厚み100nm級の赤外線吸収メタサーフェスを開発：両面同時電子ビーム露光法で作製

東京農工大学は、厚さが100nm級という極めて薄い「赤外線吸収メタサーフェス」を開発した。赤外線を用いたイメージングや物体検出、距離測定などの用途に向ける。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

作製法は6G通信のテラヘルツ波帯アンテナにも適用可能

　東京農工大学大学院工学府電子情報工学専攻の朝田晴美氏（博士課程3年）と同大学院工学研究院先端電気電子部門の鈴木健仁准教授は2024年3月、厚さが100nm級という極めて薄い「赤外線吸収メタサーフェス」を開発したと発表した。赤外線を用いたイメージングや物体検出、距離測定などの用途に向ける。

　物体から放射される熱（赤外線）を測定すれば、物体の検出が可能である。赤外線を操れば、熱放射を制御できるという。メタサーフェスは、誘電体膜上に電磁波の波長より小さい構造体を2次元に配列することで、自然界に存在しない光学特性を実現できるシート状の人工構造材料である。ただ、極めて薄い誘電体膜の表裏に微小な金属構造を作製するのが難しかったという。

　研究チームは今回、赤外線を操るためのメタサーフェスを開発した。厚さ100nmという極めて薄い窒化シリコン（SiN_x）膜を用い、赤外域の電磁波に対して動作する赤外線吸収メタサーフェスを作製した。赤外線吸収メタサーフェスの表面には、1200nm角の金（Au）パッチを周期的に配置。一方、裏面には格子状のレジスト壁とAu層を設けた。

　メタサーフェス吸収体の作製に当たっては、東京工業大学微細加工プラットフォームが開発した「両面同時電子ビーム露光法」を用いた。今回作製した赤外線吸収メタサーフェスの特性をフーリエ変換赤外分光法で測定したところ、50THzの吸収率は97.1％、反射率は2.2％、透過率は0.7％となり、高い赤外線吸収率を備えていることが分かった。

赤外線吸収メタサーフェスの全体図（上図）と、表面および裏面（下図）［クリックで拡大］ 出所：東京農工大学

厚さ100nmのSiN_x膜を用いて作製した赤外線吸収メタサーフェスの表面側全体図と、表面および裏面の顕微鏡像［クリックで拡大］ 出所：東京農工大学

　メタサーフェス吸収体の作製に用いた両面同時電子ビーム露光法は、6G（第6世代移動通信）や7Gに用いられるテラヘルツ波帯アンテナの作製にも適用できるとみている。