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研究室情報

物質工学分野

研究室名 界面制御プロセス   
研究室スタッフ 栁瀬明久(准教授) 
研究室概略 半導体微小球の作製に関する研究
研究室紹介 半導体微小球の作製に関する研究
誘電体微小球(直径 数~100μm)は、微小光共振器として狭い空間に大きな光エネルギーを閉じ込める性質が非常に高い。微小球の表面付近に強い光の場ができるので、微小球中の光学過程は様々な非線形現象を示す。そのため、微小球は、微小レーザーなど光デバイスへの応用が検討されている。また、半導体微小球は、屈折率が大きい利点と電流注入型発光デバイスへ発展する可能性により、特に有望な材料といえる。微小球が光学デバイスへ適用されるためには、真球に限りなく近い形状、精密なサイズ制御、高いサイズ均一性の3条件を同時に満たすことが必要である。
現在、サイズが均一な微小球の主な作製方法として、(1) 溶液中の固相析出反応において核生成とその後の粒子成長とを時間的に分離する方法、(2) 均一なサイズの細孔から液体を押し出す方法、(3)液相中に分散させたナノ粒子(原料)をパルスレーザー加熱する方法、などがある。しかし、上記3条件を高度に満たす微小球作製は実現されていない。
本研究室では、光学デバイスへ応用可能な高い真球性を有するGeとSiの微小球(直径3~10μm)の作製について、ナノ秒レーザー照射によってパッチ状のGe、Si薄膜を加熱・溶融する方法(薄膜粒子化法)を独自に探求している。この方法は、溶融した原料薄膜が、基板をぬらさない場合に球形に近づくことを利用する。一定の面積と膜厚をもつ薄膜が単一粒子に変形すれば、サイズは均一になる。薄膜粒子化法の利点は、形状(球)とサイズ均一性をもたらす要因が物理的に単純で、溶液反応のような複雑な過程が存在しないこと、また、溶融可能な広い材料系に適用可能なことである。しかし、溶融状態を経て球形粒子を得るプロセスでは、相変化にともなって体積変化が生じるため、高い真球性の獲得は容易ではないと考えられる。そのため、実際には、1個の薄膜を1個の球状粒子に連続的に変形させる過程と球状粒子から真球性の高い微小球を得る過程からなる2段階プロセスが必要である。2019年度、1個のGe薄膜を1個の球状粒子に連続的に変形させる過程を中心に研究を進めた。
主な研究テーマ ・パルスレーザー加熱によるパッチ状ゲルマニウム薄膜の微小球化
・親水性高分子薄膜パターンを用いた汎用高分子薄膜パターンの作製
研究室HP
個別研究テーマ
テーマ 研究者
シリカと高分子材料からなる複合表面の作製とGe薄膜の微小球化への応用(Fabrication of patterned surfaces composed of silica and polymer material as a substrate to prepare Ge microspheres of thin Ge patches) 栁瀬明久

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