京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要

分光学的分析の過程では、試料表面全体をカバーする座標（直行、円筒、極）を設定することが必要となります。
まずは、解像度と測定時間を調整するために座標の各要素を最適化し、そうすることで、ラマンスペクトルと光学/レーザー画像の両方またはその一方が得られます。さらに、レーザー焦点を調整することによって、試料の深さ方向のスペクトルを取得することもでき、より詳細なラマンプロファイルを作ることができます。
また、試料表面に照射するレーザーを調整する際には、手動で試料を動かすだけでなく、自動ステージを使用することもできます。
ここで取得されたラマンスペクトルは、専用ソフトウェアによってデコンボリューションされた後、それぞれのバンド、位置、幅、強度が記録され、さらにその材料の特性に応じて、各バンドのパラメーターが処理され、化学組成、相、残留応力、結晶性、さらに温度についての情報が得られます。
次に、それらのスペクトルから得られた試料の情報が後処理ソフトウェアに転送され、2D及び3Dマップが作成されます。そのマップを試料表面の3DCADモデルと組み合わせることで、試料表面の形状と化学・物理的な情報を一度に確認することができます。

■研究の概要
マイクロ熱流体デバイスや半導体デバイス等では、マイクロ・ナノスケールの微細構造と現象を設計・製作・制御することが求められますが、それを実現するためにはデバイスの発熱・伝熱の２次元・３次元非定常特性を評価することが重要です。本研究ではサーモリフレクタンスイメージング（Thermoreflectanceimaging：TRI）法を用いて固体のマイクロ・ナノ構造体の表面温度分布を測定し、その熱および電気特性の評価を行っています。TRI法は、物質の反射率が温度に依存することを利用した２次元表面温度計測法です。これまでサーモリフレクタンス現象を利用した温度計測は、主に点計測に基づいた材料の熱物性計測技術として用いられてきました。これに対してTRI法はカメラを用いて物質の反射光強度の２次元分布を獲得します。多くの物質では温度に対する反射率の変化率は10-4~10-5と微小です。TRI法では画像平均化や画像処理によりSN比を上げます。このため測定試料の平面位置制御と焦点合わせの精度が重要ですが、本研究では数nmの精度で位置制御を行っています。測定の時間と空間の分解能は、それぞれ照射光のパルス幅と波長に依存し、本装置ではおよそ数100nsと数400nmです。TRI法は赤外線サーモグラフィカメラに対して空間・時間分解能は高く、ラマン分光法と比較すると瞬時の2次元分布が得られる強みを持ちます。