牙1俳氏42 (課程博士俳Π文))
令和

電気・電子情報工学専攻

氏名学t耒誓稲・・号

第 133235 号

指導教員

熊谷隼人

2年

2月12日

高橋一浩

澤田和明

論文内容の要旨(博士)
博士学位論文名

エラストマーナノシートを用いた併絲宿性プラズモニックメタマテリアル(要旨 1,200字程度)
近年,表面プラズモン共鳴を利用したプラズモニックメタマテリアルを多機能化する技術として,透過/反射スペクトルを弱珀勺に御Π卸する技術が注目を集めている、その多くは,ゴム弾性を有するエラストマーの伸縮動作を利用し, A1サブ波長格子の構造周期に依存する分光スペクトル特性を機械的に変調している.伸ネ宿性プラズモニックメタマテリアルは,様々な形状の構造物に貼り付けることでひずみの検出・視覚化を可能にする.また今後,微小電気機械システム(MEMS)との一体化により可変カラーフィルタが実現されることで,環境光を利用した超低消費電力な貼り付け型ディスプレイに向けた基盤技術として期待される.しかしながら,先行研究では膜厚lmm以上のエラストマーを用いているため, MEMS の発生力では駆動が困難である.本論文では,動的変調機能を持つMEMS可変カラーフィルタに向けて, MEMSアクチュエータで駆動可能なサフミクロン厚の伸ネ宿性プラズモニックメタマテリアルを製作し,表面プラズモンによる異常透過光を動的に変調することを目的とした基板から白立した高分子ナノ薄膜中にプラズモニックメタサーフェスを埋め込む畔訴造を検討するため,半導体プロセスに成熟したPoly(paraxyly1伽e)(palyleneN)を用いて,基板貫通孔上に自立した 80onm のプラズモニックカラーシートを試作した. paryleneN に埋め込まれたA1サブ波長格子は400‑60omnの格子周期で作り分けられ、各周期に依存する五色の透過光の観測に成功した

伸縮動作により透過光を変調するため,エラストマー材料の Polystyrene・polybutadiene、polystyrene(SBS)をナノ薄膜化したシートを基板材料に用いることを検討した. SBSナノシートの弾性変形を利用してスペクトル変調するため,光学機械ヰ予陛より4単性変形の指標となるポアソン比を評価した.印加ひずみ 38%以下で算出された SBSナノシートのポアソン比は,理想的なエラストマーに相当する 0,5 におよそ近い値が得られたため,ナノシート化された SBS においてもゴム1雫性特性が実証された

半導体プロセスに親手砕陛のない SBS ナノシート上への金属微細構造の形成では,化学薬品や工ツチングガスによるる脚折,超薄膜特有の高い凝着力による基板への貼り付き等が課題となる.本

研究では,水溶性の Poly(vinylalcohoD犠牲層を介してバノレク基板へ SBS ナノシートを一度貼り付け,集束イオンビームによる金属の祝鯆m加工後にシートを剥雜することで,自立膜状の膜厚40onmの伸ネ宿性プラズモニックカラーシートを製作することに成功した.均一な格子周期変化を想定して作り分けたピクセルは格子周期 300‑60onmで製作し,可視光帯域の439nm、641nm に及ぶピーク変化を示した.一方,シートの収縮評価では,ビーク波長シフトが 660nm から 550nm,495nmに及ぶ列珀勺色変調を実証した.製作したシートの駆動力は,先行研究より2‑3桁小さく,一般的なMEMSアクチュエータの発生力で十分に駆動可能であることが示唆された

別紙51 (論文博士(英文))Date of submission (month day, year)

FebNary 12小,2020

DepaHment

Electrical and Electronic

Information Engineering
ConねCtApplicanfs na1口efacultv

Hayato Kuma曹ai

Kazuhh'O Takahashi
Kazuakisawada

Abstract (Doctor)
Title ofThesis

Sね'etchable plasmonic Metamaterial Uslng an E}astomeT Nanosheet

Approx.80o words
Dynan11C C010r tuning of transmission/reaection spectra has recendy attracted attention as amultifunctional techn010gy for plasn)01〕ic metalnatedals using extraordinary optical transn〕ission
Phenomena excited by surface plasmon resonance, spectral chm'actedstics depended on the stNctural
Period of nletal subwavelength gratingS 砥'e mechanicaⅡy n)odulated by elastic defonnation of anelastomer 、vith lubber elasticity. stretchable plasmonic metamatelials can be applied to sh'uctures of
Various shapes to enable strain detectiolvvisualization. Besides, tunable c010r alterS 紕'e reaHzed byintegl'ation into micro・electro・n〕echanical・systen)S (NIEMS), which are expected to be the fundamental
techn010gy of ultra・10W PO、ver skln displays using alnbient light. However, dynamic c010r tuning cannot
be driven by a MEMs because ofusing an elastomer substrate with nhn tl)ich}ess ofn]ore than l mn〕 inPrevious works.1n this study, a stretchable plaslnonic metamatedal、vith a subn〕icron fi11n thichless was

fabHcated to demonstrate dynalnic c010r tuning ofextraordinaly opticaltranslnission by surface plasnlon
for a MEMs tunable c010r 丘lter.

In order to realize a plasmonic c010r sheet enlbedded with plasmonic n〕etasurfaces in a freestandingPolyn〕er nanosheet, an 800‑nn)・thick freestanding plasmonic c010r sheet above the substrate throU部〕、hole
Was fabdcated using a poly(pm'a xylylene)(parylene N) with compatibility xvith selniconductor process.
Alsubwavelength gratings embedded in palylene N wa'e sepm'ately fabdcated with a oratino period of
400‑60o nm, and transn)itted spectTa offive c010rs depending on each pedod were successfUⅡy obse1气,ed.
For demonstration of dynamic c010r tuning by sheet slretchino a nanometer・thick elaston〕er sheet

Using polystyrene‑polybU仏diene‑polystyrene (SBS) with Nbbet elasticity was used as a substrate.1n thisStudy, the poisson'S ,ratio, which is an index of the elastic defonnation, was evaluated froln theOpto・mechanical C1徐ractedstics because the specu'uln was modulated using the elastic def0111〕ation oftheSBs nanosl〕eet. The calculated poisson's ratio of sBs nanosheets in the range of applied strain of up to38% was approxin〕ately o.5, which is equivalent to an ideal elaston〕飢'.1herefore, the lubber elasticity of
SBs was demonstrated even for nanosheets.

The f011nation of nletal nanostructures on the sBs nanosheet which is not compatible wilh

Semlconductor process involves problems such as bteaking by chemicals or etching gas, and sticking to
the substrate due to the high adhesive force inhetentto ultrathin elastomer sheets、 To solve then), the sBS
nanosheet was once h'ansfen'ed to the bulk substrate via a poly(vinyl alcohoD sacd6Cia11ayer, andPeeHng off after focused ion bean) mi11ing. As a result, freestanding plasmonic c010r sl〕eet witl〕 athichless of only 40o nm was successfU11y fonned, C010r pixels with a grating period of 30o t0 60o mn
Xvere separately fabncated assuming a unlform change in the grating period during expansion andContraction, and showed peak changes ranging froln 439 nm t0 641 1m〕 in the visible ligl〕t band. on theOtha' hand, in tl]e sl]rinkage evaluation of the sheet fixed to the movable staoes, dynan〕ic c010r tuning
With a peak wavelength sl〕ift from 660 nm t0550 nm and 495 nm was demonstrated.1he dliving force ofd〕e plasmonlc c010r sl〕eet is two to three ordets of magnitude sn〕a11a'than that of previous work,、vhich
圦las suggested thattypical MEMs actuatot could be ddven suf6Ciendy.