ダイヤモンドNEMS共振器デバイスの作成に向けたナノパターニングおよびドライエッチングプロセスの検討

ナノファブリケーション技術は驚異的なペースで進化し、デバイスの微細化、高集積化、高感度化、低消費電力化を可能にしています。ナノエレクトロメカニカルシステム（NEMS）は、半導体基板上のナノスケールの機械的な部品を電子回路と統合する技術で、加速度センシング、圧力センシング、質量センシング、電荷センシングなどの機能を持ちます。これらの技術はセンシング、信号処理、人工知能などの分野で広く応用されており、現代生活において重要な役割を果たしています。これまで、ナノファブリケーションのプロセスは主にシリコンベースの半導体を中心に進展してきましたが、より高性能で多機能なNEMSデバイスへの需要の高まりから、従来のシリコン半導体を超える材料の研究が進められています。

  ダイヤモンドは、その独特な機械的、電気的、熱的、および化学的特性により、多くのNEMSアプリケーションにおいて優れた材料として期待されています。特に、ダイヤモンドの生体適合性や極端な環境下での安定性は、NEMSの新たな応用の可能性を広げます。スケーラブルなダイヤモンドNEMSの製造プロセスを開発することで、生物学、医学、鉱業、重工業、惑星探査などの分野で革新的なデバイスを実現できる可能性があります。ダイヤモンドのマイクロスケールでの加工に関する研究は一部行われていますが、スケーラブルなナノファブリケーションについては十分に研究されていません。特に、ダイヤモンド表面への金属ナノパターニングや、ナノ構造形成のためのダイヤモンドエッチングに関する研究は十分に進められていません。スケーラブルなダイヤモンドNEMSの製造を実現するには、これらのプロセスに影響を与える複数の要因を考慮した広範な実験的検討が必要です。

  本研究では、ダイヤモンドNEMSデバイスのためのナノスケールの吊り橋状ダイヤモンド構造を作製するために、電子ビームリソグラフィ（EBL）を用いたリフトオフプロセスによるハードマスクとしてのナノスケールCrパターニング、およびO₂プラズマを用いたダイヤモンド薄膜（厚さ約2μm）の反応性イオンエッチング（RIE）を開発しました。

本研究の結果として、ダイヤモンド膜上に約100nm厚のCrナノパターニングを達成しました。さらに、ナノファブリケーションにおけるダイヤモンドRIEプロセスの課題を特定しました。また、三角形断面を持つナノスケールダイヤモンド共振子デバイス（基底幅300〜1000nm、高さ0.5〜1.5µm、ビーム長100〜200µm、ビームと電極の間のギャップ4µm）の作製に部分的に成功し、電気機械振動を誘導することに成功しました。