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半導体薄膜の電気的特性を、電極を作らずに光だけで瞬時に見積もる——。大阪大学の岡本章宏大学院生、永井正也准教授、芦田昌明教授らは1月27日、日邦プレシジョン（山梨県韮崎市）と共同で、反射係数から薄膜の面伝導度を直接導く解析モデルを開発したと発表した。
反射係数から面伝導度直算 導電シート近似
手法の核は、波長に比べて十分薄い半導体薄膜を「厚みゼロで電流が流れるシート」とみなし、薄膜内の多重反射光を界面電流として扱う点にある。電磁気学の境界条件に立ち返ってフレネル係数を組み替え、複素反射係数に面伝導度を直接結びつける簡便な式を得た。
従来の電気測定では電極形成が要り、試料の損傷や汚染が起きうるうえ、多層膜モデルのフィッティングなど解析の手間も重かった。新モデルはこうした工程を外し、テラヘルツ波の反射測定から薄膜の電気パラメーターを素早く取り出す道筋を示した。n型・p型GaAs薄膜で検証し、接触型の標準評価法と一致する結果も確認したという。
電極工程省略 先端機能材料へ適用
磁場をかけた測定にも展開し、ホール効果に関わる情報まで反射係数から直接引き出せる設計にした点も特徴だ。薄膜試料を傷つけずに、研究者が解析の壁にぶつからずに済むため、材料スクリーニングの回転を速めやすい。二次元材料やトポロジカル絶縁体など、接触法では扱いにくい材料群にも効くとしている。
成果は光学分野の学術誌「Optics Letters」に1月13日にオンライン掲載された。基礎理論として教科書的に扱われてきた反射の式を、薄膜の電気特性評価へつなぎ直した格好で、次世代の電子・フォトニクスデバイス開発の計測基盤としての波及が見込まれる。
薄膜の電気特性評価は、材料開発の速度を決めるボトルネックになりやすい。電極形成と解析負担を同時に軽くする枠組みが整えば、光学計測を「測れる人の道具」から「誰でも使える評価手段」へ押し広げ、研究開発の手戻りを減らす流れが強まる。測定の標準化と装置・解析の実装が、次の焦点となる。
