質を明らかにすることにある。具体的には、これまでになされた本学における表面プラズモンの研究において明らかとなった疑問点の解決を試み、半導体レーザ“’一一一を用いて入射レーザ. ーの波長を変化させ、表面プラズモンの励起角と二心の関係を調べた。また、真空蒸着法によって作成した銀の薄膜についても考察を深めた。. 測定方法には、プリズムを使い入射レーサ㌧の波数を高めるATR法のうち、特に表面プラズモン励起物質を直接プリズムに蒸着するクレッチマン法を用いた。また、材料には純度99．9tj996の銀を用い、真空蒸着法にて薄膜を作成し、水晶振動子法によって膜厚を測定した。蒸着された薄膜の性質を調べるため、偏光解析法で薄膜の光学定数を測定し、光学顕微鏡を用いて表面観察を行った。. 問題点として挙げられていた油拡散式の高真空ポンプから真空槽（ベルジャ. 1.

(5) 一）内への油の流出を改善するため液体窒素トラップを取り付けて実験をおこなった。トラップなしの場合と比較すると励起角が小さくあらわれるという結果を得た。油が薄膜の表面や内部に混入し、一種の多層膜を形成して、複雑に関与した結果であると考えられる。もう一つの問題点であった膜厚計の信頼度を検証するために、偏光解析法を用いて水晶振動子法の校正をおこない、：水晶振動子法の校正曲線を作製した。表面プラズモンが励起する角度には、膜厚依存性、入射レーザーの波長依存性がある。，膜厚が厚くなるにしたがって小さい角度で励起し、波長が長いレーザーに対して小さい角度で励起することがわかった。表面プラズモンの励起波数の変化より、銀：の誘電率の実数部は薄膜の状態で. の値とバルクでの値は異なることが明らかになり、誘電率には膜厚依存性がある事が分かった。. 光学顕微鏡による表面観察の結果、本研究において＋真空蒸着法で作成した薄膜の生成過程は400A付近を境にして、島状膜と平行膜に分かれることがわかった。. 本論文は、全6章で構成され、第1章では、研究の背景と概略を述べ、第2 章では、薄膜と表面プラズモンに関する理論について触れる。第3章は実験方法、第4章は実験の結果を記し、第5章で得られたデータについて考察を展開する。第6章では、本論文のまとめをおこなう。. 銀. の原子量 107．87 密度. ⊥o．5. 9／c醗3. 数密度N 5．84×1028. 個／m3. 抵抗率ρ. Ω噛. 1．62×10−s. 電子の素電荷e ！60×1◎一’19 質量組. 9．11×10騨3L. プリズムの誘電率ε22．3◎. c. kg F／m.

(6) 第2章理論 2−1薄膜7）8）11） 2一一1−1薄膜作製法. 薄膜を作るために用いられる方法には、スパッタリング法や真空蒸着法がある。. スパッタリング法は固体表面に加速したイオン粒子を照射するとイオンと固体表面の原子が運動量を交換して、固体表面から原子がはじき出されるスパッタリング現象を利用して、物質を蒸発させ薄膜を作る方法である。真空蒸着法は圧力の低い状態で物質を加熱し、蒸発させ、それを平らな面上に付着させる方法である。スッパタリング法が運動量の移動によるのに対し、真空蒸着法は加熱というエネルギーの移動による点が異なる。この研究では薄膜作製法として真空蒸蒸着法をもちいた。真空蒸着法により作製された薄膜は、特に真空蒸着膜と呼ばれる。. 以下で、真空蒸着法および真空蒸着膜の成長過程について論じ、二瀬測定法について説明する。. 2−1−2真空蒸着法9）. 蒸着とは真空中で物質を加熱蒸発させ、基盤に付着させて薄膜を作成する方法である。蒸着は蒸発、原子の飛翔、基盤上への付着（膜形成）の三過程に分ける事ができる。. まず蒸発過程について考えてみる。蒸発温度は蒸発させたい物質によって異. なるが、今回使用したAgにおいては、約1000度である。高温の蒸発源や蒸発物質の酸化を防ぐため酸素や窒素の排除のために真空が必要になってくる。必要とされる真空度は、蒸発させる物質がどの程度酸化物や窒化物を作りやすいかによるが、今回使用したAgでは10”4∼10”5torrであり、一般に高真空と呼ば. れている。高真空を実現するためには複数の真空ポンプを必要とする。低真空ポンプとして油回転ポンプを、高真空ポンプとして油拡散ポンプを使用した。. また、今回は、ポンプに使用した油が真空三内に逆流し試料表面に付着することを防ぐため、液体窒素トラップを取り付けた。：Fig．2，1に真空装置の概略を示す。. 3.

(7) （a）. f. 塁真空槽ガイスラー管. rn一一 if 四一油拡散. 真空計. 1. ロ・一一タリーポンプ. ポンプ. ／. or. （b）. ゴ. 漕. 溶∫. × 急. 回. v ヒーター Fig．2，1 真空装置季既図. （a）真空装置. （b＞油拡散ポンプ. 白丸は油分子、黒丸は気体分子 4. r”／.

(8) 蒸発させられた原子は飛来して基盤に付着することにより薄膜を形成する。しかし、薄膜形成の過程は原子が基盤に降り積もるといった単純なものではない。ただ単に降り積もるだけなら薄膜の構造は非結晶になるだろうが、実際は、多結晶構造をとる。原子の配列がランダムにならないのは飛来してきた原子が基盤面上で表面運動をすることによる。. 実際どのように薄膜形成が進んでいくか考える。一般に形成過程を調べるために電子顕微鏡が使われが、目でみると一様に均一にみえる薄膜も電子顕微鏡で観察すると必ずしも一様ではない。膜厚が十分小さいとき、薄膜は連続的でなく島が点々と浮いているような構造（回状構造）をとる。蒸着が進むと島の成長によって、島と島とが合体を起こし、薄膜全体がつながる網目構造になる。更：に蒸着. が進むと、網目の問隙が埋まり平行膜へと成長する。この過程での島一つ一つ、あるいは、島がつながった後の状態は蒸発させた物質と同じt結晶構造を持つ。こ. の事は、透過型電子顕微鏡回折像が元の物質と同様のディフラクションリングを描くことからわかる。. 2一1『2 膜厚測定法. 膜厚は、薄膜の物性を調べる際、欠かすことのできない変数である。ここでは、. 膜厚の測定法について述べる。一般に厚さとは二枚の平行面問の距離として定義されるが、薄膜の膜厚はA単位で測られ、ミクロ的にみると二つの平面は平らとはいえない。膜厚の定義は多様であり、これまで、それぞれの定義に対応する多くの膜厚測定法が考えられてきた。薄膜の質量から膜厚を測定する方法もある。. 今回の実験に取り入れたのは、水晶振動子法と偏向解析法である。. 2−1一一2−1水晶振動子法. 水晶振動子の固有振動がその質量の変化によって変化することを利用したもである。水晶振動子に薄膜が蒸着されると、水晶振動子の質量に比べて薄膜の質量が十分小さければ、単に水晶振動子の質量が増加したのと同じ効果が生じ、質：量変化に比例した固有振動数の変化を生ずることを利用したものである。この方. 法は測定が簡単で、薄膜作製の過程で随時膜厚を知ることができ、蒸着速度も測. 5.

(9) 定できるという利点を持つが、反面、測定される膜厚はあくまで、水晶振動子上の膜厚で、基盤上の膜厚ではないという欠点がある。当然、蒸発源、センサー位置などが変われば新たに補正しなおす必要がある。. 2−1−2−2 偏光解析法5）10）. 試料表面を破壊したり、加工することなく表面や、表面に存在する皮膜の透明体、. 吸収体の光学定数を測定するのにもつとも精度の高い方法である．偏光解析をおこなうために偏光分光計の原理図をFig．2．2に示す．光源から出た波長λの単色光を図上に示された（a），〈b），（c），（d），（e）の各点で、光源をみるときの方向. でみたときの光の電気ベクトルの先端の軌跡を図に示す．xは入射面に垂直方向、 yは入射面内で光線に垂直の方向を正に向きにとってある．光源から出たままの光の振動数はまったくのでたらめである．その光が、偏向子 Pを通過すると、偏光子の方位角θで決まる方向の振動を持つ肥すなわち直線偏. 光になる（b）．このとき、θ＝π／4とすれば、振動のx、y成分、つまり、 s，p成分の振幅は等しくなる．この直線偏光が透明体の薄膜にあたると、振幅や位相の変化を起こす．結果として、光の振動の振幅、位相のx，yもしくはs． p成分が変わり、振動状態は、楕円偏光となる（c）．この楕円偏光の長軸、短軸をそれぞれa，bとすると、この楕円はx軸とa軸のなす角、言い換えると楕円の傾きθと長軸短軸の長さの比すなわち楕円率tanφにより特徴づけられる．式で与えられるρ、△とθ、φの関係は、. tan 2 S＝tan 2 tet cos A （2． 1） sin2S ur ±sin 2 vt sin A （2． 2）ただし、 ρ二＝tan弓グ. （2，3）. 次に、試料から反射した楕円偏光は4分の一波長板を通る．λ／4波長板とは、複屈折性の結晶で、板の特定の方位に偏向した光と、その方位に垂直に偏向した. 光の間に、λ／4波長に相当する位相差π／2を与えるものである．この板の決まった方位をζ軸と一致させることができればζ軸とΦだけ傾いた直線偏光が得られる．このときのλ／4波長板の方位はθを与える（d）．この直線偏光を 6.

(10) その偏光方位と直角方向の方位を持つ一つの偏光子、すなわち検光子Aに当てれば、光は全く透過しない（e）．このAの方位がφを与える。以上の過程によって、θ、Φが測定でき、したがって、（ψ、△）あるいは（ρ、 △）が決められる．ρ、△は真空の屈折率η。、薄膜の光学定数n，k、入射角￠oによって決まる。no，qoをわかっているものと仮定するなら、ρ、△の測定よりn， k は、. sin q， tan q， cos2y. n＝＝ 1＋cos A sin 2 ger. （2． 4）. k ＝n・tan A tan 211f （2． 5）で与えられる。計算途中には複素数素数を扱うことになるのコンピュータによる解析が必要となる。また、膜厚が薄いときには内部干渉の効果を考える必要がある。ただ、この方法は、膜厚がλ／k程度の厚さでないと、光が薄膜中で十分減衰せず測定できなくなる。光源. 受光素子. 7アア777㎜r7ア7労フア7−7フ77フ77 （a）. Fig． 2．2 偏光解析装置の原理図. 図下段はそれぞれの位置における入射レーサ㌧の偏光状態を示す. 7.

(11) 2−2 プラズマ振動数6）. プラズマは電気的に中性であるから、乱れのない平衡状態の電子密度は、正イオンの密度と等しいはずである。今、電子の平衡が少し崩れたとする。ある領域の電子密度が増すと、電子は互いに反発しあって平衡の位置に戻ろうとする。電子が元の位置に向かって動くにつれて運動エネルギーが増し、. 平衡状態で止まらないで行き過ぎてしまい、行ったり来たりの振動を繰り返す。この振動をプラズマ振動と呼ぶ。. いま運動がx方向のみの一次元である場合を考える。平衡状態の電子密度. をnoとおき、はじめに点Xにあった電子が時刻tに平衡状態の位置から微小距ee s（x，t）だけ変位したとする。電子が動くと密度も変わるから、はじめに平面a，bにあった電子が動いて今はa‘とb’の間にある。（b）. （a）. ｝. 一x. G㌔）△x. ＿→I l ｝. ls引一x十s 一e. （b’）. 同△・詞. Ax十As−i. Fig．2．3プラズマ振動概念図. ab間にあった電子数：は、 no△xに比例し、同じ数の電子が△x＋dSの幅を持つ. 空間に存在するので、密度nは. 〃＝轟1葡. ⑳. と表される。また、密度変化が小さければ. 8.

(12) n一・no（1i一奮）. （2雪7）. 電子に比べると正イオンは重いので、ほとんど動かないと考えると正イオン密度はn。のままである。電子は電荷一g、を持つから、適当な点での電荷密度 ρは ρ＝一（n・一 no）9e. （2．8）. あるいは. ρ＝蝶. （2・・9）. とおける。. また、電荷密度は電場とマクスウェル方程式で結ばれており、. ▽。E＝￡ 80. （2，10）. 今は、一次元方向のみ考えるから、電場Eには、一つの成分E．のみである。（2．11）より、. 璽＝笠盗. （2．．、1）. ∂じ εo詠積分して、. E＝堕8千κ. x SO. （2．12）. s・＝OのときEx＝0であるから、積分定ta K ・Oでなければならない。. 変位した場所で電子の受ける力はコ. κ＝一三・ 80. 〈2．13）. と表され、復元力が変位sに比例することがわかる。よって、この運動は調和振動になる。. また、変位した電子の運動方程式は. 解亜一虹s. iZ dt2. So. となる。s。c eiω・tを使うと、. 振動数：ω，は. 9. （2．、4）.

(13) ω 2＝∠延Z￡＿. （2．15）. ρεoMe これをプラズマ振動数といい、プラズマの特性を表す。. 2−3 表面プラズモン1）3）4）12）. 金属表面には表面に局在したプラズマ振動モードが存在し、表面プラズモンと呼ばれている。ここでは、次の層構造構造に生ずる表面プラズモンについてのべる。空気や真空中にある半無限厚さの金属にたつ表面プラズモン（semi− infinite layer system）、更に金属薄膜の両側が同一の媒質で挟まれている場合（symmetric layer system）、金属薄膜の両側が誘電率の異なる物質で挟まれた場合（asymetic layer system）について述べる。（Fig．2．4参照）. マクスウェルの方程式から導かれる境界条件から電束密度，磁場に対する境界条件は、次のように与えられる。. （Si kio ＋ Eo k．i ）（ E2 k．i ＋ Si k．2 ）＋（6i k．o 一一 60 k．i ）（ g2 k，i 一一 si k，2 ）e2’kx ’d ： O. （2． 16）. また，それぞれの媒質中での波数と振動数の関係は. ん3＝属＝ら㈲2. 伽7）. ん3ゐ豊＋蝋割2. （2・・8）. ん3＝競＝ら㈲2. （2・・9）. で表される．そこで、上述の3っの場合における表面プラズモンについて考える．. 10.

(14) （a）. （b）. ε0. kzo. Fkzo ．. r. 「. εo. 、｝薫i：iili；i…；…1；：｝；1……1…：桑…：1……1…………i…i銃，、、：、i↑. 鶏藁寵1路. 求clii｝；i：ii菰……｝ liill：ililillil……1：…｝i｛；ll、；lid. ：i二・、. εO 嘯Q. （c）. 1 kzo E o. 欝，馨…；…i，；｝：；ii：i：i｛……i｛：1：11111∬li｛：1｝i ・i↑. …嚢：：li…li・；i：1｝i叢難d. ／. E 2 ：k獲2. Fig．2．4. 層構造一一一tc. （a）semi−infinit layer system. （b）symmetric layer system （c）asymetric layer sysytem. 11.

(15) 2−3−1空気あるいは真空にある半無限厚さの金属の場合（semi−infinitlayer）. 空気中の半無限厚の金属の存在を考える，（2．16）の条件において. El ＝ g2. d一 oo とおくと、. 上記の条件より、陽4i＞＞1となるので（Sek，o ＋60k．i）2 ” O. （2． 20）. よって、. 竺＝一坐. が得られる．. kzi 8i ここで、式より. kz。2＝ε。鴎ぺ（2． 21）. c. 隔㌧霧一ぺ. （ 2， 22）. c であるから、. 碍帯ペィ観夢ぺE12. （ 2． 23）. kxについて解くと. k＝望 ε・εl. （ 2． 24）. C VSO 十Sl. 空気の誘電率を近似的に、εoニ1とみなすと、金属と空気の境界面に励起される. 12.

(16) プラズモンの波数は次の式で表すことができる．. k．＝gJi−m−EL’一一 ’ （2，25） cN1＋gi. また、誘電率は振動数の関数であるから．（．）．f．，V！1’iiiigeSb（9）（2．26）. となるので、速度γも振動数ωの関数となる．. 2−3−2薄膜；の両側が同質の媒質で囲まれている場合（Symetric layer system）. 図（c）のように、金属が同質の媒質に挟まれた場合を考える．条件として、 so ＝ e2 kzo ＝ kz2. が得られる．これらの条件と式（2．17）より（8ikzo ＋80kzi）（8ek，i ＋Sik，o）＋（Sik，o 一Eok，i）（Eok．i 一sik．o）e2ikxid ＝O （2． 27）. が成り立ち、. 柄喉；：；1鋤柄畦il：；1：；耕・（2・・28）. ここで、双曲線関数を使：うと、. ｛b・k・・＋噛t舳C矧柄÷噛鴫㌔の｝＝・（2・・29）. nonradiative plasmonではkz1＝ ilk。iiであるから. 13.

(17) ｛嚇鰯t舳〔“lllk・・ld）］（・・k・・＋・・k・，・・血（去叫・（2． 30）. となる．. ・ikz。＋・。k，， t・nh（丁丁＝・（2． 31）. または Eik．o ＋ g，k，， cgth（glk．Ad）＝ o （2． 32）. よって、. e・＋‘1＝干・xp←k。d）. （2．33）. So−El. 前述の通り、金属の誘電率は振動数ωの関数として表されるが、 ωP. s1＝ 8rl十i6zl＝1一. ω・⊂1＋湯. （2・・34）. 一1一誓・1箭げ織）（一） ωτ〉＞1ならば、. ・1＝レ筆「一’与・⊥ ω. （2．36）. ω ωτ. よって、振動数ωをk。dの関数として表すことができる．. ω司一磐一’与・⊥ ω. ω. （2．・37）. ωτ. よって、振動数ωをk。dの関数として表わせる。. ω・一意1±・xp（一k・d）（2・ 31）. 14.

(18) 上記の式は厚さdの金属薄膜のプラズマ振動には二つのモードがあることを示している．薄膜上の電子分布に関し、膜の両側でω＋が非対称、ca・一が対称に対. 応している．ここで、k。d＞＞1のとき、二つのモードは. 媚詣. （2・・39）. に近づく．ここで、ωpは表面プラズマ振動である．. ””A. 一 tttttt. 4. N”’. 十十十一一一. 十一. z＝十 112. v．．．. v・．．．．. 小. 卒. ．．．一. ・・…. ””. S. ．．”・. z議O. ・…1レ. iilig”i”i・”11. 『噛’. z＝一 1／2. 一十十十. レ！一一一. S. @十十十. ▼＼幽. ．．一一. ．．．一. ib） tu＋mood. （a） ca−mQod ：Fig、2，5 金属薄膜上の電子分布. 薄膜の両側が真空あるいは空気であれば、80＝1と近似できる．よって、ω。は. 躯翁. （2・・4・）. と近似できる，ここで、表面プラズモンの分散曲線を考える．今、振動数を波数丸の関数とすると、分散曲線は図の様に表される． lk。idl＞＞1だから. t・nh⊂圭麟1. （2・・4・）. 15.

(19) ・・th⊂姻駕1. （2・・42）. を代入すると、. （6ik，o＋Sok．i）2 ＝O （2． 43）となり、. kk ． E2．i．．E｛，！EL．8i （2． 44） cvso十el が得られる．. 2−3−3薄膜の両側が異なった物質で挟まれた場合（Asymmetric layer system）. Fig．2．4〈c）で表わされるように、厚さdの金属薄膜が空気または真空とプリ. ズムに挟まれているといったように異なった媒質で挟まれているような場合において. M＞＞1の場合式（2．16）においてe2ik・・㌦0となるから、マクスウェル方程式の境界条件に代入して、. （8ikzo＋gekzi）（80kzi＋Eik，o）：O （2． 45）これより、. （hik，o＋gok．i）＝O （2， 46）. （Sokzi＋Sik．o）＝O （2， 47）が得られる。（ε⑪k、i ＋ Sik、1）＝0のとき. （Ee2k．12”E12k．02）（2・ 48）これを代入して、. 16.

(20) 幽⊂躯）＝施〔g）2 一“ k．2）（2． 49）. これより誘電率εo， E、（空気と金属）の境界面のプラズモンk。01は、. kx。1−9 ‘1 c. （2．・50）. s 十81. と表される。（εok。i＋ε1k。o）＝Oのとき. ε。2k。12 ・ε，2k。。2. （2．51）. これをく2．18），（2．19）に代入して解くと、. 誘電率ε1，ε2（金属とプリズム）の境界面のプラズモンの波数k。12は. 鰐蔦. （2・・52）. また、それぞれの表面プラズマ振動数は. ％＝歳. （2・・53）. また、媒質》における：角振動数ω。は. ごの・＝17ilkx. （2・ 54）. となる。. 以上から、ある特定の振動数ωの光を照射させると、膜厚が十分に大きい場合には、金属と空気の境界面に入射光の波数が、k。。、と等しくなった時、表面プ. ラズモンが励起される。また、金属とプリズムの境界面には入射光の波数がk。12. と等しくなる時、表面プラズモンが励起されると考えられる。しかし、以下の条件を満たすもののみ観測する事ができる。. 入射光の波数をk、プリズム内での波数をk，、金属膜への入射角をθ1、角振動数をωとすると、蒸着面に平行な波数ベクトルの成分と表面プラズモンの波数が等しくなる時に表面プラズモンは励起される。 k，，一・k。・i・e，・n。tL・i・・Oi. （2・55）. c ここで、図より、表面プラズモンの分散関係は媒質1中の光の分散関係よりも 17.

(21) 右側、プリズム中の光の分散関係の左側にある。. すなわち、ある一定のωにおいてむ. む. 掃くω＜が. （2・ 56）. とならなければならない。つまり、. 害・n。書・i・e，・曙. （2・一57）. を満たせばよいわけである。. 襲礁・蜴より、 c. c. ⊥＜、i。、ei（θ1は、全反射角）（2．58） ηP. 娯・蝿く・認より、 c. c sinθ＜1. （2． 59）. 以上より、. ⊥。，i。θ．1. （2．60）. np まを満たす範囲でのみ、表面プラズモンの励起が観察されることになる。. ω＝⊥ん ed so 曝. tu s 2. の＝⊥ん. @ 再渥. 2一. 卿. ．. 縛. ，. 脚. o. 菖. 匿. ■. 辱. 単剛馴齢・卿・謹ロ軍，鱒顧・・． ■ ■ ● “ 騨嗣辱 ■ ● ● の國齢. 曽幽 “ o 學愉 ● 薗 ● 髄 r 冒．．願脚脚齢爲. 畢冒. ．. 脚. 入射光ω ω. @ 洞渥. 脚. ，. ，. 耳. 醒脚脚 ■ 圃．. B F. ■ 昂曖 ■ 吻團， ” 噛 ■ 噂顧齢麟繭噛腫胃唐 ● 曹唇瞳曝，噸炉の甲印露 ■. ・. ：：. 表面プラズモンの励起波数 Fig．2．6表面プラズマ振動の分散関係. 18. k、.

(22) 第3章実験方法 3−1表面プラズモンの励起角の測定4＞ 3−1−1実験原理2）入射光の媒質の境界面と平行な成分がプラズモンの励起波数と等しくなるとプラズモンの励起が起こり、観測される現象としては、金属薄膜からの反射光の減少が見られる．. L’“ti一“瑚. ﾍ磯，♂ ＼で（i／. k・霞旦…さ／／〆表面プラズモン溜蜘i. 一一 Fig．3．1薄膜と平行なレーザv・一・一の成分と表面プラズモンの波数ベクトルの関係. この実験ではA？R法を用いて、入射角度を連続的に変化させ反射光の強度を測定し、強度が減少する角度、つまり、表面プラズモンが励起する：角度を測定した．. ここで、ATR法について少し触れておく。プラズモンの分散曲線はω＝ん。で. 表される光の分散曲線よりも右側にあるので、ただ単に光を真空側から金属表面に入射しただけでは、波数保存則を満たすような表面プラズモン（以下 sp）は励起できない。金属表面へ直接入射した光ついては、表面に平行なそ. の波数成分の大きさが高々ω／cであるのに対してプラズモンの励起波数は ω／cよりも大きくなるからである。つまり、プラズモンを励起させるためには入射光の波数を大きくする工夫が必要になってくる。このような場合によく用いられる方法は、全反射減衰法（Attenuated Total Reflection）といわ. れ、クレッチマン法とオットー法の二種類がある。（a）. （b）. 射光. 厘射光. 射光. 入・’. ei. il. Ci. ぐ. Fig．3，2 ATR法の配置. 間隙. ［］ D. ［＝＝iii＝Ziur」 19. （a）クレッチマン法（b）オット・一一一・一法.

(23) 図の（a）の配置で示されるのがクレッチマン法で、表面プラズモンを励起さ. せる物質（sp活性物質）をプリズムに密着させる。対して、図の（b）の配置で示されるのがオットー法で、sp活性物質とプリズムのあいだに間隙が存在する。. プリズムの屈折率をnp、入射角を0‘とすると、プリズム中では波数ベクトルが境界面に平行方向に偏翻，並の大きさの成分をreD。 npとe，・・／）値を lo ， c. 適当に選択する事により、kn＞一とすることが可能である。このような関係 c が成り立つときプリズムの底面では光は、全反射される。すなわち、プリズムの底面の外部では、プリズム底面から離れるにしたがって、入射光の強度が指数関数的に減衰する、二二波となっている。spのω，んに対応したe，とω になると，この消衰波からspヘエネルギーが移り、それとともに、反射光が減衰する。このようなspの励起、観察法をATR法という。今回の実験では、「全反射減衰法による表面励起子の研究9 （片山199. 4）において、理論値と実験値のずれの原因を追求するため、銀の蒸着の際生じると考えられる油膜の除去のため真空蒸着装置にN2トラップを仕掛けた．併せて、半導体レーザー用アダプターを作製し、従来の実験装置に半導体レーザーを取り付け、波長変化に伴うプラズモンの励起も測定した。. 3−1−2実験装置： H：e−Neレーザーもしくは、半導体レーザーから照射された光は、レコーードプレ…一一一ヤーの回転部中心に取り付けられた反射鏡によって反射され、銀膜に. 角度を変化させて入射する．この際、光の散乱を最小にとどめるため、光路間に三つのレンズを配置し、収束を高めた．銀膜で反射された光により太陽電池が発電し、この電圧変化がシグナルアベレー・一・hジャーに送られる．シグナ. ルアベレージャーでは、一回の掃引における電圧変化を1024点でサンプリン. グし、温点において、32回平均したものを出力する。サンプリングされたデータは井田明人氏によって作成された解析プログラムでExce1データとして出力される．. 得られたデータを入射角、掃引角を元にシグナルアベレージャーのアドレスに照らし合わせて励起角を算出する．：Fig．3．3に装置の概略図を示す。. 20.

(24) 0．40. ｿ30 ﾃ避20. ｰ10 ｿoo 0. @. 200. 40◎. 600. adress. 8QO. 1000. 12GO. 出力. 光源. オシロスコL・・一・一プ. レンズ1. トリガー. 蔓・：：、. ／ベト. ／. コンピュータ. 一一一一一一wh”mx. シグナル. アベレージヤー. 髄・髪. ／. 士いノ. ハ. レコードプレーヤー㌧. レンズ2 レンズ3. Fig．3．3 実験装置概図. 21. ゴニオメーター.

(25) 反射波の電圧波形電圧（v） O． 20. O． 15. O． 10. O． 05. o． oo. Fig．3．4 adressと電圧変化の関係. Fig．3．4は上記の測定装置によって、実際得られた1024点の電圧を記した. グラフである。横軸はadressで、サンプリングした1024点中の場所を示す。横軸の最高値は1023である。縦軸は電圧である。本実験では、点（a）（b）（c）を. それぞれ、立ち上がり、励起、立ち下がりと定義する。以上が実験装置の概略である。. 以下に、実験装置に用いた個々のパーツをレーザー駆動系、光軸系、測定系に分けそれぞれの概略を記す。. レーザー駆動系・光源. He−Neレーザーを使用。波長λ＝633nm、出力 O．95kw 半導体レーザーを使用。波長λ ＝669．9nm，波長λ＝669．9nm 半導体レ・一・…ザーはいずれも出力可変・半導体レーザv一一 ts源装置. 定電圧電源として、小林計測器のpower suplyを使用した。半導体レーザーを実験装置系に固定するためのアダプタ・一・一一Lを作製し、また、. 出力を調整するために簡単な半導体レーザーの駆動回路を作製した。. 22.

(26) 光軸系・レンズ. 光学ガラス設計社製の材質B．：K，7、屈折率1．516の両凸レンズを使用。レンズ1、2：A＝50．0，：B＝4，4，C＝2．O， EL＝250，0 レンズ3. ：A＝50．0，B＝8．O， C＝2．0，：F．：L＝100．0 （mm）. 直径±・O．5mm，中心厚±02mm，縁厚± O．5mm EL ±5e／o ・回転部. オーディオ用レコードプレーヤーを33．3回転で使用。. 反射鏡は、銀を厚さ1000Aで蒸着したものを使用。測定系・シグナルアベレージャー. MODE：L BX−531エヌエフ回路設計ブロック社製 TIM：E WINDOW（時間軸観測窓） Fig・3・5レンズの規格波形の観測時間範囲を100ns∼500Sまで設定可能。. TIME DELAY トリガ信号からどの程度はなれた時点にTIME WINDOWを設定するかを決定する。. 100nS∼500mSまで設定可能。. 本実験では、 TIME WINDOWを50mS， TIME DELAYを250μSに設定。. トリガー入力. sampling. T缶＿鵡τIMEW1ND。謎［. ・太陽電池 Fig．3．6 バイアス抵抗10kΩ. シグナルアベレージャー概念図. 受光点が点ではなく面なので調整しやすい利点を持つ。・トリガs・一一一一部. シグナルアベレージャーを入射レーザーに同調させるために使用。. 発光ダイオードにレーザー光が入射すると電流が流れる・オシロスコープ波形の確認のため用いた。. 井田氏作成のシグナルアベレージャー解析プmグラムを組み込んだEPSON のPC 486 GR super. 23.

(27) 3一」1−3実験方法実験方法は、大きく試料作成行程、入射角、掃引角の設定行程、測定行程の三つに大別できる．. 1）試料作成行程試料作成行程はさらに、プリズムの洗浄、真空引き、蒸着に分けられる． a，プリズムの洗浄. 今回使用したプリズムは、斜辺36mm、その他の辺25mm、屈折率1．515 面精度1／4波長、：角精度5以内、寸法＋0，一〇．3mm，材質 B．K7. プリズム表面をエタノールで拭き、六価クmムに一時間浸した後、水道水で 5分間水洗いした。ビーカ・一一・・にプリズムをおき、エタノールでひたして3分. 間超音波洗浄機にかけた。再度、表面をエタノールで洗い、恒温槽にて70度で乾燥させた。 b．真空引き. 真空漕内の炉に、高純度銀（純度99．999％）をいれ、洗浄済みのプリズムを図のように配置した。ロータリーポンプで、10−2torr （ガイスラー管が. 発光しなくなる程度）まで引き、デュージョンポンプ（油拡散ポンプ）で1 0 一5 torr程度までひいた。このとき、油の真空漕への進入を防ぐため，常に液. 体窒素でトラップをかけておいた。. 礁電流一瓢鱗発させ腿蔽／i＼＼板を開いて、膜厚測定機の表示をみながら、目的. ｝下. の膜厚に蒸着した。蒸着速度の目安は、2A／s. 20mm. である。. ＿愛一. プリズムに蒸着された銀の蒸着面は直径20mm の円形となる。（右図参照）. Fig．3．7プリズムと蒸着面. 2）入射角、掃引角の設定非常に精密な設定であるので、細心の注意が要求される。. レーザーが発振して反射鏡にあたる点と、銀膜で反射された光が反射鏡に戻る点が一致する（光が同一平面上にある）ように、光軸を設定した。. 銀面がゴニオメーターの中心となる位置にプリズムを固定し、レンズ3の. 端A，Bそれぞれから銀膜に入射した光が塗膜に反射して再びレンズ3の端 A，Bに入射する（プリズムの入射角が90度：になる）ように、ゴニオメーターの角度を変化させて、最少入射角α、最大入射角βを決定した。. 24.

(28) 最少入射角αと最大入射角βから、掃引角γを決定した。. 7＝6−a （3． 1）. A 5. レザー入射. B. 編7一／／. α：最小入射角 β：最大入射角. B Fig．3．8 光軸設定の概図. また、シグナルアベレージャーから得られる、立ち上がり、立ち下がりのアドレスと掃引角γより、1024個のサンプルポイントを入射：角に換算する事ができる。. 角度の変化率は. 立ち下がり。伽≡立ち上がりadress （3・・2）であるからそれぞれのサンプルポイントをAD：RESSとすると、入射角θは、. θ＝α＋. ｧち下がり。伽≡立ち上がりadress×（ADRESS一立ち下がり・dress）（3． 3）. となる。さらに、プリズムの屈折率を考慮すると、. 25.

(29) e，一. uθ）〕. （3． 4）. となる。. 以下、本論文においては、見かけの入射角をθ、真の入射角をθiと定義する。. 3）測定測定にあたっては、測定機器安定化のため30分前に電源を入れた。測定に使用した機器、部品の概略を示す。. （1）He・Neレーザーによる励起角の測定測定は、蒸着直後、24時間後、48時間後におこない、励起：角の時間変化を見た。シグナルアベレージャーによる信号の平均回数は32回とした。（2）半導体レーザーによる励起角の測定 He−Neレー・一一ザーは出力が一定であるが、半導体レ一一ザーを使った場合は、. 任意に出力電圧を許容範囲のうちで変化させることができる。最も測定に適した電流値を捜すために回路中の電流を変化させ、励起状態を測定した。出力電流と電源電圧の関係は半導体レーザーの特性上、室温に左右されやすいので、実験室の温度は可能な限り20℃に調節した。測定で得られたデータには半導体レーザーの出力電流値を貼付している。. 3−2 偏光解析法を用いた薄膜の感厚測定 3−2−1実験概要プレパラート作製用のガラスに銀を蒸着し、水晶振動子法を用いて、いくつかの平生の薄膜を作製した。これを、玉井研究室にある偏光解析装置エリプソメトリで薄膜の光学定数を測定した。偏光解析法の理論の詳細は第二章偏光解析法を参照のこと。. 3−2−2実験方法実験は、試料作製行程、測定行程にわかれる。. 1）試料作成方法前述のプリズムに銀を蒸着したのと同じ手順を経て、プレパラート作成用. 26.

(30) のガラスに蒸着膜を作成した。銀膜を蒸着したプレパラートをFig．3．9に示す。. プレパラート用ガラスに蒸着された銀の薄膜は、直径20mmの円形となる。. 2）測定方法装置を安定させるため、1時間前に電源. を入れた。電子倍増管の加速電圧は400v とした。. レーザーの入射角を70度に設定した。試Fig・3・9プレパラートと蒸着面. 料をエリプソメトリに取り付け、銀漏からの最も強い反射光が、検光子部のスポットに収まるように設定する。基盤の光学定数、銀の薄膜の光学定数は以下の手順で測定した。. 1．1／4波長板が45。になるように設定する。. （1）検光子A1が、0。〈A1＜90。の範囲で暗くなるところを捜す。（2）偏光子P1が、0。＜P1＜180。の範囲で暗くなるところを捜す。電子倍増管をつかって、微調整しながら、P1，A1の値を読む。（3）検光子A2が、 A2＝360。一A1の範囲で暗くなるところを捜す。（4）偏光子P2が、 OQ＜：P2＜180。の範囲で暗くなるところを捜す。電子倍増管をつかって、微調整しながら、P2，A2の値を読む。 2．1／4波長板が315。になるように設定する。. （1）検光子A3が、0。＜A3＜90。の範囲で暗くなるところを捜す。（2）偏光子P1が、90σ＜：P3＜180。の範囲で暗くなるところを捜す。電子倍増管をつかって、微調i整しながら、P3，A3の値を読む。. （3）検光子A4が、ほぼA2のあたりで範囲で暗くなるところを捜す。（4）偏光子P4が、0。＜P2＜180。の範囲で暗くなるところを捜す。電子倍増管をつかって、微調整しながら、P4，A4の値を読む。得られた値を用いて、 illJ ＝ i（Al＋ A2 ＋ A3＋ A4）. （3． 5）. A．K：t！llt，（12i1．：Ctei｝．±efQl＋1［’2）一（p3＋p4）. （3． 6）. 2 を算出して、＝ンピュータ解析する。. 27.

(31) 3−3薄膜の表面観察 3−3−1実験原理. 金属顕微鏡を使って銀の薄膜の表面状態を観察する。観察には、反射光を用い、表面状態を観察しやすいように偏光をかけた。 3−3−2実験装置. 兵庫教育大学玉井研究室に設置してある金属顕微鏡を用いた。 3−3−3実験方法. 1）試料作成方法上述の3−2−3と同様にプレパラート用ガラスに銀を蒸着した。. 2）観察方法プレパラート用ガラス上に蒸着した銀膜に光を当て、その反射光を観察した。反射光には偏光フィルタをかけ、観察には、接眼レンズに10倍、対物レンズには50倍と100倍をレンズを用いた。. 28.

(32) 第4章結果 4−1 プロッタ式とデジタル式のデ…一一一タ解析の比較プリズムに蒸着した銀膜にレーーザーを入射した際の反射光の強度は、太陽電池で. 電圧変換され、電圧変化で示される。従来の実験では、シグナルアベレージャーで平均化されたデ…一・・タは、トランジェントメモリーに一時記憶され、プロッターに出力されていた。励起角の測定はプロッタ・一・一・・でうちだされたグラフから立. ち上がり、立ち下がり、励起のアドレスを読み取り、第三章実験原理に示した方. 程式より算出していた。今回の実験では、シグナルアベレージャーのデータは RC−232ポートを経由して、シグナルアベレージャー解析プmグラムを組み込んだコンピュV一一・hタに入力され、コンピュータで解析することが可能となった。ま. た、扱える情報量も増え、実験精度も高まった。Fig．4。1に今回と従来の実験データの比較図を示す。（a）上段が従来のデータ形式、下段が本実験のデータ形. 式である。ともに、縦軸が電圧（V）、横軸がサンプルポイントであるが、プロッタ式は横軸の最高値が264ポイントであるのに対し、デジタル式は1023ポイントである。従来型に比べて、4倍の情報を扱えるようになり、更に精度よく電圧変化を記録出来るようになった。また、データが数値で扱えるようになり、人為的誤差を最小限にとどめることができた。. 4−2 波ft 633nmのHe−Neレーザーを入射した場合. 4−2−1反射波の電圧変化波長633nmのHe−Neレーザーを入射した際の各膜厚における代表的な反射光の強度波形をFig．4。2に示す。各図の横軸は角度（度）、縦軸は電圧（v）である。. 銀膜；が薄い50Aでは、表面プラズモンの励起は見られない。100Aでは鋭くはないが励起が確認される。細杷が厚くなっていくにつれ励起はより鋭いものになる。さらに試料が厚くなると、鋭い励起のままpeekが弱まり、やがて図中（d）のように励起が確認できなくなり、銀膜で反射された光はどの角度で入射してきた光も等しく反射するようになることがわかる。Fig．4．3（a＞は、測定で得られたグラフを重ねて比較したもの、（b）は表面プラズモンが励起する付近を拡大したものである。グラフからは、膜厚が厚くなるにしたがって、励起のピ・一一一ク. が左に移動していく、言い換えれば、蘇蜜が厚くなると表面プラズモンが励起するためのレーザーの入射角が小さくなっていくことがわかる。. 29.

(33) （a）. ｛. i. iも．. 寧＿む＿＿. i．＿＿. 一＿M. 一. 馳. レ. ＝. ・細一1. 昌 ■. i. i. ：一一一・一一一．… ・一一・一．一一. 一一一一十一一一一. 一， −・. L. 1コ山… 剛. 7. 申一・一. 一. 『. 7τ謄. @. …. 1. と. 穆一7一…. 鼈黶Q ，．層胃幽一一一. i. ll ｝. t』ト’．一一 …一’r’…’一”. @一. 9｝「’一一’…. u. 燃／； …1・1鋤i：・；・；辮：1…i、．1. 珊簾li・i・繍：｝…；ll；．、. m工掛「∵層’「卜. o. o. 測足No， 110501. ‘. 0．20 X一〇，10. @ 0．00 30. 40. ［deg］ 50. e駆獄lll’；，1. pee. 60. eη．1」‘職1；1・. aress！1： 1；i！1．・il：. ●. かけの. 41．98 43．01. の. （b）. ◆トラップ無. 45． 0. {N2トラップ趣44・O. v譲4歌・ 42． 0. o. 100 200 300 400 500 600 700 膜厚（A）. Fig．5．1（a）上段：プmッタ式、下段：デジタル式（b）液体窒素トラップの効果. 30.

(34) （d）. （a） O． 25. 【．’』. mi’馳刷. 耳［. 円. ．「. L■ ヤ. 1馳. P’ m冒. ，. ．1 閏「. n「『. ■冨群. 勃. 唱. 1噛−. e． 25. o． 2e. 「. 冊rl. 「’ u｝「「. 噛丁」. P. 喝. 再. F「. 旧．．「. 1．. O． 20. i. ε往15. 奪O．15. v. i. 跳1・ 1. 轟・・1・. 1 e． os. O． 05. 1. 1. 1. Ii. o． oo e． oo 0．0. 30． 0. 40． 0. 50， O. 40．0. 50．0. 60．0. 60． 0. @. 角度（度）. 角度（度）. （b）. （e）. e． 25. 謄. 曽. 1. i. P．. 「. @i. 耳. 回「. O． 25. ド. T. ”. 、’ 曜％. L 伊. 「. r. 暦. τ TP. T. り. 腎. O． 20. O． 20. 1 1. T O． 15. v. ：． O． 15. wa O． 10. 轟・．1・ O． 05 O． 05 o． oo. 30， O. o， oo. 30． 0. 50， O 角度（度）. 40． 0. 40． 0. 50． 0. 60． 0. 角度（度）. 60． 0. （c＞. @. 0，20. @. 0．15 ﾃ. m. 頗騙7. O． 20. 1T. P. ｝1』. O． 15. ゼ. P. ‘r り. 1. c．. 0．10. o． Ie ?. 0．05. i @. O． 05. 1. 0，00. o． oo. 1. 30．0. @. 40．0. 50．0. e. 60．. 角度（度）. Fig． 4，2He−Neレーザーによる代表的な反射波の波形. （a） 10QA （b） 150A （c）250A. （d）400A （e）sooA （f）700A’. 31. 35， O. 1. 1. り. 罵. ‘｝1.

(35) （a）一100刮」r吋呼“ψ鯛gn. O． 25. 刑帽「，帆. 敬廿rr嘱Ψri1榔. ’ATi勘ψ圏㎜’. 恥レ咽1rト陥U昌嘔覧り附「嵐V砲，犀. 月“L岡F個ρρ. 嚇. 献「脚Ψμ月甑噛. 厚. r’prり駄冒卜」㎝脚．“り1岬ρ四曜π蝉rr脚鷹糊，w脚 ’■巾脚．佃川酬噛脚・1鵜Ψ」h郡r. 紬・. ム，・’. 騨．脚叫團ρ唱. O． 20. ?T0. 一一. 11. @. 200. @. 300. 無．. 一. 一. ，・L←二. −. 一. 一. 一. 密. …. O． 15. ￨500. 1＿. s；. ，一. sv O． 10 1影. 鯉0．05 7. o． oo 噛燭 D0. r【. 30．0. 40．0. @. U0．0. 50．0. 角度（度）. （b）. 100. O． 25. 鼈黷. 帖隅一㌧・4. O． 20. 200. @. 300. @. 500. r 磁「L馳玉’. 鐸. 圏晩恥. a、、『. ドハL. 曳. O． 15. s. NV O．. 10. ∼ 「. 寒届. 過. ＿ノ. 出. 隆. ㎡. ，. 説. ’暴二 ←邦. 岬. 1. o． oo. 40． 0. P50. @. 41． 0. 42．0角度（度） 43．0. Fig．4．3励起角の膜厚依存性光源にはHe−Neレーザー一・（633nm）を使用. （a）電圧変化の全体像（b）励起角付近の拡大図. 32.

(36) 4−2−2 励起角の膜厚依存性それぞれのグラフの立ち上がり、立ち下がり、励起のadressより、励起角度を. 算出した。また、あわせて、励起角の時問変化を見るため、測定は、銀膜蒸着. 直後、24時間後、48時間後に行った。結果を表4−1に表わす。. 表4−1励起角の膜厚依存. A. 100 150 200 250 300 350. 400 450 500 501 584 600 700. 蒸着直後、1. 酋｛. 1. 4. 2 4時剛己暫“. 、ノ. γ. 99 28 04 04 88 85 86 99 88 89 92. 0 07玉. 45 43 43 43 42 42 42 42 42 42. 0 573. 32 58 04 03 88 78 88 88 80 82. 8時雛 “. 、ノ. γ. 一. 43 43 43 43 42 42 42 42 42 42 42. 一. 一. 一. 一. 炉. 一. 一. ｝. ｝. 一. 一. 一. 43．. 43 43 43 42 42 42．. 42 42 42 42. 0．. 0 0．. 0 0 0. 0 0 0. 0. 042 049 042 000 085 035 Ol4 021 042 042. 0 127 0. 000. 0 042 0 042 0 106. 0 021 0 021 0 000 0 021. 一. 88 50 10 02 82 75 89 89. 80 80 82. 1. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0. 414 000 000 028 042 064 000 085 000 000 064. （一）は励起角測定不能. また、表4−1をグラフにしたものがFig．4．4である。（a）は蒸着直後のみの膜；. 厚と励起角の関係を示している。膜厚が厚くなるにしたがって、励起角が減少していくことがわかる。膜厚が薄いときには励起角が大きく減少するのに対し、厚い膜に対しては、減少率が小さいのは特筆すべき点である。（b）は、励起角と時間の関係を示したグラフである。. 4−3 半導体レーサ㌧の特性入射レーサ㌧の振動数を変化させるために今回新たに導入したものが半導体レ. ーザーである。第三章でも述べたが、半導体レーザーはHe−Neレーザーとは異なる振動数で発振することができ、その出力も自在に変化させることができる。半導体レーザーは今回初めての導入であるので、その特性を調べることから実験を始めた。Fig．4．5の（a）は波長669．9nmの半導体レーザーを厚さ200Aに真空蒸着した試料に入射させたときの電圧変化の波形を示している。（b）は、 673．2nmの半導体レ…一・iザーを厚さ300Aの試料に入射させたときの電圧変化の波. 形である。出力電流の違いによって同じ試料であっても、励起のpeekの形に差があることがわかる。出力が弱いとトリガーをかけることができず、強すぎる. 33.

(37) （a）. 励起角の膜厚依存 44． 5. 4幅嚇丸周1州噛「. 「仰［欄 1悩 1. “ L「W. ㎎四…闘“ 訓”研. 朋 V肖 L旧1い呵 1“1柵. 阻四讐司吻噛醐LL句冥｝. r酬岬 1““. ゆη弓哩. 点∼撚脳1脚岨… 晒ヒ解酔脚1 嚇押. 咽嵐嘱鳴＝棚貞噂唱O唱聞脚噛、ト卓いか，幽1. ごド洞＝砥m“L軸1噛駕捌1. 噛ト⑲［曜』、M’. @糖躰」酬廿 i 鼠平皇. 趣. v. 春. eq 43． 5. 良. 専. 匪・. 300 400. 200. 100. 500. 600. 膜厚（A）. （b）. 46． 0. P」層臼’ハ”．己両V艦W. Ph…りρ覧咽い㎞L咽h，叩噛11∼脇，西旧塵個n弓F”m. がrr1闘帆. 「降ノF儒笛、冊F. A甲帖｝隆“Fr、v. ［訂轟じ即ア、、■罰「mPい，，｝m. 門蹴Ψい叫、叩…断. 弾，翻n叩「畔郁圧【“〉酷1噛恥寧匿甜「描 M，「−欄「、“1「吟、F岬n偲防り圏mv飴. 鷹rV贈■吋0. ◆蒸着直後. 蛯Q4時間茄. @4. 45． 0. 8時間穆. 一. 毬. v峨44．0. 凋. r. 43． 0. 罵. 曜. 42． 0. o. 100. 300 400. 200. 膜厚（A）. Fig．4．4励起角の膜厚依存性（a）蒸着直後の励起角（b）励起角の時間依存性. 34. 500. 600.

(38) 囎5。 …加. u…. A脚、U「■L撃訓」. …r i. L、、い阿」回民. 「……. O． 40. 冒。＝▽牌M．. 「噛㍉匿．「噛唱刷. …「…γ…. 1嘱乳《＝、、臼. “弼A. 、. 賦M. 卓. 嫡F. い「噛F冴r噛サ. 即脚‘．猛“＝L. ℃．1．、．隔脚、L輔1. 柵」」ごη“ど. 」「帥11「n肺孔. @旨. 一47．Om c …. 褥. 卯. 脚. ”剛. 珊σ. S0，0m. @ 35．Om 噤c… R2．5mA. 四. ￨34．．mA. i 鋼・・30. r㌔！5. v. ，鋤「. ．「1’ g’＝㍗．∵三ノ. 儲｛ k「砂’・. ζ靴で・、. ∼. ，∼剛ポ. ∼∼. ／目. ジ. me）． 20 壽胤. 1；・｛. O． 10. o． oo. o. 400. 200・. 800. 600. adress. 1000. 1200. ㊨ 0．50. T. 1. 月. 丁. 脳. 一26mA @脚…櫛. Q7田A. @ 28mA 脚剛吊酬. @0．40. 8”. ．i舞耶rド㍉. 1期．．＿一. P“…… …馴・、1「「. 一1茜．じじ鞘肥ザ. 1. @0．30. 鐸. 町個. ﾃ出鯉0．20 0．10 0．00. R0mA. 一32mA 一35田A. 40mA 亙. 「一： 7. 煮. 1. 0. @. 200. 400. 600. 800. 1000. adress. Fig．4．5反射波形のレーサ㌧出力依存（a）669nmの場合（b）673nmの場合. 35. 1200.

(39) と励起が確認出来ないということが明らかになった。しかしながら、今回の実験においては表面プラズモンの励起角が測定対象である。それぞれの出力電流. で、表面プラズモンを励起させたときの励起角を表4−2に示す。波形は変わろうとも励起角の散らばりは誤差の範囲に留まり、出力電流によって励起角は変化しないという結果を得た。出力電流と励起角の関係表4−2. 塵臨. ミ. o. こ. ○. 本実験では、出力電流はレーザーを設置する場所の室温にも大きく依存することも明らかとなった。半導体レーザーの室温と出力電流の関係は第三章を参照の事。. 4−4 波長669，9nmの半導体レーザーを入射した場合 4−4−1 反射波の電圧変化 Fig．4．6は、波長699．9nmの半導体レーザーを入射した時の、各膜；厚における代表的な反射波の強度変化を示す波形の一覧である。横軸は角度、縦軸は反射波の強度変化にあたる電圧変化で単位はV（ボルト）である。（a）から（f）へと事解は厚くなっていく。一見して、波形は100A付近で、その形を変えること. がわかる。鋭い励起のpeekは200A付近からあらわれ、膜厚が厚くなると消沈していき、（f）の700Aでは、まったく観測されなかった。大体において、 He− Neレーサ㌧を入射した場合と同じ波形が得られた。 Fig．4．7（a）は、各膜；厚で得られた波形を重ねて表示したものである。（b）は励. 起角付近を拡大したものである。He−Neの場合と同じく励起角が左方向に（角度の小さい方に）移動している事がわかる。. 4−4−2 励起角の管厚依存性各膜厚における反射波の波形より立上がり、立ち下がり、励起のadressを読み取り、プリズムの屈折率も考慮にいれて、算出した表面プラズモンの励起角. を表4−3に表す。測定は、蒸着直後、24時間後，48時間後におこなった。. 36.

(40) （a）. O．40. 凸. ど. 中. Fr幽. …. ぼ門. 同. 、駒． E層r. rr「・ “唱1、．r’. 門. 0．40. … … H. 層．「噛”F 財丁，「・. 脚 FF，. T…. 隔. L昨1. ’Fr ”1. 【．. MPF W」，．1■」. 押，. 幽”’. 奄dP……. η. 湘. ￡. O．30. O．30 X）0．20出腰0．100．00. i㍉，20出紬．100．00. 鼻. き｛. ｛. ｝. §. 1. 35，0. 45．0. @. 55．0. 65．0. 角度（度）. 30．0. 40．0. @. 角度（度）. 50．0. 60。. （e）. 0．40. 剛「Hρκ”. 祥罫. 0．40. …. （0．30. デ弔げ. H. 胃…. 覧. 晒. F. V. ■．. ．7胴㍉ド. 円u. T’. ド P. 「…. （0．30. 〉. 1. 〉. 〉. 鷹. ）. 田α20. 0。20園. 鯉 0．10. 腰. ｛. 0．10 0．00. 0．00. 30．0. 40・0. p度. （戯。. @ 30．0. 60．0. （c）. 40．0. 50．0. 角度. 60．0. （度）. （f）0．40. O．40. …7. 鴨層響，卜. T Tヒ. …. 」憎. ■㎞ P A. ㎝. 【. 舗［. T. ■舶. ”F. 凡り. ’丁嘩蘭. 搾「. 董. rサ. ?’馳. 戸「 F牌. ’F77. 剛「’川，L. 弔. 申層P. ，. L. L鈷. 1. 門 Lドrドー. 磯. rl. （0。30. 0．3⑪（. 〉. ≒. ）. 〉. ミ. ）0，20 出鯉0．10. 出0・20. 鯉 ◎．10. 5. 葦. §. 1. 0．00. 0．00 30．0. 40・0. p度. （虜αo. @ 35，0. 60．0. Fig．4．・6波長669． 9nmのレーザーによる代表的な反射波の波形（a）soA （b）looA （c）200A （d）400A （e）499A （f）698A. 37. 55．0. 45．0. 角度. （度）. 65．0.

(41) （a）. 0．40. 50 噌叫．. 閲．“1’. γ ■“ r11「. 幽’FL見w」. 日匠心トr. L乳．r 層1h l L ． “ 1ド. 句軍コ“帖. ▼層、撞 1辱. ．、い噛い「」マ「幽、呼「．. 「層郭即ヒ．. 山、阻，唱1. P 」r而鳴. び噛り「L、. ・「層LW1、圏斬L戦而踊. し」ド噛ヒ．アF. r 見「餌皿困. 工■“ 噛、 F 幽. w’“ ｪ暗階噛. ．り”駒冒、「圏1屍ドn耀■. 脚、㎜η」. 鵬りMr. 汽㌧⇒［噛罵啄. P00 200. 鼈黷 @ 馳声淵. 唱 rA. ρ ．. ，．｝・ノ・、、冒・・. κ ρ’. 萱’、F. ｛しこδL. c・・…’. u，・「ヒ馳. 馳「爵「ず」. ’1. @ 0．30. @ 薄. ノ. X）0．20. 観. 髪認覧. o鯉. 0。10. S00. 698. 残〆. 慧. 0．00. 喚. 試. 脚幌. 瀞駒. ノ. ｛. i. よ 30． 0. 35． 0. 45． 0. 40． 0. 55． 0. 50． 0. 60． 0. 角度（度）. 1. O． 40. 「. 早」剛「【「噛’u. ．r「抑ぼト貸叫. 榊1馳剛い1N 四Aハ蝋…り. 自槻」柳’. 50. @鵡. E一一. P00. @ 2◎0 ’「. v1㌔ ’ ，噛 ’. 馳. ・・. O． 30. v’ボ. 醸. S. ・、」’・．・評. @ −400 @ 698. 叩開. 1. 」. LtO． 20. 丁 O． 10 一袴. 、、㎡呉. 鴫. ㌦研. 艀賦. o． oo. 40． 0. 42． 0. 角度（度）. Fig．4．7励起角の膜厚依存性光源には波長669．9nmの半導体レーザーを使用（a）反射波強度の全体像（b）励起角付近の拡大図. 38. 44． 0. 臨画.

(42) 表4−3 励起角一覧. （一）は励起角測定不能. 表4−3をグラフ化したものがFig．4。8である。（a）は蒸着直後のみ（b）は蒸着. 直後、24時間後，48時間後の励起角をプロットしてある。横軸は膜厚で単位はA、縦軸は表面プラズモンの励起：角である。膜厚が200Aより薄い時には膜が厚くなると大きく励起角が変化するのに対し、200A以上の膜；厚においては、励起角の変化は小さいことがわかる。. 4−5 波長673nmの半導体レーサ㌧を入射した場合 4−5−1 反射波の電圧変化 Fig．4．9は、波長673．2nmの半導体レーザーを入射した時の、各膜厚における代表的な反射波の強度変化を示す波形の一覧である。横軸は角度、縦軸は反射波の強度変化にあたる電圧変化で単位はVである。（a）からくf）へと膜厚は厚くなっていく。上記二種：のレーザーを入射した場合と同じく、波形は100A付近で、. 大きくその形を変えることがわかる。鋭い励起のpeekは200A付近からあらわれ、二心が厚くなると消沈していき、（f）の700Aでは、まったく観測されなかった。Fig．4．10（a＞は、各膜厚で得られた波形を重ねて表示した莞）のである。. （b）は励起角付近を拡大したものである。励起角が左方向に（角度の小さい方に）遷移している事がわかる。この結果も、他の光源と同じ結果である。. 4−5−2 励起角の白白依存性各膜厚における反射波の波形より算出した励起角を表4−4に表す。測定は、. 蒸着直後、24時間後，48時間後におこなった。. 39.

(43) （a） 45．0. 脚…… u…. …. … …「圏…. ’ F唱㎜L ’…“. P 眞. {44・0）駅劉襲43，0 420. ｝. 1. ◆. …. 42， O. O 50 100. 350 400 450 500. 200 250 30e. 150. 膜厚（A）. （b）. 45． 0. ．，r」叫ド炉rr仰咽ロh剛F「申摺. 襯砂r．「仰仲Wrr川い噂自闘r四詞戸W押留トrr輔輔備‘“卿尺. ㎎咽朝ゴ腕ゆ咀贈ルLr田」南刷防「，職’rF胴隅田「〃「眠席陥. 4噌Fし．コ廃「鱒「」ロL蜀L圃埆剛曜・r、. 闇駄髄圃㈲自r阻ロ師」曜酬恥. 鯉”3り5御¶㎜匹的’1F旧刷. ド5唱「嘱刷「. ○蒸着直後. ｧ24時間後 S8時間後. 44． 0. 駆. v齪43．0. r ’. 、. 42． 0. 41． 0. o. 100. 300. 200. 膜厚（A）. Fig．4．8励起角の膜厚依存（669・9nm）. （a）蒸着直後の励起角の膜厚依存（b）励起角の時間依存. 40. 400. 500.

(44) a. （d）. T. 闇. ．殉1. 7叩. …汗ザ「. 1T. 【咋P. 卜r門. ■馳嗣. 随℃. 嘲. M1”. 」n1”，. O． 40. 」帆丁. ’「圃”師層‘’隅’ sT’」”層“M. “−腕「．N. ．㍗噛」■. 「m冒．」幽…¶噛 @. 卜‘. O． 30 O． 30. 9. ＞O．20. Ne． 20. 1. 1. 0．10. 0．10. i. o． oo. o． oo. 30. 30. 60. 40角度（度）50. （b）. 60. 40角度（度） 50. （e）. O． 30. P」畠Fl町Ar，唱犀. ’㎝燃. κκκκ門「「「. κ配「＝’「卍FT「. 耐阿ド州「rκ「. κ♂．阿「f鴨て環旧屠．■閃門. 0．12. κ脚《騨’hW. 怯訊」渦h“. 団. 」罰A. h区区ド. 日. 、区隔晒匝Ah. 剛腸”，Ahh. 崩い鴨1馳L1. 匪純Aヒ劉7. 阻1用戦”闘鴇トL1、．噛軸h“h. 幽”ハh“圃吃. 汽胤沸翫鴇臨L. ドい臨℃」陥. 綿…「尚司. 「. 臣. ζ. 戸9．20. 鳥. ど. O．08. ﾃ融・40．00 ｛. → 鋤．10. i. e． oo. 30. 40角度（度） 50. 60. 30. 40角度（度） 50. 60. （f） 0．50 」．…. 門「. 鴨. w…1阿 w……1’“hL闇. 脚搏1晒層−. 一噛1”1. q. @0．40 ﾃ・・3・巧 o0．20鯉 0．10 0，00. コ. 60. 角度（度） 50. Fig．4．9波長673．2nmの半導体レーザーによる反射波の波形くa） 50A 〈b） 10eA 〈e） 200A. （d）300A （e）sooA （f）700A. 41. 30. 40. 50角度（度）60. 70.

(45) （a）. 100 O． 50. vv. 蝿L. 鼎. ’. 舳L脚騨−■邸層ゆ噛曜L. 囈ｨ. Lr㎝. 蜘FiF鮪、｛引鵠. 隔屯…. T…. 幽鼎1. 曜1、剛噛. 臨曙11. 」コ凧口. 1ト1剛L. 門り” 噛句. 1P禰馬. コ剛、瓶. 、御i麟. “Ψ 卿11｝W. 脚嘗賜. 1W1噴 “. Q0◎. c一 @ 400. O． 40. 鼈黶E. @. S99. 599. ”一． o． 30 §. ＞. 。L、罫心蝋. ．P幽. 亀i. 蚕. ・壷. 「じ、. 激』汽曽. 書. ’螺. ギ. ｛ﾔ・：；械・. 践・. 1. ㎝畠」」静. `、引、. 50．0 角度（度） 6◎．◎. b O． 50. 甲叫欄而㎜轡い印ハF帥」．κ俗．薩吊. 二二早……. 酬帆脚棚. 咽囎. 醐噌，臥唄四」く助告1効榊り. 窄碧. 四. 引 v 糖. 」「詞1「1旨脚L躍凱”叫げ齢巨勅凹陸降踊同触. 「昌糊肝η曜柚匝め瀞岬臣鴇胴ド刃01」P』陣隅. 國，. 一100 Q00 c一一. @ 4◎0 O． 40. @ ・499. 鼈黷. T99. nO． 30. と. 琵. 。＿＿1、. wa O． 20 紳邸蘭脚蜘∼. 殉じ. 無如. 噛醐巨塙1詞劇’．倒n脚岬. 卿囑. ノ，ど，．、，魚翫、. O． 10. ．趙「、幽剛 ‘. 壷. 睦岬’. 一、. ’ ぜ1「β雨. @. o． oo. 40． 0. 42． 0. 44． 0. 46． 0. 角度（度〉. Fig4．10励起角の膜厚依存性光源には波長673．2nmの半導体：レーザ・…一を使用. （a）反射波強度の全体像（b）励起角付近の拡大図. 42. 48． 0.

(46) 表4−4 励起角一覧蒸着直後ノハ、鳳後. 100 183 200 250. 300 399 499 599 698. 48時間後. 24時間後、24 ロ後. 示’. 44．14 42．83 42．67 42．25 42．78 42．94 41．87. 0，181 0，052 0，057 0，000. 、48、欝. ホ’. 44．07. 0，163. 44．04. 月マ、. 0，◎92. 軸. ｝. 一. 一. 42．83. 0，021. 42．82. 0，085. 一. 一. 一. 一. 0，595 0，551. 42．71 42．57 41．58. 0，106 0，000 0，000. 42．86 42．57 41．40. 0，156 0，078 3，818. 一. ㎜. 一. 一. 一. 一. ｝. 一一. ◎，012. ㎜. 一. 表4−3をグラフ化したものがFig．4．11である。（a）は蒸着直後のみ（b）は蒸着. 直後、24時間後，48時間後の励起角をプmットしてある。横軸は膜厚で単位はA、縦軸は表面プラズモンの励起角である。膜；厚が200Aより薄い時には膜が厚くなると大きく励起角が変化するのに対し、200A以上の旧記においては、励起角の変化は小さいことがわかる。. 4−6 入射レーザーの波長変化に伴う励起角変化 Fig．4．12は、波長633nm，669．9nm， 673。2nmのレーザーを入射した際の各膜厚に. おける表面プラズモンの励起角をプロットしたものである。各膜厚において 633nmのレーザーを入射した時の励起角は他の二つのレーザーを入射したものよりも突出して大きい事がわかる。669．9nm，673．2nmの扇合の励起角には、大きな差は見られない。. 43.

(47) （a） 45．0. @44．0 Y岨43．0製霞 42．0 41．0. 400. 6000. 200. @. 膜厚（A）. （b）. S5．0. 棚」醐．」w訂．“」「r却F【師. M師」μに貼酬r【噸F冊v帖L㈲. 5」r哺”Fw置r脚㈱榊鞠唱圖醐1咽鄙rlw唱h隅. 脚．引梛四白1襯㎏印岬障μ．. V”い防咽幹…℃ト脚卜. 閨噸㎝」L臥噛1嶋冒1ゆ川‘q. 期亨細1」“」郭1慣rI“帖Ψ」い｝F 匹印脚ココ．剛卜「引π」邨「四聯. ○蒸着直後. 「. 蛯Q4時間後. @48時間後 @麟3．0製餐41．0. 王. 冒 ●. 歪. 1 1 §. 0. @. 200. 400. 60. 膜厚（A）. Fig。4．11励起角の膜厚依存く6732nm）（a）蒸着直後の励起角の膜厚依存（b）励起角の時間依存. 44.

(48) 入射波長による励起角 44．5. 下. 己」町「G．四. 1殉. ◆673n搬. …. w669mn @633nm. Q. 一1. オ. @44，0 一一 u、. i遡43．5 ¥羅・3・ 42，5 42．0. 「鷺. 7. 、. 《「. 0. 100’. 200. @. 300. 400. 500. 「. 「. −. ‘”. @. 済. 600. 膜厚（A）. 励趨角の入射波長依存. Fiff． 4， 12. ◆673nm. T. 46． 0. ﾋ669nm @633nm. 45．0 翼44．0. ｻ669（24h）ﾞ673（24h） D633（24h）. rl 婿. ）. ?69（48h）・673（48h＞「「63348h. 窯. 製43・0. ■・. 42．0. 1. 41． 0. 0. @. 100. 200. 300. 400. 500. 膜厚（A）. 45. 600.

(49) 4−7 偏光解析法を用いた膜厚測定偏光解析装置エリプソメトリを用いて、薄膜上からの反射光が消光する点を測定し、（3．5），（3． 6）式にしたがって△とΨの値を算出した結果を示す。データ. の詳細は附録に記載することとし、ここでは、△とΨの関係をFig，4．13に記す。横軸に△（度）を縦軸にΨ（度）をとってある。（a）は測定データをそのままプロットしたもので、（b）は測定値の絶対値をとった△とΨの関係、（c）は測定値. の平均でプロットしたものである。. 4−8 光学顕微鏡による薄膜の表面観察薄膜形成上、特徴的な形成過程にある表面状態の光学顕微鏡観察の結果を組み写真にしたものがFig．4．14である。膜厚は水晶振動子法を偏光解析法で校正. した後のもので、左から右に厚くなっている。1206Aの試料表面が滑らかなのに対して146Aはひどく荒れており、その表面に明らかな違いが認められる。また、40gA、682Aの試料表面にはその中間的な特徴が見られる。この組写真は真空蒸着法での薄膜生成過程が良く表れている。. 46.

(50) （a） ξり’…“… …幽. ㈹. ． “脚遣㎜“. ﾊ. …. t. 茎. 2. 睾. @ 謬. ?j夢. … §. ◆ ま. §. ◆. ◆. i 一100. 100. 0 △（度） 50. 一50. 150. （b）. 50. 佛わ埼h剛1，鴫r. u…鼎. 可幅噛コ「【“醐コ5. 『潮画. 画. 蝦. 軌. 目，用咄脚爬. ト」囎漸測’. A備糊汀麟. ρ随畠鞭陣. … 榊… 同幽棚”1. 刷聾照侮ロ「ル脚唱. K. 40 ｝. 』. ム蟹30. 豊. き. ◆. 20 ◆. …. 10. …. ◆. o 120. 1600. 40. @. 80. △ （度）. （G）. 50. 陽篤㈱階L干レ1、冑. L胃覧」しド”. Lコ肖断」晶罷唱い1. 署…師L「K. 脚. 側. 曜 P隔. 師「榊恥m肖ヤ1書し，匪. 40 堅30 2◎. 10 藝. 回！. o 120. @. 160◎. 4◎. 80. △（度）. Fig．4．13偏光解析装置を用いて測定、算出した△とΨの関係（a）生データ（b）測定値の絶対値を採用（c）測定平均値を採用. 47.

(51) （c）t. （a）一！！1111！11111！ r．；一”rvt．i）．ww“］pt sr ；．lfs7e．・. ．ご. レ冠1辞 11 v），. 146A. ・瀞 682A. 409 A. Fig。4．14 真空蒸着法で作製された薄膜表面光学顕微鏡を用いて反射光を観察膜厚は、（a）146A、（b）409A、（c）682A、（c）1 206 A. 48 ’. 1 205 A.

(52) 第5章考察 5−1 液体窒素トラップの効果本実験には、高真空を清浄な状態で実現する目的で、油拡散ホ．ンプを使用する. ときの欠点となる真空槽への油の混入を防ぐため、常時、液体窒素トラップをかけておいた。光源に波長633nmのHe−Neレーザーを用い、液体窒素トラップをかけて. 作った試料とそうでない試料の励起角を測定し比較した。トラップをかけない試料の励起角は「全反射減衰法による表面励起子の研究」（片山茂樹、1993）中の値を用いた。：Fig．5，1に比較図を示す。両者には明らかな違いが見られ、トラッ. プをかけた試料の方が励起角炉小さく観測された。真空糟内に油が侵入し試料に付着していわゆる多層膜のような状態を作っていたものと考えられる。そして、. 複雑に関係して誘電率を変化させ、表面プラズモンの励起角に影響を与えていた可能性が高い。. 5−2 励起波数の膜厚依存. 5−2−1 633．Onmの場合. 表面プラズモンの励起波tw kxは測定された励起角と. to X ’一P c. k．．＝ n一＝sine. （5． 1）. で、関係付けられる。ここで、nはプリズムの屈折率＝L515、ωは入射レーザー p の振動数：＝298×1015Rz、 cは真空中の光速度＝3．◎×108 m／sである。（5．1）にし. たがって励起波．数を求めると、表5−1のようになる。. 49.

(53) （a）. 1． 05E＋07. ㍑脚と｝へ叫F’瞠．印“」∼P5Fr歯嗣」岬めコ俳ρらμρ. ゴF絶UF儲u甘蝋「嗣鳳Tb. 騨ρヌ似JF，. 「醐. 邦蝉‘i置耐［. ・圏1叫. T「，’」「. ’凱. R. …. 一lili ． 04E＋07. ＞. 真. 鷲. ミ. ヨ. as1 ． 03E＋07. 籠. 1． 02E＋07. 100. o. 200 3eo 400. 500. 600. 膜厚（A）. 〈b）. ◆蒸着直後. 1． 08E＋07. 留噛りA℃. ’μ闘捌ドπκκ71μ…κ駅博. 蛯≠?狽??24h. after 48h 1．06E＋07. 亀. 葺. ヨ. 蝋1．04E＋07. 一. as1．02E．07. 輿. 1. §. §. 1． OOE一＋一〇7. 0. @. 100. 200. 300. 400. 500. 600. 膜厚（A）. Fig．5．2膜厚と実測値より算出した励起波数の関係（633． Onmの場合）（a）蒸着直後の励起波数の膜厚依存性（b）励起波数の膜厚依存. 51.