JP2008309684A - Sample measuring substrate for near field spectral analysis - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、近接場分光分析のための試料測定基板に関する。 The present invention relates to a sample measurement substrate for near-field spectroscopic analysis.
近接場光を利用した分光分析では、試料の、例えば数百ナノメートル程度の極微小領域に対して分光(赤外、ラマンおよび蛍光)分析を行うことができ、表面ナノ化学構造解析に対して有効な手段を提供する。しかしながら、近接場光を実材料分析に適用するために必要な基本技術が未だ確立されておらず、実用化に向けて手探りの状態である。発明者等は、近接場赤外分光分析のための試料のサンプリング法に関して、試料を薄膜化して光反射基板上に密着固定することにより、高い空間分解能で近接場赤外分光分析を行うことができることを見出している。 In spectroscopic analysis using near-field light, spectroscopic (infrared, Raman, and fluorescence) analysis can be performed on a very small region of a sample, for example, several hundred nanometers. Provide effective means. However, the basic technology necessary to apply near-field light to actual material analysis has not yet been established, and it is in a state of groping for practical use. The inventors are able to perform near-field infrared spectroscopy with high spatial resolution by thinning the sample and fixing it on a light-reflecting substrate with respect to the sample sampling method for near-field infrared spectroscopy. I find out what I can do.
図9は、本発明者等による、近接場赤外分光分析のための試料のサンプリング法を示す図である。図において、100は近接場分光分析のための試料、102は表面を光反射性の材料で形成した基板、103はプレス機を示す。試料100は、光反射基板102上に保持して上下よりプレスすることにより、薄膜化される。試料100の厚さを、近接場分光分析に使用する、例えば赤外光を透過することが可能な程度に薄膜化することによって、試料100を通過した赤外光は光反射基板102の表面で反射され、再び試料100を通過して外部に出射する。試料100を通過した赤外光はプローブ先端で発生した近接場光を含んでいるので、基板102からの反射光を検出することにより、近接場分光分析を高感度で行うことができる。
FIG. 9 is a diagram showing a sample sampling method for near-field infrared spectroscopy by the present inventors. In the figure, 100 is a sample for near-field spectroscopic analysis, 102 is a substrate whose surface is made of a light-reflective material, and 103 is a press. The
ところが、以上のようにして形成したサンプルであっても、往々にして測定感度が低下し、あるいは測定不能となる事態が発生する。本発明者等は、その原因を次のように考えた。即ち、試料を薄膜化するために光反射基板上にプレスする場合、基板表面が平板であっても基板の微妙なうねりや試料の材質分布等により、プレス圧力が試料に均一にかからず、試料と基板間に局所的な密着不良が発生する。この密着不良により、測定光の反射率が低下し、あるいは乱反射を起こすため、光検出器によって検出される反射光が大幅に低下し、測定不能となるものと思われる。 However, even in the case of the sample formed as described above, the measurement sensitivity often decreases or the measurement becomes impossible. The present inventors considered the cause as follows. That is, when pressing on the light reflecting substrate to make the sample thin, even if the substrate surface is a flat plate, the press pressure is not uniformly applied to the sample due to the subtle waviness of the substrate or the material distribution of the sample. Local adhesion failure occurs between the sample and the substrate. Due to this poor adhesion, the reflectance of the measurement light is reduced or irregular reflection is caused, so that the reflected light detected by the photodetector is greatly reduced, and it is considered that measurement is impossible.
図10(a)および(b)は、試料と基板間の局所的な密着不良によって、反射光の検出感度が低下する理由を説明している。図10(a)および(b)において、104は光反射基板102と試料100との局所的な密着不良箇所を示している。また、105は、先端の曲率半径が数百nm程度のプローブを示し、その先端に例えば赤外光を照射することによって近接場光106が発生する。近接場光106自体は伝播しないが、赤外光によって散乱されて光検出器107(図(b)参照)に達し、検出される。近接場光は非常に弱い光であるため、その検出感度を上げるためには、できるだけ多くの近接場光を検出器方向に反射しなければならない。
FIGS. 10A and 10B illustrate the reason why the detection sensitivity of reflected light is reduced due to local adhesion failure between the sample and the substrate. In FIGS. 10A and 10B,
ところが、図10(a)に示すように、基板102と試料100間に局所的な密着不良104が発生し、その場所にプローブ105が存在した場合、試料100を通過した近接場光106の散乱光は、基板102によって方向性を持って反射されず、分散してしまう。その結果、光検出器による検出感度が低下する。あるいは、図10(b)に示すように、プローブ105を試料100と基板102とが密着した箇所に近づけた場合であっても、試料102のうねりによって乱反射108が発生し、反射光が光検出器107の方向に達しない。そのため、近接場光の検出感度が低下し、測定不能となる場合がある。
However, as shown in FIG. 10A, when a
したがって、高感度でしかも高い空間分解能を有する近接場分光分析を行うためには、プレスによって局所的な密着不良を起こさず、試料を均一に基板表面に密着固定させることが重要である。 Therefore, in order to perform near-field spectroscopic analysis with high sensitivity and high spatial resolution, it is important to fix the sample uniformly on the substrate surface without causing local adhesion failure by the press.
なお、本発明に関する一般的な技術水準を示す文献として、以下の特許文献1乃至4が存在する。
The following
本発明は、近接場分光分析のための試料のサンプリング法における、上記のような問題点を解決する目的でなされたもので、プレスによる試料の薄膜化において、試料と光反射基板とが局所的な密着不良を起こすことなく、均一に密着固定されることが可能な、近接場分光分析用の試料測定基板を提供することを課題とする。また、さらに検出感度を上げるために、プローブを照射する光であって、プローブ先端での近接場光の発生に寄与しない光を有効に利用して、近接場光を増強することが可能な、新規な構造の近接場分光分析用の試料測定基板を提供することを課題とする。 The present invention was made for the purpose of solving the above-described problems in the sample sampling method for near-field spectroscopic analysis, and the sample and the light-reflecting substrate are locally disposed in the thinning of the sample by pressing. It is an object of the present invention to provide a sample measurement substrate for near-field spectroscopic analysis that can be uniformly closely fixed without causing any poor adhesion. Further, in order to further increase the detection sensitivity, it is possible to enhance the near-field light by effectively using the light that irradiates the probe and does not contribute to the generation of the near-field light at the probe tip. It is an object of the present invention to provide a sample measurement substrate for near-field spectroscopic analysis having a novel structure.
本発明は、前記課題を解決するために、近接場分光分析のための試料を保持し、当該試料を上下よりプレスして薄膜化するための試料測定基板おいて、前記試料測定基板の試料を保持する表面を光反射性材料で形成すると共に、前記表面に複数の微小突起を設けるようにしている。この場合、前記微小突起先端を平坦化しても良い。 In order to solve the above problems, the present invention holds a sample for near-field spectroscopic analysis, and in a sample measurement substrate for thinning the sample by pressing it from above and below, The surface to be held is formed of a light reflecting material, and a plurality of minute protrusions are provided on the surface. In this case, the tips of the minute protrusions may be flattened.
上記構成の試料測定基板において、さらに、前記突起の先端に照射された光によってエバネッセント光が誘起されるように、前記突起を稜線状に形成しても良い。 In the sample measurement substrate having the above-described configuration, the protrusion may be formed in a ridge shape so that evanescent light is induced by the light irradiated to the tip of the protrusion.
あるいは、上記構成の試料測定基板において、前記基板および前記突起を、光透過性材料の基板表面を光反射性皮膜で被覆して形成し、前記基板内部を伝播した光が前記突起の先端部分を介して出射し前記先端部分に近接場光を誘起するように、前記突起先端部分の前記光反射性皮膜を除去するようにしても良い。 Alternatively, in the sample measurement substrate having the above-described configuration, the substrate and the protrusion are formed by coating a substrate surface of a light-transmitting material with a light-reflective coating, and light propagating through the substrate causes the tip portion of the protrusion to be formed. The light-reflective coating on the tip portion of the protrusion may be removed so as to emit near-field light and induce near-field light on the tip portion.
あるいは、上記構成の試料測定基板において、前記稜線状の複数の突起を、前記基板表面の前記試料を保持する部分を中心にして放射状に分布するように形成しても良い。 Alternatively, in the sample measurement substrate having the above-described configuration, the plurality of ridge line-shaped protrusions may be formed so as to be distributed radially around a portion of the substrate surface that holds the sample.
あるいは、上記構成の試料測定基板において、前記稜線状の突起を、前記基板表面の前記試料を保持する部分を中心とするらせん状に形成しても良い。 Alternatively, in the sample measurement substrate having the above-described configuration, the ridge-line-shaped protrusions may be formed in a spiral shape centering on a portion of the substrate surface that holds the sample.
本発明にかかる近接場分光分析用の試料測定基板では、基板表面に複数の微小な突起が形成されているので、試料を試料測定基板上に保持しプレスする場合、高圧力を均一に試料にかけることができ、その結果、試料と試料測定基板表面との局所的な密着不良の発生を回避することができる。これによって、試料を通過した光を光反射基板により高い反射率で再び試料方向に反射させることができる。さらに、突起側面の傾斜を利用して反射光を多重反射させることによって、近接場光の乱反射を抑制し、光検出器方向への充分な反射光量を確保することができる。これらの結果、高い検出感度で近接場分光分析を行うことが可能となる。 In the sample measurement substrate for near-field spectroscopic analysis according to the present invention, since a plurality of minute protrusions are formed on the substrate surface, when holding and pressing the sample on the sample measurement substrate, a high pressure is uniformly applied to the sample. As a result, it is possible to avoid the occurrence of local adhesion failure between the sample and the sample measurement substrate surface. As a result, the light that has passed through the sample can be reflected again toward the sample with a high reflectance by the light reflecting substrate. Furthermore, the reflected light is subjected to multiple reflection using the inclination of the side surface of the protrusion, thereby suppressing the irregular reflection of the near-field light and ensuring a sufficient amount of reflected light in the direction of the photodetector. As a result, it is possible to perform near-field spectroscopic analysis with high detection sensitivity.
また、試料測定基板を光透過材料で構成し、その表面に光反射性の皮膜を形成した構成の試料測定基板では、前記微小突起の先端部分の皮膜を除去し、基板内を伝播した光をこの先端部分から出射させることによって、先端部分で近接場光を誘発することができる。したがって、基板の側面、あるいは裏面に第2の光源を設けることによって、試料測定基板そのものを、近接場光発生のための第2のプローブとして使用し、近接場光を増強することができる。これによって、さらに高感度で近接場分光分析を行うことが可能となる。 In addition, in the sample measurement substrate having a configuration in which the sample measurement substrate is made of a light-transmitting material and a light-reflective coating is formed on the surface thereof, the coating at the tip of the microprotrusions is removed, and the light propagated in the substrate is By emitting from this tip portion, near-field light can be induced at the tip portion. Therefore, by providing the second light source on the side surface or the back surface of the substrate, the sample measurement substrate itself can be used as the second probe for generating near-field light, and the near-field light can be enhanced. This makes it possible to perform near-field spectroscopic analysis with higher sensitivity.
あるいは、近接場光を発生させるためのプローブの先端を照射する光の光径を試料のサイズより大きくする、照射位置をずらす、などの工夫によって、プローブの先端に当たって近接場光を発生する以外の光を試料測定基板内に導入することにより、第2の光源を設けることなく、突起先端から近接場光を発生させ、プローブ先端から発生した近接場光を増強することができる。 Or, other than generating near-field light by striking the tip of the probe by devising such as making the light diameter of the light irradiating the tip of the probe to generate near-field light larger than the sample size or shifting the irradiation position By introducing light into the sample measurement substrate, it is possible to generate near-field light from the tip of the protrusion and enhance the near-field light generated from the tip of the probe without providing a second light source.
さらに、光反射性の突起を稜線状に形成することによって、この部分に近接場光発生のための光が照射されると、稜線部でエバネッセント光が誘発され、プローブ先端で発生した近接場光を増強することができる。その結果、高感度で近接場分光分析を行うことができるようになる。稜線状の突起は、試料を保持する場所を中心にして放射状に形成しても、あるいはらせん状に形成しても良く、この場合、稜線のいずれかの場所に入射した光は全て、試料の下方に集光されるので、近接場光の増強効果が大きい。 Furthermore, by forming light-reflective protrusions in the shape of ridge lines, when this portion is irradiated with light for generating near-field light, evanescent light is induced at the ridge lines, and near-field light generated at the probe tip Can be strengthened. As a result, near-field spectroscopic analysis can be performed with high sensitivity. The ridge line-shaped protrusions may be formed radially around the place where the sample is held, or may be formed in a spiral shape. In this case, all the light incident on any part of the ridge line is Since the light is condensed downward, the enhancement effect of near-field light is great.
以下に、本発明の種々の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図において、同じ符号は同一又は類似の構成要素を示すので重複して説明しない。 Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each following figure, since the same code | symbol shows the same or similar component, it does not repeat.
図1に、本発明の第1の実施形態にかかる、近接場分光分析用の試料(サンプル)測定基板の概略構成を示す。図1(a)は試料測定基板1の平面図であり、図(b)は図(a)に示す領域Aの拡大図、(c)は図(b)のX−X線上断面図である。なお、これらの図に各部の概略の大きさを記載しているが、これらは参考値であって発明を限定するものではない。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a sample measurement substrate for near-field spectroscopic analysis according to the first embodiment of the present invention. 1A is a plan view of the
図1において、2は試料測定基板であって、表面にミクロンオーダーのピラミッド状の突起4、4・・・を有している。試料測定基板2は、数百ミクロン程度の厚さとして形成されるため、ハンドリングが容易なように、別の大きな基板6に貼り付けられている。なお、図(c)ではこの基板6は省略されている。試料測定基板2は、耐プレス強度を有する金属あるいは表面に金属皮膜を有する硬質無機材料で形成される。例えば、金属であればFe、Ni等、硬質無機材料の場合はダイヤモンド、WC、Si3N4等を材料として使用することができる。
In FIG. 1,
突起4、4・・・は、試料測定基板2の表面において均一に分散して形成され、その先端は平坦化されている。突起4、4・・・の側面の傾斜角は、30度〜60度程度である。突起4、4・・・を有する試料測定基板2は、例えば電鋳法を用いて次のようにして形成される。まず、面方位(100)を有するSi基板に対して、KOHあるいはフッ酸等を用いて異方性エッチングを行い、Si基板上にピラミッド状の複数の窪み(凹)を形成する。次に、濃度の異なる数種類のエッチング液を用いて、窪みの底面をフラット状(平坦化)とする。
The
このようにして複数の微小な窪みがSi基板に均一に分散して形成されると、次に、Au、Pt、Ag、Cu等を数十〜数百nm程度、蒸着する。この蒸着層表面を陰極とし、Fe、Ni等の棒を陽極として基板全体を希硫酸等に浸漬し、通電することにより、金属がSi基板上にメッキされる。このようにして形成されたメッキ皮膜をSi基板から剥がすと、原板として用いたSi基板とは逆の凹凸を有する金属ピラミッドを備えた、試料測定基板2が得られる。
If a plurality of minute depressions are formed uniformly dispersed on the Si substrate in this way, then, Au, Pt, Ag, Cu, etc. are vapor-deposited on the order of several tens to several hundreds nm. The entire surface of the substrate is immersed in dilute sulfuric acid using the surface of the vapor deposition layer as a cathode and a rod of Fe, Ni or the like as an anode, and a metal is plated on the Si substrate. When the plating film formed in this manner is peeled off from the Si substrate, the
試料装置基板2は、数百ミクロンの厚さであるため、他の大きな基板6に貼り付けてハンドリングし易くする。基板2の材料がダイヤモンドなどの硬質無機材料である場合は、基板表面をフェムト秒レーザ等によって直接加工し、表面に凹凸を形成する。その上で、表面に光反射性の金属材料を蒸着、あるいはコーティングする。このようにして、表面に、高さが例えば数μmの突起4が一様に分布する試料測定基板2が形成される。
Since the
図2は、図1に示す構造の試料測定基板2を用いて近接場分光分析用のサンプルを形成する過程、および形成したサンプルの効果を示す図である。なお、図2において、基板6は省略して示してある。図2(a)に示すように、表面に複数の突起4、4・・・が均一に分散して形成された光反射性の試料測定基板2を用意し、その上に近接場分光分析用の試料8を設置する。この状態で、試料測定基板2の上下より圧力をかけて試料8をプレスし、薄膜化する。基板2上には数μmオーダーで突起4、4・・・の微小頂面が均一に分布しているので、ムラなく、高圧力で試料8をプレスすることができる。
FIG. 2 is a diagram showing a process of forming a sample for near-field spectroscopic analysis using the
図2(b)に示すように、高圧プレスの結果、試料8は基板2の凹部に入りこみ、突起4、4・・・の側壁に密着固定される。突起4、4・・・の頂面上では、頂面の面積が小さいので、試料8がうねることなく突起4、4・・・に密着固定される。したがって、この状態の試料測定基板を用いて、図2(c)に示すように試料8の近接場分光測定を行う場合、試料8の基板2への密着不良による反射光の散乱、乱反射が抑制され、高感度での分光分析が実施される。
As shown in FIG. 2B, as a result of the high pressure pressing, the
なお、図2(c)において、10は、例えば先端曲率径が百〜数百nmのファイバープローブであり、その先端に分光スペクトル測定用の赤外光12を照射することにより、先端曲率半径と同程度のオーダーで局所的な光の場、即ち近接場光14を発生させることができる。この近接場光を試料8に当ててその散乱光を検出し、スペクトル分析を行うことによって、プローブ先端径オーダーの局所エリアに限定した化学分析が可能となる。
In FIG. 2C,
図2(c)に示すように、本実施形態の試料測定基板2では、近接場光14は突起4、4・・・の側壁によって多重に反射されることにより、検出器16の方向に向かって試料8を出射する。そのため、従来は乱反射によって検出器16の方向以外に散乱されていた光が検出器16の方向に向かうようになり、近接場光の検出感度が向上する。また、突起4、4・・・の頂面においても、試料8と基板2とが密着固定されているので、頂面に入射した赤外光は検出器16の方向に効果的に反射される。
As shown in FIG. 2 (c), in the
なお、本実施形態でのピラミッド状突起4、4・・・の側面の傾斜角度は、30度〜60度程度である。また、図1および2では、ピラミッド状突起4、4・・・の先端を平坦にしているが、平坦にすることなく鋭角にしても同様の効果が得られることはもちろんである。
In this embodiment, the inclination angle of the side faces of the pyramid-shaped
図3に、本発明の第2の実施形態にかかる近接場赤外分析用の試料測定基板を示す。図3(a)は試料測定基板20の平面図、図3(b)は図(a)の領域Bの拡大図、図3(c)は、図(b)のX−X線上断面図である。本実施形態にかかる試料測定基板20は、図3(b)および(c)から明らかなように、図1に示す試料測定基板2とは反対に、ミクロンオーダーの逆ピラミッド形状の窪み22が基板20上に均一に分散して形成されている。窪み22の底面は平坦化されている。図(b)および(c)に示すように、逆ピラミッド形状の窪み22を基板20の表面に均一に分散して形成することにより、基板20上に稜線状の突起24が複数、形成されるようになる。図の符号26は、突起24によって形成される稜線を示している。
FIG. 3 shows a sample measurement substrate for near-field infrared analysis according to the second embodiment of the present invention. 3A is a plan view of the
図4は、図3に示す試料測定基板20上に試料を保持し、プレスにより圧着固定して、薄膜状の試料28を形成した状態を示す。図4(a)に示すように、試料28をプレスすることによって、試料測定基板20の突起24が試料28に食い込み、底面部22で試料と良く密着する。先端が稜線26を構成する突起24で囲まれた逆ピラミッド状の窪み22は、図3(b)、(c)に示すように閉空間を構成するため、第1の実施形態にかかる試料測定基板2の場合よりもピラミッド壁による多重反射によって、反射光が検出器16の方向以外に散乱することをより効果的に抑制する。その結果、近接場光の検出感度がさらに向上する。
FIG. 4 shows a state in which the sample is held on the
図4(b)に示すように、突起24で構成される稜線26はプリズムの稜線に相当するため、この部分に赤外光12が照射されると、稜線26に沿ってエバネッセント光30が誘発される。エバネッセント光30は稜線24上を伝播するが、稜線内に閉じ込められ外部に伝播せず、分光分析のための近接場光14を増強する働きをする。したがって、本実施形態の試料測定基板20は、試料プレス時の局所的密着不良や赤外光の乱反射を抑制する効果と共に、近接場光の増強効果を有するので、本試料測定基板を使用することにより、第1の実施形態の場合よりもさらに高感度で近接場分光分析を実施することが可能となる。
As shown in FIG. 4B, since the
本実施形態の試料測定基板20は、図1に示す第1実施形態の試料測定基板2を陰極にして電鋳を行うことにより製造することができる。試料測定基板20を、ダイヤモンド、WC、Si3N4などの硬質無機材料で形成する場合は、フェムト秒レーザ等によって基板材料を直接加工することによって、製造することができる。硬質無機材料で基板20を形成した場合は、窪み22と突起24とを含む基板20の表面に、赤外光を反射する金属皮膜を蒸着、あるいはコーティングによって形成する必要がある。
The
図5に、本発明の第3の実施形態にかかる試料測定基板40を示す。図5(a)は試料測定基板40の断面図であり、図5(b)は試料測定基板40に試料48を圧着固定し、近接場分光分析を行う状態を示す図である。本実施形態の試料測定基板40は、第1の実施形態にかかる試料測定基板2と同じ外形を有しているが、基板を、ダイヤモンド、KBr、NaCl、CaF等の赤外透明材料で構成した点で異なっている。
FIG. 5 shows a
即ち、試料測定基板40は、ダイヤモンド、KBr、NaCl、CaF等の赤外透明材料の基板をフェムト秒レーザによって直接加工し、表面にピラミッド状の突起42、42・・・と溝44、44・・・を形成した構造を有している。突起42と溝44とから構成される凹凸部の表面は、突起42の頂面を除いて金属皮膜46で覆われている。金属皮膜46は、Pt、Au、Ag、Al、Pd等の金属を蒸着等により試料測定基板40に付着させて形成することができる。
That is, the
本実施形態の試料測定基板40は、図5(b)に示すように、試料測定基板40の側面外部に第2の赤外光源50を設け、試料測定基板40の側面より基板内に第2赤外光を導入することにより、基板40をプローブとして用いることを特徴としている。即ち、突起42の金属皮膜46で被覆されていない頂面42aは、基板内に入射した第2の赤外光に対して、幅が1μm以下の開口を形成する。
As shown in FIG. 5 (b), the
したがって、プローブ10の先端に強い赤外光10を照射し、近接場光14を発生させた場合、共鳴によって頂面42aの開口に近接場光52が誘発される。近接場光52は、プローブ10の先端に発生させた近接場光14と共に試料48の赤外光吸収を増強する。なお、試料測定基板40の裏面には赤外光反射膜が形成されていても良く、あるいは試料測定基板40を、プレスに耐えられるように大きな金属板に貼り付けて使用しても良い。
Therefore, when the strong infrared light 10 is irradiated to the tip of the
本実施形態の試料測定基板40は、第1の実施形態の試料測定基板2と同じ外形を有しているので、第1の実施形態の試料測定基板2が有するのと同じ効果、即ち、基板40と試料48の局所的な密着不良の発生を抑制する効果、および赤外光の乱反射を抑制する効果を有している。これに加えて、突起42の頂面開口からの共鳴近接場光の発生による、近接場光の増強効果も有しているので、高感度での近接場分光測定の実施を保障することが可能となる。
Since the
図6に、本発明の第4の実施形態にかかる試料測定基板40aの構造を示す。本実施形態の試料測定基板40aは、基本的に図5に示す第3の実施形態にかかる試料測定基板40と同様の構成を有しているが、突起42からなるピラミッド状突起群の周辺に金属皮膜46aを形成しない点で、第3の実施形態にかかる試料測定基板40とは異なっている。本実施形態の試料測定基板40aでは、ピラミッド状突起群の周辺に金属皮膜46aを形成しないことによって、プローブ10の先端を照射した赤外光12の一部を試料測定基板40a内に潜り込ませることができる。
FIG. 6 shows the structure of a
これによって、試料測定基板40aの側面に第2赤外光源を設けることなく、突起42の頂面42aから近接場光を共鳴発生させることができる。なお、プローブ10の先端を照射する赤外光の光径12aは、10〜30μmであるため、ピラミッド突起群の直径を10μm程度とすれば、赤外光は充分に試料測定基板40aの内部に潜り込むことができる。その結果、図5に示す第3の実施形態の場合とは異なり、第2の赤外光源を用いることなく、近接場光の増強効果を得ることができる。なお、試料測定基板40aの裏面には赤外光反射膜を形成しても良く、あるいは試料測定基板40aを、プレスに耐えられるように大きな金属板に貼り付けて使用しても良い。
Thereby, near-field light can be resonated and generated from the
図7に、本発明の第5の実施形態にかかる試料測定基板60の構成を示す。図7(a)は試料測定基板60の平面図、図(b)は図(a)のX−X線上断面図、図(c)は試料測定基板60を用いて試料62の近接場赤外分光測定を行う状態を示す図である。本実施形態の試料測定基板60は、金属または金属皮膜を付与した硬質無機材料で形成され、試料62が設置される表面に集光部65が形成されている。集光部65は、フェムト秒レーザ加工等によって基板表面に形成した放射状の溝64、64・・・を有する。基板表面に溝64、64・・・を形成することにより、隣接する溝の間には稜線状あるいは尾根状の突起66、66・・・を形成する。
FIG. 7 shows a configuration of a
試料62は、放射状の溝64および突起66の中心付近に載置される。試料測定基板60は、試料プレス時のハンドリングが容易なように、安定した大型の基板に貼り付けられても良い。また、図7(b)および(c)では、試料62は突起66上に置かれているが、試料62を設置した基板60を上下よりプレスすることにより、試料62を薄膜化し、かつ試料62が溝64内に廻り込むようにしても良い。
The
図7(a)および(b)に示す構造の試料測定基板60を用いて、試料62の近接場分光測定を行う場合、図7(c)に示すように、プローブ10の先端に赤外光12を照射して近接場光を発生させる。このとき、赤外光12の光径12aは10〜30μmであるため、試料62の幅を10μm程度以下とすることにより、集光部65の周辺が赤外光12に対して露出され、赤外光12によって照射されるようになる。このとき、溝64に入射した赤外光は、溝64の側壁によって多重反射されながら、溝の長手方向に伝播する。
When performing near-field spectroscopic measurement of the
一方、集光部65の周辺で稜線状の突起66を照射した赤外光は、突起66がプリズムの頂角を形成しているために、その部分でエバネッセント光68を誘発する。このエバネッセント光68は突起66の稜線に沿って伝播し、試料62の下方に集光されることにより、プローブ10の先端で生成された近接場光を増強する働きをする。その結果、高感度での近接場分光測定の実施が可能となる。なお、稜線状の突起の何れの場所に入射した赤外光も、試料62の下方に集光されるので、近接場光増強の効果が大きい。
On the other hand, the infrared light irradiated on the ridge-line-shaped
また、図7(b)に示すように、試料62を通過した赤外光は、溝64の側面で反射されて再び試料62を通過し、光検出器の方向に向かうため、近接場光の検出感度が向上する。
Further, as shown in FIG. 7 (b), the infrared light that has passed through the
本実施形態による試料62下方への赤外光の周り込み、即ち近接場光増強の効果を確保するためには、試料62のサイズを赤外光の光径以下、例えば10μm以下とすること、プローブ先端に照射する赤外光の絞りを甘くすること、あるいは赤外光の照射位置をずらすこと(図7(c)に示す)等を行うことができる。
In order to ensure that the infrared light wraps around the
図8(a)および(b)は、本発明の第6の実施形態にかかる試料測定基板70の概略構成を示す平面図および断面図である。本実施形態の試料測定基板70は、第5の実施形態にかかる試料測定基板60とほぼ同様の構成および作用効果を有するが、基板70の表面の集光部72に、放射状の溝に代わってらせん状の溝74を設けたことを特徴としている。らせん状の溝74を設けることによって、らせん状の突起76が形成される。本実施形態では、したがって、第5の実施形態の場合とは異なり、溝74および突起76が集光部72の周辺から中心に向かって連続して形成されていることを特徴とする。なお、試料78は集光部72の中心に設置される。
FIGS. 8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view showing a schematic configuration of a
以上のように、本実施形態の試料測定基板70では、突起76が集光部72の周辺から中心に向かって連続しているため、プローブ先端を外れて基板70に当たった赤外光は、らせん状の突起76でエバネッセント光を誘発し、集光部72の中心部に向かって集光される。したがって、集光部72の中心付近に試料78を設置すれば、集光されたエバネッセント光によりプローブ先端から発生する近接場光を増強することができる。また、試料78を通過して溝74の側面に達した近接場光の赤外光による散乱光は、溝74の側面によって多重に反射されて試料78の下方に集光され、光検出器の方向に向かって反射されるので、近接場光の検出感度が向上する。
As described above, in the
第6の実施形態の試料測定基板70は、第6の実施形態の試料測定基板60と同様にして形成される。なお、第5および第6の実施形態の試料測定基板では、放射状あるいはらせん状の突起66、76によって試料78が支持されるので、試料78をプレスする場合、試料78に高い圧力が均等に印加される。試料と、試料測定基板との間に密着不良が生じない。
The
2 試料測定基板
4 突起
6 支持基板
8 試料
10 プローブ
12 赤外光
14 近接場光
16 光検出器
30 エバネッセント光
52 共鳴近接場光
66 放射状突起
76 らせん状突起
2
Claims (6)
前記試料測定基板の試料を保持する表面を光反射性材料で形成すると共に、前記表面に複数の微小突起を設けたことを特徴とする、近接場分光分析用の試料測定基板。 In a sample measurement substrate for holding a sample for near-field spectroscopic analysis and pressing the sample from above and below to make a thin film,
A sample measurement substrate for near-field spectroscopic analysis, wherein a surface for holding a sample of the sample measurement substrate is formed of a light reflective material, and a plurality of minute protrusions are provided on the surface.
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