「様式３」課題番号 P-2

新規イメージングデバイス創生のためのナノビームテクノロジーに関する研究［１］組織
代表者：嶋脇 秀隆（八戸工業大学）
対応者：三村 秀典（静岡大学電子工学研究所）
分担者：
細田 誠（大阪市立大学）
大谷直毅（同志社大学工学部）
藤田和久（名古屋工業大学）
堂本千秋（京セラ、静岡大学客員教授）
横尾邦義（イデアルスター）
新井 学（新日本無線）
中村智宣（鬼塚硝子）
久米 博（国立環境研究所、静岡大学客員教授）
松本貴裕（スタンレー、静岡大学客員教授）
安達 洋（静岡大学客員教授）
根尾陽一郎（静岡大学電子工学研究所）
三村 秀典（静岡大学電子工学研究所）［２］研究経過
超広帯域、高精細、高 S/N かつ高速なイメージン
グデバイスおよび表示素子を含めた真空ナノエレク
トロニクスデバイスの実現には、高安定、低エネル
ギー分散、かつ、高輝度な高品質ビームを発生する微小電子源の形成技術ならびにビーム制御技術の確立が不可欠である。本プロジェクトでは、半導体の機能性、光物性を反映した高性能極微電子ビーム源を開発すると共に、イメージングデバイスを含めた真空ナノエレクトロニクスデバイス応用、低コストビーム露光技術などに向けたビーム制御技術の基盤の確立を目的とする。
これまでの研究において、光パルスによる微小電子源からの高速変調ビームの発生法について検討を行うと共に、光利用効率を高めるためには表面プラズモン共鳴を利用した新たな電子源について検討を行い、微小電子源の光パルス応答性は拡散電子によって律速されること、プラズモン共鳴条件において表面電界増強効果に起因した電子放射を確認している。本年度は、主として、拡散電子発生の抑制が期待できる MOS 型カソードの光応答性の評価と、表面プラズモン共鳴を利用した電子源の量子効率の向上について検討した。また、共同研究プロジェクト研究会として、ビーム活用技術についての研究打ち合わせ、および、共同研究の進展状況等についての研究報告会を開催した。
以下に、研究会の概要を示す。
研究打ち合わせ
日時：２０１３年３月２０日（水）場所：静岡大学電子工学研究所所長室プログラム
１．Opening address （三村秀典）
２．Multi-gated field emitter for a micro-coloum（三村秀典）
３．グラフェンの物性とパルスアークプラズマガンを用いた薄膜作製（藤田和久）
４．Si 微小電子源の光応答性（嶋脇秀隆）
５．2012 年度の研究の進展（細田誠）
６．Closing （嶋脇秀隆）［３］成果（３－１）研究成果
本年度は、以下に示す研究成果を得た。
１．nc-Si MOS 冷陰極の光応答性
外部信号により駆動可能なダイオードレーザシス
テム（405nm, rise time: <1ns）を用いて、製作した MOS 冷陰極素子の光支援電子放射特性、光パルスに対する応答性等を評価した。その結果、光パルスに対するエミッションの立ち上がり、立ち下がり時間は、いずれも 10s 程度であった（図１）。この値は、実験に使用した電流－電圧変換アンプの応答時間と同等であることから、計測された立ち上がり・立ち下がり時間はアンプの応答性により律速されているものと思われる。したがって、素子本来の持つ光応答性は、マイクロ秒以下であることを示唆している。今後、アンプの広帯域・高速化を図る。

Emission current signal [mV]

560PD signal [mV]

10420-200.10.20.30.4Time [ms]Emission current and PD signal [mV]

図３ レーザ走査位置と光電子放出特性PD5（３－２）波及効果と発展性など
本共同研究をさらに進めＮＥＤＯ等への補助金の申請を予定している。

Emission

00.18

0.20.220.24

0.260.28

Time [ms]図1nc-Si MOS 冷陰極の光応答特性

２．表面プラズモン共鳴カソード
これまでの研究から、カソード表面の低仕事関数化による量子効率の向上ついて検討を行い、電子－電子散乱の影響により大幅な改善が困難であることが明らかとなった。このため、カソード膜に断面を形成した、散乱によらず運動量を保存した状態で真空への電子放射が可能な新しいカソード構造を提案
し（図２）、電子放射特性を評価した。その結果、断面を形成しない場合に比べて約 3 桁にわたる著しい量子効率の増強を確認した。一方で、カソード材料に深刻な損傷が確認された。今後、損傷の要因を明らかにし、更なる量子効率の向上を図る。

図２ 運動量を保存したプラズモン共鳴カソード［４］成果資料(1) H. Mimura, et al., Tech. Digest of the 25th Int. Vacuum
Nanoelectronics Conf., Jeju, Korea, July, 2012, 84-85.
(Invited)(2) Y. Neo, et al., Tech. Digest of the 25th Int. Vacuum
Nanoelectronics Conf., Jeju, Korea, July, 2012, 90-91.;
250-251.;252-253.
(3) Y. Iwai, et al., Tech. Digest of the 25th Int. Vacuum
Nanoelectronics Conf., Jeju, Korea, July, 2012, 274-275.
(4) H. Shimawaki, et al., Tech. Digest of the 25th Int.
Vacuum Nanoelectronics Conf., Jeju, Korea, July, 2012,324-325.
(5) 嶋脇秀隆, 他, 第 73 回応用物理学会学術講演会
予稿集, 07-093, 愛媛大学 (2012. 9).
(6) 根尾陽一郎, 他, 第 73 回応用物理学会学術講演
会予稿集, 07-097, 愛媛大学 (2012. 9).
(7) 嶋脇秀隆, 他, 信学技報, Vol. 112, No. 303, 37(2012.11).
(8) 根尾陽一郎, 他, 信学技報, Vol. 112, No. 303, 49(2012.11).
(9) Y. Neo, et al., Proc. IDW ’12, Kyoto, Japan, Dec.,
2012, FED2-1.
(10) H. Shimawaki, et al., Proc. IDW ‘12, Kyoto, Japan,Dec., 2012, FED4-3.
(11) 嶋脇秀隆, 他, 第 10 回真空ナノエレクトロニ
クスシンポジウム予稿集, 163 (2013.3)（招待公演）(12) 根尾陽一郎, 他, 第 10 回真空ナノエレクトロニクスシンポジウム予稿集, 155 (2013.3)（招待公演）(13) 三村秀典, 他, 第 10 回真空ナノエレクトロニ
クスシンポジウム予稿集, 67 (2013.3)（招待公演）

出張報告（特別教育研究経費を使用した場合）
氏 名：嶋脇 秀隆
所 属：八戸工業大学
期 間：平成２５年３月２０～２１日
用務先：電子工学研究所
用務内容：共同研究プロジェクト研究会
主たる対応者：三村 秀典
氏 名：藤田 和久
所 属：名古屋工業大学
期 間：平成２５年３月２０～２１日
用務先：電子工学研究所
用務内容：共同研究プロジェクト研究会
主たる対応者：三村 秀典
氏 名：細 田 誠
所 属：大阪市立大学
期 間：平成２５年３月２０～２１日
用務先：電子工学研究所
用務内容：共同研究プロジェクト研究会
主たる対応者：三村 秀典