image: 物質表面波の分光光学系 view more
Credit: 東京大学生産技術研究所
東京大学 大学院工学系研究科 博士課程の佐久間 涼子 大学院生（研究当時）、同大学 生産技術研究所の林 冠廷 特任助教（研究当時）、梶原 優介 教授は、熱揺らぎによって物質表面に発現する熱励起エバネッセント波を、ナノスケール分解能で分光測定する技術を開発しました。
半導体デバイス内配線の最小サイズが10 nmオーダ以下となる現在、微細パターン内で生じる熱励起雑音は非常に大きな課題となっています。その雑音信号の同定技術はデバイス最適設計において強く望まれているところですが、これまでの技術では非常に困難とされてきました。本研究室では、熱揺らぎに起因する熱励起エバネッセント波に着目し、熱励起雑音を評価する技術の開発を進めてきました。熱励起エバネッセント波は、ボース分布関数に従うため、適切に検出できれば物質表面の熱情報をナノスケール分解能で評価することが可能です。従来は検出が不可能とされてきた熱励起エバネッセント波ですが、本研究室では、先端径50 nm以下のタングステン探針で表面電磁波を散乱し、クライオスタット内の光学系で検出するパッシブ近接場顕微鏡を開発し、高精度検出に成功していました。
本研究では、クライオスタット内にグレーティングを導入した分光光学系を設計・構築することによって熱励起エバネッセント波の分光測定に成功しました。さらに、熱励起エバネッセント波の主要波長帯である10～20 µmにフォノン共鳴を持つ誘電体(GaN、AlN)の近接場分光を行い、共鳴波長帯周辺で非常に特徴的な信号を捉えました。これらの知見は、熱や熱伝導の精密分析技術に繋がることから、パワー半導体素子の最適設計への応用が大きく期待されます。