CN101258400A - 传感器装置 - Google Patents
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Abstract
需要在从毫米波带到太赫兹带、从30GHz到30THz的频率区域中增强表面等离子谐振传感器的灵敏度。那么，本发明提供一种通过利用半导体和介质装配分析物保持部来进一步提高其灵敏度的传感器。
Description
技术领域
本发明涉及在从30GHz到30THz或从毫米波带到太赫兹(terahertz)带的频率区域中的传感器装置。
背景技术
直到现在，使用表面等离子谐振的传感器被公知为痕量分析物(analyte)和分析物光学特性的高灵敏测量装置。典型的表面等离子谐振传感器使设置在ATR棱镜耦合器端面的金属薄膜以谐振方式产生表面等离子，从而以高灵敏度测量布置在其附近的分析物的光学特性。因为可以在诸如折射率、吸收性和荧光特征之类的光学特性方面，读取分析物的独特信息，所以也可以将表面等离子谐振传感器应用为生物传感器。
在Jiri Homola等人的Sensors and Actuators B，Vol.54，3(1999)中说明了表面等离子谐振传感器的灵敏度在可视区域极好。例如，在使用ATR棱镜耦合器的典型传感器装置(BK7玻璃作为ATR棱镜耦合器介质，50nm的金作为金属薄膜，且分析物的折射率为1.32)的角度探测法中，由分析物的折射率变化和谐振条件变化定义的灵敏度S(pθ)表现出100到200[deg/RIU]的值。假设典型系统的角分辨率(1×10-4[deg])，该值意味着甚至可以测量分析物的折射率变化为5×10-7到1×10-6[RIU]的这种极其微小的变化。
另一方面，最近，已知在从毫米波带到太赫兹带的频率区域中也存在糖、蛋白质等的光学特性的特征，且在可视区域到从毫米波带到太赫兹带的频率区域中应用表面等离子谐振传感器的重要性很高。然而，根据Jiri Homola等人的Sensors and Actuators B，Vol.54，16(1999)，其说明了灵敏度S(pθ)随要使用的电磁波的波长增长而下降。
另外，尽管日本特开第2004-354246号公开了在太赫兹带中使用棱镜的传感器装置，但由于在表面等离子谐振时产生的电场增强效果因非谐振结构而没有获得，所以其没有成为分析物光学特性的高灵敏测量装置。
因此，在从30GHz到30THz或从毫米波带到太赫兹带的频率区域中，也需要其灵敏度达到当前在可视区域中使用的程度的传感器。
本发明的目的在于提供解决上述问题并具有与可视区域中的表面等离子谐振传感器相当的灵敏度的、从毫米波带到太赫兹带、从30GHz到30THz的频率区域中的表面等离子谐振传感器。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种传感器装置，其包括：
分析物保持部，用于放置分析物；
辐射装置，用于向所述分析物保持部辐射包括从30GHz到30THz频率区域的一部分的电磁波；以及
检测装置，用于检测从所述分析物保持部反射的电磁波，
所述分析物保持部包括半导体和介质，
所述半导体的介电常数的实部为负，
所述介质的折射率的平方小于所述介电常数的实部，
当检测分析物时，分析物经由所述半导体与所述介质相对。
根据本发明的另一方面，提供一种传感器装置，其包括：
分析物保持部，用于放置分析物；
辐射装置，用于向所述分析物保持部辐射包括从30GHz到30THz频率区域的一部分的电磁波；以及
检测装置，用于检测从所述分析物保持部反射的电磁波，
所述分析物保持部包括半导体和介质，
所述半导体的介电常数的实部为负，
所述介质的折射率的平方小于所述介电常数的实部，
当检测分析物时，分析物被放置在所述半导体和所述介质之间。
所述分析物保持部优选地包括电极。
所述电极优选地是对所述半导体施加电场的装置。
所述传感器装置优选地包括用于对所述半导体辐射光的光辐射装置。
所述传感器装置优选地包括用于改变入射到所述分析物保持部的电磁波的入射角的入射角改变装置，所述电磁波包括从30GHz到30THz频率区域的一部分。
所述半导体优选地从包括InAs、GaAs、InSb和InN的组中选择。
所述分析物保持部优选地涂覆有厚度为5nm或更小的金膜，从而提高分析物的吸收性。
根据本发明的又一方面，提供一种传感器装置，其包括：
分析物保持部，用于放置分析物；
辐射装置，用于向所述分析物保持部辐射包括从30GHz到30THz频率区域的一部分的电磁波；以及
检测装置，用于检测从所述分析物保持部反射的电磁波，所述分析物保持部包括第一层和第二层，
所述第一层和第二层满足下面的公式：
Re(ε1)＜-n2 2
其中，Re(ε1)是所述第一层的介电常数的实部，n2是所述第二层的折射率。
通过采用本发明的结构，可以提供在30GHz到30THz频率区域中的灵敏度被提高的传感器。
附图说明
图1是示出根据本实施例的传感器装置的结构的截面图；
图2是示出根据本发明的传感器装置中的半导体的色散(dispersion)的曲线图；
图3是示出根据本实施例的角度探测法的结果的曲线图；
图4是示出根据本实施例的载流子浓度探测法的结果的曲线图；
图5是示出根据第一示例的传感器装置的结构的截面图；
图6是示出根据第二示例的传感器装置的结构的截面图；
图7是示出根据第三示例的传感器装置的结构的截面图；
图8A和图8B是在对药品检测和食品评估使用根据第四示例的传感器装置结构的情况下的图。
具体实施方式
(构造)
至于本发明，将使用图1说明传感器装置的具体结构。图1示出本发明第一实施例的传感器装置的结构，并且是传感器装置的截面图。
传感器装置包括分析物保持部102和检测装置103，且分析物保持部装配有半导体104和介质105。在图1中还包括电极106。分析物101被放置在通过半导体104面对介质105的位置。
在分析物被放在分析物保持部附近的状态下，通过从辐射包括从30GHz到30THz或从毫米波带到太赫兹带的频带域中一部分的电磁波的电磁波辐射装置107辐射电磁波来检测分析物。取决于测量方法，优选地提供角度改变装置108来改变入射角θ。
检测装置用于检测反射的电磁波的振幅或强度，且可以使用已知的检测器，例如：辐射热测量计、热解测试仪(pyro)、肖特基二极管(Schottky diode)等。所获得的电磁波的振幅或强度在稍后说明的测量中使用。
可选择地，分析物保持部包括第一层和第二层，且恰可以满足下面的公式。
Re(ε1)＜-n2 2
其中，Re(ε1)表示第一层的介电常数的实部，n2表示第二层的折射率。上面的公式是将表面等离子保持在分析物保持部的第一层中所需的关系表达式，从30GHz到30THz或从毫米波带到太赫兹带，半导体104和介质之间的关系高可能性地满足上面的公式，且在图1的情况下，第一层等同于半导体104，第二层等同于介质105。为了容易理解地说明，所述公式意指半导体的介电常数的实部为负，且介质的折射率的平方小于半导体的介电常数的实部的状态。
作为半导体104，在毫米波带到太赫兹带的频率区域中表现出金属性效果足矣，且可以使用载流子掺杂半导体或非掺杂半导体。作为介质，使用电磁波的衰减全反射(Attenuated Total Reflection)表现出电磁波和表面等离子的耦合效果足矣，使用ATR棱镜耦合器最为简单。只要该介质的形状具有端面，哪种形状基本上都可以。另外，为了预期介质和半导体之间的充分电磁波耦合，需要将半导体放在位于介质端面上的渐逝波(evanescent wave)的衰减长度内。优选地，将半导体设置在与介质端面的距离等于或小于所使用电磁波波长的距离内。
此外，尽管分析物保持部可以具有电极106，但是电极106用于将电场施加到半导体并用于控制半导体中的载流子浓度。只要可以施加电场，可以使用各种物质，且金、铂、钯、铜、铝、钨等是足够的。可选择地，为了调制半导体中的载流子浓度，还可以考虑光学辐射，且这时对于光学辐射使用具有比半导体带隙更大的光子能的激光器、LED等是足够的。
(原理)
在本发明中，将说明在使得电磁波频率在毫米波带到太赫兹带的频率区域内时，使传感器的灵敏度能够增强的原理。
图1示出所使用的传感器装置的结构。传感器装置的灵敏度S(pθ)取决于表面等离子的状态，尤其是，其强烈地被保持表面等离子的半导体的介电常数的实部Re(ε)所支配。如Jiri Homola等人的Sensorsand Actuators B，Vol.54，16(1999)中所示，当ATR棱镜耦合器介质的折射率np和分析物的有效折射率na有|Re(ε)|＝np 2na 2/(np 2-na 2)时，灵敏度S(pθ)变为最大。在可视区域中典型金属的介电常数的实部为Re(ε)≈-10的值，这等于当作为典型ATR棱镜耦合器介质和分析物的参考值np≈1.5且na≈1.3时的量级(order)。然而，已知：在毫米波带到太赫兹带的频率区域中金属的介电常数的实部是-106≤Re(ε)≤-105。另一方面，半导体的介电常数的实部由通过载流子掺杂而得到的可变自由载流子浓度来支配，且根据Drude公式，其可以表示为Re(ε)＝εb-ωp 2/(ω2+γ2)。然而，εb表示背景介电常数，γ-1表示驰豫时间(relaxation time)。已知可以用自由载流子浓度N、有效质量meff以及真空介电常数ε0将等离子体频率ωp写为ωp＝√(N·e2/meffε0)。“e”表示元电荷(elementary charge)。现在，假设典型半导体具有载流子有效质量0.1，驰豫时间2[psec]以及背景介电常数10，且当使载流子浓度作为参数示出Drude色散时，其变为如图2中所示的情况。在图2中，由实线示出的载流子浓度是1×1016[cm-3]，由虚线示出的载流子浓度是1×1017[cm-3]，且由点化线示出的载流子浓度是1×1018[cm-3]。根据图2，其证明：可以在毫米波带值到太赫兹带的频率区域中，选择与金属相比较适于增强传感器的灵敏度的值np 2ha 2/(np 2-na 2)，作为半导体的介电常数的实部。因此，可以应用到本发明的半导体是其自由载流子浓度在1015[cm-3]≤N≤1019[cm-3]内调制的半导体，且这些可以通过不掺杂或典型载流子掺杂获得。至于这里的频率区域，从0.1THz到10THz的频率区域的范围是合适的。
(分析物的检测方法)
尽管上面的说明解释了具体结构和具体原理，但是这里将分析物的检测方法说明为(1)角度探测法，以及(2)载流子浓度探测法。
(1)角度探测法
通常，在表面等离子谐振传感器中，作为分析物的检测方法，称为角度探测法的测量方法是公知的。即，当入射波不与由半导体保持的表面等离子谐振时，通过控制入射波的入射角，该入射波使得由传感器装置中的检测装置检测到全反射。因为当入射波谐振时入射波的能量被表面等离子带走，所以其不被检测装置检测到。使用这种感测操作的方法是角度探测法。此外，由于当分析物的光学特性因特定原因而改变时由半导体保持的表面等离子的状态也改变，所以谐振条件也改变。这时的传感器灵敏度S(pθ)由针对分析物折射率变化的入射角(谐振条件)变化来定义，且可以定量地评估分析物的折射率的改变。
在角度探测法中，灵敏度S(pθ)特别重要，当灵敏度S(pθ)极好时，可以测量分析物的光学特性的微小变化。在本发明中，因为可以根据要使用的电磁波的波长执行半导体的载流子掺杂，所以可以提高灵敏度S(pθ)。
(2)载流子浓度探测法
此外，在本发明中，也可以进行与传统表面等离子谐振传感器的操作不同的传感器操作。即，通过改变半导体中的自由载流子浓度，利用由半导体保持的表面等离子来改变入射波的谐振条件的方法。将该方法称为载流子浓度探测法。通常，通过电场施加来控制耗尽层，或尽管时间较短，但光学地辐射其光子能比要使用的半导体的带隙大的光，可以调制半导体中的自由载流子浓度，例如，可以利用下面的结构预期与过去的感测操作不同的感测操作。例如，将可以执行上述电场施加的若干电极添加到一部分半导体。作为这时的感测操作，当通过电场施加来改变半导体的自由载流子浓度，从而入射波不与半导体保持的表面等离子谐振时，入射波使得全反射被传感器装置的检测装置检测到。因为当入射波谐振时入射波的能量被表面等离子带走，所以其不被检测装置检测到。使用这种感测操作的方法是载流子浓度探测法。当然，还可以通过光学辐射执行相同的感测操作。此外，在载流子浓度探测法中，也可以通过根据角度探测法的方法执行分析物的光学特性的量化评估。
(分析物的测量结果)
这里，将说明在(1)角度探测法和(2)载流子浓度探测法中获得的测量结果。
(1)角度探测法的结果
图3示出本实施例中的传感器装置的角度探测法的结果。该曲线图示出穿过图1中的半导体104附近的ATR棱镜耦合器105的端面的反射波的强度和入射角θ之间的关系。谐振条件θspr的急降(dip)示出入射波和由半导体104保持的表面等离子发生谐振，特别地，当p-偏光分量包括在入射波中(优选p-偏光)时，反射强度变为最小。当分析物的折射率发生一定的微小变化时，谐振条件θspr偏移了由灵敏度S(pθ)和分析物折射率的微小变化Δna的乘积表达的S(pθ)Δna。图3中的曲线a示出发生分析物折射率的微小变化之前的所述关系，曲线b示出发生折射率的微小变化之后的关系。偏移越大，检测越容易，即，灵敏度S(pθ)越大，这种折射率的微小变化Δna的检测越容易。如已经说明的，因为可以在本发明中提高灵敏度S(pθ)，所以可以检测更微小的折射率变化Δna。这时，希望图3中的谐振宽度W更窄。根据在可视区域中对表面等离子谐振传感器的模拟，可以通过使用要使用的半导体的复介电常数ε的实部与虚部的比|Re(ε)|/Im(ε)较大的材料使谐振宽度更窄。根据Drude公式，因为Im(ε)与要使用的半导体的驰豫时间γ-1成反比，所以驰豫时间γ-1越大，Im(ε)越小。因此，具有大迁移率(mobility)的材料是优选的，例如，希望选择诸如InAs或GaAs之类的材料(参见C.Kittel“Introduction to Solid StatePhysics”，7th edition，John Wiley&Sons Inc.)。最近，因为诸如InSb的、其迁移率更高的基于锑的材料也变得容易获得，所以这种基于锑的材料是优选的。另外，因为尽管有效质量较大但迁移率也比较高的材料也具有较大驰豫时间γ-1，所以基于氮化物的InN也是优选的。
(2)载流子浓度探测法的结果
图4示出本实施例中的传感器装置的载流子浓度探测法的结果。该曲线图示出穿过图1中的半导体104附近的ATR棱镜耦合器105的端面的反射波的强度和半导体中的载流子浓度之间的关系。这里，当载流子浓度的调制手段是电场施加时，该曲线图的横轴可以作为场强读取，或当载流子浓度的调制手段是光学辐射时，曲线图的横轴可以作为光学强度读取。谐振条件Nspr的急降表示入射波和由半导体膜204保持的表面等离子发生谐振，特别地，当p-偏光分量包括在入射波中(优选p-偏光)时，反射强度变为最小。当分析物的折射率发生一定微小变化时，谐振条件Nspr偏移，特别地，当使用具有大Drude色散的材料时，偏移量变大。图4中的曲线a示出发生分析物折射率的微小变化之前的关系，曲线b示出发生折射率的微小变化之后的关系。
(可选功能)
除了上面示出的本发明，还可以根据目的采用下面的结构。
1.当分析物对半导体是腐蚀性的时，半导体具有旨在进行半导体的腐蚀控制的涂层的结构。
2.当分析物对半导体的吸收力和保持力小时，半导体具有旨在增强吸收力或保持力的涂层的结构。
3.当分析物中包括多个物质时，半导体具有旨在只选择性吸收或保持要测量的指定物质的涂层的结构。
4.当分析物是液体或气态物质时，包括旨在将分析物引导到半导体附近的引导部分(通路)的结构。
5.当分析物的蒸发性或升华性高时，包括旨在使分析物不从半导体附近流出的密封构件的结构。
然而，当上述涂层、引导部分(通路)或密封构件位于分析物和半导体之间时，至少形状的一部分必须比要使用的波长薄。此外，希望是对要使用的波长高度透明的材料。
另外，ATR棱镜耦合器介质需要是具有比分析物的折射率更大的折射率的介质。然而，不是整个ATR棱镜耦合器需要如此，而是只有ATR棱镜耦合器的一部分应该成为具有比分析物的折射率更大的折射率的介质。
此外，说明书中的词“附近”指示一般近场区域，并在本说明书中用于表示如下含义：指示与传感器装置中使用的电磁波的波长相当的或不比其大的空间域。
[示例1]
图5是示出根据本发明的传感器装置的结构示例的截面图。在图5中，附图标记105表示ATR棱镜耦合器，104表示半导体，101表示分析物。在如图5中这样放置时(这称为Kretschmann结构)，半导体104应该薄到不大于波长，且典型地，其从大约λ/50到λ/10之中选择。更优选地，希望分析半导体104的厚度并执行最佳设计。例如，当使用Fresnel反射公式来分析ATR棱镜耦合器/半导体/分析物的三层结构时，可以确定半导体104的厚度的最佳值。该方法是本领域技术人员已知的方法。如图5中所示的第一示例的Kretschmann结构中，当进行对半导体104的最佳设计时，满足谐振条件的情况下的反射强度接近0，而对角度探测法或载流子浓度探测法的结果没有限制，且测量变得容易。另外，附图标记108表示入射波的角度改变装置，附图标记106表示半导体的载流子浓度改变装置，它们分别用于执行角度探测法和载流子浓度探测法。另外，附图标记103表示检测器。在该Kretschmann结构中，对于分析物的放置没有限制。
下面是第一示例的数值示例。例如，当要使用的电磁波的频率被设为3.0[THz]时，因为当将高电阻率的Si(特定电阻10[KΩ·cm]或更大)用于ATR棱镜耦合器105时透明性极高，所以不需要考虑衰减。假设适当的物质用于分析物101，且值为np＝3.4且na＝2.55。此外，作为半导体材料，考虑到便于制造，假设Si(N＝1.0×1018[cm-3]，meff＝0.4，γ/2п＝1.4[THz]，εb＝11.6)。这时，当使用Fresnel反射公式时，Si的最佳厚度是2.5[μm]。当在上面的假设下进行数值分析时，显示出灵敏度S(pθ)为34[deg/RIU]，且可以说该值是几乎与可视区域中的表面等离子谐振传感器的典型灵敏度相当的灵敏度。
另外，下面将说明根据第一示例的结构的生产过程。将高电阻率Si基底用作ATR棱镜耦合器105。至于半导体104，例如，使用热CVD等使n-Si在高电阻率Si基底上外延生长。在上述数值示例中，选择电子为载流子，并使自由电子浓度为1.0×1018[cm-3]且膜厚度为2.5[μm]。分析物101可以仅放在半导体104上，并当这样做时，可以相对容易地构造如图5中所示的Kretschmann结构。另外，作为角度改变装置108，旋转并使用反射镜或旋转传感器装置本身的方法是最简单的。另外，当使用电极作为载流子浓度调制装置106时，可以选择使用半导体工艺在半导体104的表面上添加多个电极并施加电场来对半导体表面进行控制的方法。
[示例2]
图6是示出根据本发明的传感器装置的结构示例的截面图。在图6中，附图标记105表示ATR棱镜耦合器，104表示半导体，101表示分析物。在如图6这样放置时(这称为Otto结构)，沿分析物101的深度方向存在限制。这是因为半导体104需要如已经说明的那样放置在ATR棱镜耦合器105附近。典型地，其从大约λ/250到λ/50之间选择。更优选地，希望预先分析用于放置分析物101的间隔物611的最佳厚度，并执行最佳设计。例如，使用Fresnel反射公式确定间隔物611的厚度的最佳值。当以这种方式进行最佳设计时，满足谐振条件的情况下的反射强度接近0，而对角度探测法或载流子浓度探测法的结果没有限制，且测量变得容易。另外，附图标记108表示入射波的角度改变装置，附图标记106表示半导体的载流子浓度改变装置，它们分别用于执行角度探测法和载流子浓度探测法。此外，附图标记103表示检测器。即使在这种很少在可视区域中出现的放置(Otto结构)中，因为从毫米波带到太赫兹带的波长在量级方面与可视区域中的不同，所以其与过去不同的优势在于对放置分析物104的限制相对少。
下面是第二示例的数值示例。在Otto结构中，因为与Kretschmann结构相比制造简单，所以选择如下的具有相对高的迁移率的半导体材料也有好处。即，将高电阻率Si用于ATR棱镜耦合器105，且在假设适当的物质作为分析物101的情况下，值被设为np＝3.4且na＝2.55。此外，作为要使用的半导体材料，考虑到迁移率大，假设InAs(n＝1.0×1016[cm-3]，meff＝0.03，γ/2n＝0.30[THz]，εb＝14.5)。当在上面的假设下进行数字分析时，例如，当要使用的电磁波的频率被设为1.0[THz]时，示出了灵敏度S(pθ)为44[deg/RIU]。
下面将说明根据第二示例的结构的生产过程。将高电阻率Si基底用作ATR棱镜耦合器105。至于半导体104，例如，使用上述数值示例中的InAs单晶基底，或在特定基底上外延生长InAs是足够的。ATR棱镜耦合器105和半导体104通过间隔物611相结合。以这种方式，可以相对容易地构造如图6中所示的Otto结构。另外，当分析物是液态或气态时，由间隔物611、ATR棱镜耦合器105和半导体104形成的间隙可以成为用于引导分析物101的引导部分(通路)。如上所述，作为角度改变装置108，旋转并使用反射镜或旋转传感器装置本身的方法是最简单的。另外，当使用电极作为载流子浓度调制装置106时，可以选择使用半导体工艺在半导体104表面上添加多个电极并施加电场来对半导体表面进行控制的方法。
[示例3]
图7是示出根据本发明的传感器装置的结构示例的截面图。示例3是第一示例的变型例，并示出在分析物是抗原-抗体反应中的抗原的情况下作为生物传感器的应用方法。在图7中，附图标记105表示ATR棱镜耦合器，104表示半导体，101表示抗原-抗体反应中的抗原，即，分析物。另外，附图标记711表示吸收性涂层且701表示抗体。这时，使用已知吸收性高的金膜作为吸收性涂层711也是足够的。然而，因为金膜需要在要使用的波长处具有高透明性，所以例如当1[THz]附近的频率被选择为要使用的电磁波时，通过使膜厚度不大于5[nm]来保证透明性。从而，抗体701被保持在吸收性涂层711上，并且当抗原101对抗体701起反应时，由半导体104保持的表面等离子的状态改变，以使角度探测法或载流子浓度探测法中的谐振条件偏移。
作为这种生物传感器，可以进行各种应用，例如，通过DNA的杂交构造双链的反应的检查，诸如蛋白质、缩氨酸和氨基酸之类的配体与受体的反应的检查，糖链耦合的反应的检查。
作为根据第三示例的结构的生产过程，可以使用具有几乎等同结构的第一示例中的方法，此外，可以使用典型的半导体工艺技术容易地添加金膜作为吸收性涂层711。作为将抗体701固定到吸收性涂层711的方法，例如，可以选择这样的方法：选择具有与金具有高亲合力的官能团的抗体701，并通过将其制备成例如溶液来用点样器(spotter)等将其滴下。
[示例4]
图8A和图8B是示出可以利用根据本发明的传感器装置执行药品检测或食品评估的这种设置的图。第四示例是第一示例的变型例，且在图8A和图8B中，附图标记105表示ATR棱镜耦合器，且104表示半导体。因为由半导体104保持的表面等离子达到与要使用的电磁波的波长相当的空间域，所以可以选择例如人的手、脸等作为分析物101，并还可以非破坏性地测量皮下组织(图8A)。当要使用的波长是毫米波带到太赫兹波带的频率区域时，由于测量10[mm]到10[μm]的皮下深度量级的一部分，所以可以预期能够以高灵敏度测量包括胶原质、汗腺和毛细血管的真皮的状态，例如，可以用作无需通过在皮下毛细血管中进行血糖水平测量来收集血液就可检查健康状况的传感器。可选择地，可以选择水果作为分析物101并非破坏性地测量内部组织(图8B)。当选择了相似频率区域时，可以预期能够以高灵敏度测量水果果肉的状态，例如，可以用作无需通过在果皮下的水果果肉中进行果糖浓度测量即可不削皮地检查水果状态的传感器。
因为如上所述可以控制半导体的自由载流子浓度，所以可以根据要使用的电磁波的波长增强灵敏度。使用这种结构，也可以在毫米波带到太赫兹带中以高灵敏度执行这种已经在可视范围中执行的分析物的光学特性的测量。另外，还可以通过控制半导体中的自由载流子浓度来执行与传统方式不同的测量作为感测操作。
本申请要求2005年9月5日提交的第2005-256654号日本专利申请的优先权，在这里通过引用将该申请合并于此。
Claims (9)
1.一种传感器装置，包括：
分析物保持部，用于放置分析物；
辐射装置，用于向所述分析物保持部辐射包括从30GHz到30THz频率区域的一部分的电磁波；以及
检测装置，用于检测从所述分析物保持部反射的电磁波，
所述分析物保持部包括半导体和介质，
所述半导体的介电常数的实部为负，
所述介质的折射率的平方小于所述介电常数的实部，
当检测分析物时，分析物经由所述半导体与所述介质相对。
2.一种传感器装置，包括：
分析物保持部，用于放置分析物；
辐射装置，用于向所述分析物保持部辐射包括从30GHz到30THz频率区域的一部分的电磁波；以及
检测装置，用于检测从所述分析物保持部反射的电磁波，
所述分析物保持部包括半导体和介质，
所述半导体的介电常数的实部为负，
所述介质的折射率的平方小于所述介电常数的实部，
当检测分析物时，分析物被放置在所述半导体和所述介质之间。
3.根据权利要求1和2中任何一个所述的传感器装置，其特征在于，所述分析物保持部包括电极。
4.根据权利要求3所述的传感器装置，其特征在于，所述电极是对所述半导体施加电场的装置。
5.根据权利要求1到4中任何一个所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置包括用于对所述半导体辐射光的光辐射装置。
6.根据权利要求1到5中任何一个所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置包括用于改变入射到所述分析物保持部的电磁波的入射角的入射角改变装置，所述电磁波包括从30GHz到30THz频率区域的一部分。
7.根据权利要求1到6中任何一个所述的传感器装置，其特征在于，所述半导体从包括InAs、GaAs、InSb和InN的组中选择。
8.根据权利要求1到7中任何一个所述的传感器装置，其特征在于，所述分析物保持部涂覆有厚度为5nm或更薄的金膜，从而提高分析物的吸收性。
9.一种传感器装置，包括：
分析物保持部，用于放置分析物；
辐射装置，用于向所述分析物保持部辐射包括从30GHz到30THz频率区域的一部分的电磁波；以及
检测装置，用于检测从所述分析物保持部反射的电磁波，所述分析物保持部包括第一层和第二层，
所述第一层和第二层满足下面的公式：
Re(ε1)＜-n2 2
其中，Re(ε1)是所述第一层的介电常数的实部，n2是所述第二层的折射率。
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