JP2010185772A - Sensor element and sensor device including the same - Google Patents

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Hirotsugu Ogi
博次 荻
Masahiko Hirao
雅彦 平尾
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Osaka University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor element capable of improving the detection sensitivity of objects. <P>SOLUTION: The sensor element includes an oscillator 2. The oscillator 2 includes a substrate 21 and a metal thin film 22. The substrate 21 is made of glass. The metal thin film 22 is made of Pt or Au and has a film thickness of 10-100 nm. The oscillator 2 is resonated by laser beams applied from the side of the substrate 21. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、センサー素子およびそれを備えたセンサー装置に関し、特に、金属薄膜を用いたセンサー素子およびそれを備えたセンサー装置に関するものである。   The present invention relates to a sensor element and a sensor device including the sensor element, and more particularly to a sensor element using a metal thin film and a sensor device including the sensor element.

従来、電極を用いずに無線によって圧電振動子の共振周波数等の音響量の変化を検出して検出対象物を検知する共振振動子質量検出装置が知られている(特許文献1)。   Conventionally, there is known a resonance vibrator mass detection device that detects a detection target by detecting a change in an acoustic amount such as a resonance frequency of a piezoelectric vibrator wirelessly without using an electrode (Patent Document 1).

この共振振動子質量検出装置は、圧電振動子と、試料供給手段と、電場供給手段と、信号解析部とを備える。電場供給手段は、電圧を入力する入力手段と、圧電振動子の振動を受信する受信手段とを有する。   The resonance vibrator mass detection apparatus includes a piezoelectric vibrator, a sample supply unit, an electric field supply unit, and a signal analysis unit. The electric field supply means has an input means for inputting a voltage and a receiving means for receiving the vibration of the piezoelectric vibrator.

圧電振動子は、振動電場が付与されると、圧電効果によって振動する。試料供給手段は、圧電振動子の表面に試料物質を供給する。電場供給手段の入力手段は、電圧を入力して振動電場を圧電振動子に印加する。電場供給手段の受信手段は、圧電振動子の振動を受信する。信号解析部は、受信手段によって受信された圧電振動子の振動に基づいて、検出対象物が圧電振動子に付着することによる共振周波数等の音響量の変化を検出して検出対象物を検知する。   The piezoelectric vibrator vibrates due to the piezoelectric effect when an oscillating electric field is applied. The sample supply means supplies a sample material to the surface of the piezoelectric vibrator. The input means of the electric field supply means inputs a voltage and applies the oscillating electric field to the piezoelectric vibrator. The receiving means of the electric field supply means receives the vibration of the piezoelectric vibrator. The signal analysis unit detects a detection target by detecting a change in an acoustic amount such as a resonance frequency caused by the detection target attached to the piezoelectric vibrator based on the vibration of the piezoelectric vibrator received by the receiving unit. .

そして、共振振動子質量検出装置の感度は、圧電振動子の厚みの2乗に反比例する。   The sensitivity of the resonance vibrator mass detection device is inversely proportional to the square of the thickness of the piezoelectric vibrator.

特開2008−26099号公報JP 2008-26099 A

しかし、従来の圧電振動子を用いた共振振動子質量検出装置においては、機械強度を保持するために圧電振動子の厚みを数十μmよりも薄くことが困難であり、その結果、共振振動子質量検出装置の感度が低いという問題があった。   However, in a conventional resonant vibrator mass detection device using a piezoelectric vibrator, it is difficult to reduce the thickness of the piezoelectric vibrator to several tens of μm in order to maintain mechanical strength. There was a problem that the sensitivity of the mass detector was low.

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、感度を向上可能なセンサー素子を提供することである。   Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a sensor element capable of improving sensitivity.

また、この発明の別の目的は、感度を向上可能なセンサー素子を備えたセンサー装置を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a sensor device including a sensor element capable of improving sensitivity.

この発明によれば、センサー素子は、振動子と、保持部材とを備える。保持部材は、振動子を保持し、振動子にレーザ光を照射するための開口部を有する。振動子は、第1の金属薄膜、あるいは、基板と、第1の金属薄膜とを含む。第1の金属薄膜は、基板上に形成されるとともに、検出対象物を補足するたんぱく質が固定される表面を有し、レーザ光の照射により振動する。   According to this invention, the sensor element includes the vibrator and the holding member. The holding member has an opening for holding the vibrator and irradiating the vibrator with laser light. The vibrator includes a first metal thin film or a substrate and a first metal thin film. The first metal thin film is formed on the substrate and has a surface on which a protein supplementing the detection target is fixed, and vibrates when irradiated with laser light.

好ましくは、第1の金属薄膜は、基板に接して形成されている。あるいは、一部の基板が除去され、その部分が振動する状態にある。   Preferably, the first metal thin film is formed in contact with the substrate. Alternatively, a part of the substrate is removed and the part vibrates.

好ましくは、振動子は、第2の金属薄膜をさらに含む。第2の金属薄膜は、第1の金属薄膜が形成された基板の面と反対面に形成される。   Preferably, the vibrator further includes a second metal thin film. The second metal thin film is formed on the surface opposite to the surface of the substrate on which the first metal thin film is formed.

好ましくは、振動子は、第2の金属薄膜をさらに含む。第2の金属薄膜は、第1の金属薄膜が形成された基板の面と反対面の一部の領域に形成される。そして、第1の金属薄膜と第2の金属薄膜との距離は、基板の厚みよりも小さい。   Preferably, the vibrator further includes a second metal thin film. The second metal thin film is formed in a partial region on the surface opposite to the surface of the substrate on which the first metal thin film is formed. The distance between the first metal thin film and the second metal thin film is smaller than the thickness of the substrate.

好ましくは、第2の金属薄膜は、第1の金属薄膜と異なる金属からなる。   Preferably, the second metal thin film is made of a metal different from the first metal thin film.

好ましくは、基板は、絶縁物または半導体からなる。   Preferably, the substrate is made of an insulator or a semiconductor.

好ましくは、振動子は、薄膜をさらに含む。薄膜は、基板と第1の金属薄膜との間に配置され、基板および第1の金属薄膜に接して形成される。基板は、基板の厚み方向に形成され、薄膜の第1の金属薄膜との接触面と反対面の一部を露出させるための開口部をさらに含む。   Preferably, the vibrator further includes a thin film. The thin film is disposed between the substrate and the first metal thin film, and is formed in contact with the substrate and the first metal thin film. The substrate further includes an opening formed in the thickness direction of the substrate and exposing a part of the surface opposite to the contact surface of the thin film with the first metal thin film.

好ましくは、薄膜は、絶縁物または半導体からなる。   Preferably, the thin film is made of an insulator or a semiconductor.

好ましくは、第1の金属薄膜は、複数の金属薄膜片からなる。   Preferably, the first metal thin film is composed of a plurality of metal thin film pieces.

好ましくは、第1の金属薄膜は、酸に対して耐性を有する金属からなる。   Preferably, the first metal thin film is made of a metal resistant to acids.

好ましくは、センサー素子は、第1の金属薄膜の表面に固定されたたんぱく質をさらに備える。   Preferably, the sensor element further includes a protein immobilized on the surface of the first metal thin film.

また、この発明によれば、センサー装置は、センサー素子と、第1および第2の光源と、検出器とを備える。センサー素子は、検出対象物を補足する。第1の光源は、レーザ光からなる励起光をセンサー素子に照射する。第2の光源は、レーザ光からなるプローブ光をセンサー素子に照射する。検出器は、プローブ光のセンサー素子からの反射光を受け、その受けた反射光に基づいてセンサー素子の音響量を検出し、その検出した音響量の変動に基づいて検出対象物を検出する。センサー素子は、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のセンサー素子からなる。第1および第2の光源は、第1の金属薄膜と反対側からそれぞれ励起光およびプローブ光をセンサー素子に照射する。   According to the invention, the sensor device includes a sensor element, first and second light sources, and a detector. The sensor element supplements the detection object. The first light source irradiates the sensor element with excitation light composed of laser light. The second light source irradiates the sensor element with probe light including laser light. The detector receives the reflected light of the probe light from the sensor element, detects the acoustic amount of the sensor element based on the received reflected light, and detects the detection object based on the detected variation in the acoustic amount. A sensor element consists of a sensor element given in any 1 paragraph of Claims 1-11. The first and second light sources irradiate the sensor element with excitation light and probe light from the opposite side of the first metal thin film, respectively.

この発明によるセンサー素子は、支持部材によって保持された振動子を備え、振動子は、基板上に形成された第1の金属薄膜を含む。そして、第1の金属薄膜は、レーザ光の照射によって振動し、検出対象物が第1の金属薄膜に付着すれば、共振周波数等の音響応答が変動するので、第1の金属薄膜における共振周波数等の音響応答の変動をレーザ光を用いて検出することによって検出対象物が第1の金属薄膜に付着したことを検知可能である。また、第1の金属薄膜が振動するときの共振周波数等の音響応答の変動は、第1の金属薄膜の膜厚の自乗に反比例し、この発明によるセンサー素子においては、第1の金属薄膜は、基板上に形成されるので、第1の金属薄膜の膜厚を薄くできる。   The sensor element according to the present invention includes a vibrator held by a support member, and the vibrator includes a first metal thin film formed on a substrate. The first metal thin film vibrates by irradiation with laser light, and if the detection target adheres to the first metal thin film, the acoustic response such as the resonance frequency fluctuates. Therefore, the resonance frequency in the first metal thin film It is possible to detect that the object to be detected has adhered to the first metal thin film by detecting the fluctuation of the acoustic response using the laser beam. In addition, the fluctuation of the acoustic response such as the resonance frequency when the first metal thin film vibrates is inversely proportional to the square of the film thickness of the first metal thin film. In the sensor element according to the present invention, the first metal thin film is Since it is formed on the substrate, the thickness of the first metal thin film can be reduced.

したがって、この発明によれば、検出対象物を検出するときの感度を向上できる。   Therefore, according to this invention, the sensitivity at the time of detecting a detection target object can be improved.

この発明の実施の形態によるセンサー素子の側面図である。It is a side view of the sensor element by embodiment of this invention. 図1に示すA方向から見た支持部材の平面図である。It is a top view of the supporting member seen from the A direction shown in FIG. 図1に示すB方向から見た支持部材の平面図である。It is a top view of the supporting member seen from the B direction shown in FIG. 図3に示す線IV−IV間における支持部材の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the support member between line IV-IV shown in FIG. 3. 図1に示すA方向から見た支持部材の平面図である。It is a top view of the supporting member seen from the A direction shown in FIG. 図5に示す線VI−VI間における支持部材の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the support member between line VI and VI shown in FIG. 5. 図1に示す振動子の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the vibrator illustrated in FIG. 1. パルスエコーの測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of a pulse echo. 音響フォノン共鳴振動の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of an acoustic phonon resonance vibration. 図9に示すスペクトルをフーリエ変換したときのスペクトルを示す図である。It is a figure which shows a spectrum when the spectrum shown in FIG. 9 is Fourier-transformed. ブリルアン振動法の概念図である。It is a conceptual diagram of the Brillouin vibration method. ブリルアン振動の測定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a measurement of Brillouin vibration. 図1に示すセンサー素子を用いた検出対象物の検出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detection method of the detection target object using the sensor element shown in FIG. 図1に示すセンサー素子の金属薄膜における振動の実測例を示す図である。It is a figure which shows the measurement example of the vibration in the metal thin film of the sensor element shown in FIG. この発明の実施の形態によるセンサー装置の概略図である。It is the schematic of the sensor apparatus by embodiment of this invention. 他の振動子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another vibrator | oscillator. 図16の(b)に示す振動子の振動を示す波形図である。FIG. 17 is a waveform diagram showing vibrations of the vibrator shown in FIG. さらに他の振動子を示す平面図である。It is a top view which shows other vibrators. 図15に示すセンサー装置を用いたセンサーシステムの概略図である。It is the schematic of the sensor system using the sensor apparatus shown in FIG.

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

図1は、この発明の実施の形態によるセンサー素子の側面図である。図1を参照して、この発明の実施の形態によるセンサー素子10は、支持部材1,3と、振動子2とを備える。   FIG. 1 is a side view of a sensor element according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a sensor element 10 according to an embodiment of the present invention includes support members 1 and 3 and a vibrator 2.

支持部材1は、たとえば、テフロン(登録商標)からなり、流路11,12と、開口部13と、保持部14とを有する。   The support member 1 is made of, for example, Teflon (registered trademark), and has flow paths 11 and 12, an opening portion 13, and a holding portion 14.

流路11,12の各々は、支持部材1を貫通する。開口部13は、支持部材1の裏面1Bから保持部14まで支持部材1を貫通する。保持部14は、支持部材1の表面1A側に設けられる。   Each of the flow paths 11 and 12 penetrates the support member 1. The opening 13 penetrates the support member 1 from the back surface 1 </ b> B of the support member 1 to the holding portion 14. The holding part 14 is provided on the surface 1 </ b> A side of the support member 1.

振動子2は、略四角形の平面形状を有し、支持部材1の保持部14によって保持される。   The vibrator 2 has a substantially square planar shape and is held by the holding portion 14 of the support member 1.

支持部材3は、たとえば、テフロン(登録商標)からなり、液溜部31を表面3A側に有する。   The support member 3 is made of, for example, Teflon (registered trademark), and has a liquid reservoir 31 on the surface 3A side.

そして、支持部材1,3は、支持部材1の表面1Aと支持部材3の表面3Aとが接するようにネジ(図示せず)によって固定される。   The support members 1 and 3 are fixed by screws (not shown) so that the surface 1A of the support member 1 and the surface 3A of the support member 3 are in contact with each other.

なお、図1には図示されていないが、1mmの厚みを有するシリコンゴムが保持部14に沿って支持部材1,3間に挿入されている。このシリコンゴムは、溶液が液溜部31に流入した場合に溶液が外部へ漏れるのを防止する。   Although not shown in FIG. 1, silicon rubber having a thickness of 1 mm is inserted between the support members 1 and 3 along the holding portion 14. This silicon rubber prevents the solution from leaking to the outside when the solution flows into the liquid reservoir 31.

図2は、図1に示すA方向から見た支持部材1の平面図である。図2を参照して、支持部材1は、略四角形の平面形状を有する。そして、支持部材1に設けられた流路11,12および開口部13の各々は、円形である。流路11,12の各々は、約2mmの直径を有し、開口部13は、約5mmの直径を有する。   FIG. 2 is a plan view of the support member 1 viewed from the direction A shown in FIG. With reference to FIG. 2, the support member 1 has a substantially rectangular planar shape. Each of the flow paths 11 and 12 and the opening 13 provided in the support member 1 is circular. Each of the flow paths 11 and 12 has a diameter of about 2 mm, and the opening 13 has a diameter of about 5 mm.

図3は、図1に示すB方向から見た支持部材1の平面図である。図3を参照して、保持部14は、略四角形の平面形状を有し、支持部材1の中央部に配置される。そして、保持部14は、振動子2の大きさと略同じ大きさを有する。   FIG. 3 is a plan view of the support member 1 as seen from the direction B shown in FIG. With reference to FIG. 3, the holding portion 14 has a substantially quadrangular planar shape and is disposed in the center portion of the support member 1. The holding unit 14 has approximately the same size as the size of the vibrator 2.

開口部13は、保持部14の中央部に配置される。また、流路11は、保持部14の一方側に配置され、流路12は、保持部14の他方側に配置される。   The opening 13 is disposed at the center of the holding unit 14. Further, the flow channel 11 is disposed on one side of the holding unit 14, and the flow channel 12 is disposed on the other side of the holding unit 14.

図4は、図3に示す線IV−IV間における支持部材1の断面図である。図4を参照して、保持部14は、支持部材1の表面1A側に形成された凹部からなる。そして、開口部13は、保持部14に連通している。   4 is a cross-sectional view of the support member 1 taken along line IV-IV shown in FIG. With reference to FIG. 4, the holding portion 14 is formed of a concave portion formed on the surface 1 </ b> A side of the support member 1. The opening portion 13 communicates with the holding portion 14.

保持部14は、振動子2の大きさと略同じ大きさを有するため、振動子2を保持部14に挿入することによって振動子2は、保持部14によって保持される。   Since the holding unit 14 has substantially the same size as the vibrator 2, the vibrator 2 is held by the holding unit 14 by inserting the vibrator 2 into the holding unit 14.

図5は、図1に示すA方向から見た支持部材3の平面図である。また、図6は、図5に示す線VI−VI間における支持部材3の断面図である。   FIG. 5 is a plan view of the support member 3 as viewed from the direction A shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the supporting member 3 taken along line VI-VI shown in FIG.

図5および図6を参照して、支持部材3は、表面3A側に凹部32を有する。凹部32は、支持部材3の中央部に設けられ、保持部14よりも大きい大きさを有する。   Referring to FIGS. 5 and 6, support member 3 has a recess 32 on the surface 3 </ b> A side. The concave portion 32 is provided in the center portion of the support member 3 and has a size larger than that of the holding portion 14.

支持部材3は、表面3Aが支持部材1の表面1Aに接するように支持部材1と固定されることによって、凹部32は、振動子2との間で液溜部31を形成する。   The support member 3 is fixed to the support member 1 such that the surface 3 </ b> A is in contact with the surface 1 </ b> A of the support member 1, whereby the recess 32 forms a liquid reservoir 31 with the vibrator 2.

図7は、図1に示す振動子2の断面図である。図2を参照して、振動子2は、基板21と、金属薄膜22とからなる。   FIG. 7 is a cross-sectional view of the vibrator 2 shown in FIG. With reference to FIG. 2, the vibrator 2 includes a substrate 21 and a metal thin film 22.

基板21は、たとえば、ガラスからなる。そして、基板21は、約0.5mmの厚みを有する。   The substrate 21 is made of glass, for example. The substrate 21 has a thickness of about 0.5 mm.

金属薄膜22は、白金(Pt)または金(Au)からなり、10〜100nmの膜厚を有する。そして、金属薄膜22は、蒸着によって基板21の表面に形成される。   The metal thin film 22 is made of platinum (Pt) or gold (Au) and has a thickness of 10 to 100 nm. The metal thin film 22 is formed on the surface of the substrate 21 by vapor deposition.

このように、振動子2は、透明な基板21を備えるので、レーザ光を基板21側から金属薄膜22に照射可能である。   As described above, since the vibrator 2 includes the transparent substrate 21, the metal thin film 22 can be irradiated with laser light from the substrate 21 side.

振動子2を保持部14に挿入する場合、振動子2の基板21だけが保持部14に挿入される。そして、支持部材1の保持部14は、支持部材1の表面1Aから基板21の厚みよりも若干大きい距離だけ窪んでいる。そして、支持部材1と振動子2との間にシリコンゴムを挿入し、ネジで締め付けることで溶液漏れを防ぐ。   When the vibrator 2 is inserted into the holding unit 14, only the substrate 21 of the vibrator 2 is inserted into the holding unit 14. The holding portion 14 of the support member 1 is recessed from the surface 1 </ b> A of the support member 1 by a distance slightly larger than the thickness of the substrate 21. Then, silicon rubber is inserted between the support member 1 and the vibrator 2 and tightened with screws to prevent solution leakage.

したがって、振動子2は、基板21だけが支持部材1に接し、金属薄膜22は、支持部材1に接しない。その結果、レーザ光が基板21側から金属薄膜22に照射された場合、金属薄膜22は、振動することができる。   Therefore, in the vibrator 2, only the substrate 21 is in contact with the support member 1, and the metal thin film 22 is not in contact with the support member 1. As a result, when the metal thin film 22 is irradiated with laser light from the substrate 21 side, the metal thin film 22 can vibrate.

レーザ光の照射によって金属薄膜22が振動する機構について説明する。PtまたはAuからなる金属薄膜22を振動させるためにレーザ光をピコ秒オーダーの時間だけ金属薄膜22に照射する。   A mechanism in which the metal thin film 22 vibrates by laser light irradiation will be described. In order to vibrate the metal thin film 22 made of Pt or Au, the metal thin film 22 is irradiated with a laser beam for a time on the order of picoseconds.

たとえば、約100フェムト(10−15)秒の時間だけレーザ光を金属薄膜22に照射すると、金属薄膜22のうち、照射部分の温度が瞬間的に上昇し、熱応力が金属薄膜22に発生する。 For example, when the metal thin film 22 is irradiated with laser light for a time of about 100 femto (10 −15 ) seconds, the temperature of the irradiated portion of the metal thin film 22 rises instantaneously, and thermal stress is generated in the metal thin film 22. .

そうすると、この熱応力が音源となって主に金属薄膜22の膜厚方向に縦波が伝搬する。そして、縦波は、金属薄膜22内を多重反射し、定在波(共振)モードが金属薄膜22内で発生する。その結果、金属薄膜22は、振動する。   Then, this thermal stress becomes a sound source, and a longitudinal wave propagates mainly in the film thickness direction of the metal thin film 22. The longitudinal wave is reflected multiple times in the metal thin film 22, and a standing wave (resonance) mode is generated in the metal thin film 22. As a result, the metal thin film 22 vibrates.

次に、金属薄膜22内で発生した振動を検出する方法について説明する。この振動を検出する方法としてパルスエコー法、共振法およびブリルアン振動法の3つの方法がある。   Next, a method for detecting vibrations generated in the metal thin film 22 will be described. There are three methods for detecting this vibration: a pulse echo method, a resonance method, and a Brillouin vibration method.

(i)パルスエコー法
まず、パルスエコー法について説明する。この方法は、膜厚が50nm以上の薄膜に対して適用される。
(I) Pulse Echo Method First, the pulse echo method will be described. This method is applied to a thin film having a thickness of 50 nm or more.

そして、パルスエコー法は、ポンプ光を薄膜に照射することによって薄膜に発生した弾性パルス波が薄膜内を多重反射するエコーを計測し、エコーの振幅から減衰を評価する方法である。   The pulse echo method is a method for measuring an echo in which an elastic pulse wave generated in a thin film by irradiating the thin film with pump light is reflected in the thin film and evaluating the attenuation from the amplitude of the echo.

図8は、パルスエコーの測定結果を示す図である。図8において、縦軸は、反射率を表し、横軸は、時間を表す。なお、図8に示す測定結果は、シリコン(Si)上に形成された70nmの膜厚を有するPtにおける測定結果である。   FIG. 8 is a diagram showing a measurement result of pulse echo. In FIG. 8, the vertical axis represents reflectance, and the horizontal axis represents time. In addition, the measurement result shown in FIG. 8 is a measurement result in Pt which has a film thickness of 70 nm formed on silicon (Si).

図8を参照して、反射率は、約33psごとに大きく変化しており、この時間間隔で弾性波が薄膜内を一往復していることがわかる。   Referring to FIG. 8, the reflectance changes greatly every about 33 ps, and it can be seen that the elastic wave reciprocates once in the thin film at this time interval.

そして、図8に示す反射率において、反射率が低下したときの時刻や反射率を用いて共振周波数や減衰等の音響量を求める。また、図8に示す反射率をフーリエ変換して共振周波数等の音響量を求める。   Then, in the reflectance shown in FIG. 8, the acoustic amount such as the resonance frequency and attenuation is obtained using the time when the reflectance is reduced and the reflectance. Also, the acoustic quantity such as the resonance frequency is obtained by Fourier transforming the reflectance shown in FIG.

(ii)共振法
次に、共振法について説明する。この方法は、第一薄膜の膜厚が50nmよりも薄い薄膜に対して適用される。また、第一薄膜と基板、さらには、第一薄膜と基板と第二薄膜が振動する場合にも適用される。この場合、全体の膜厚は、200nm程度である。
(Ii) Resonance Method Next, the resonance method will be described. This method is applied to a thin film whose first thin film is thinner than 50 nm. The present invention is also applied to the case where the first thin film and the substrate, and further, the first thin film, the substrate and the second thin film vibrate. In this case, the total film thickness is about 200 nm.

そして、共振法は、パルス幅がピコ秒オーダーである極短パルス光を第一または第二薄い薄膜に照射することによって振動子内に発生した共振モードを反射率の変化から観測するものである。   The resonance method is to observe the resonance mode generated in the vibrator from the change in reflectance by irradiating the first or second thin film with ultrashort pulsed light having a pulse width of the order of picoseconds. .

図9は、音響フォノン共鳴振動の測定結果を示す図である。また、図10は、図9に示すスペクトルをフーリエ変換したときのスペクトルを示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing measurement results of acoustic phonon resonance vibration. FIG. 10 is a diagram showing a spectrum when the spectrum shown in FIG. 9 is Fourier transformed.

図9において、縦軸は、反射率を表し、横軸は、時間を表す。また、図10において、縦軸は、振幅を表し、横軸は、周波数を表す。   In FIG. 9, the vertical axis represents reflectance, and the horizontal axis represents time. In FIG. 10, the vertical axis represents amplitude, and the horizontal axis represents frequency.

なお、図9および図10においては、5.6nm、13nmおよび34nmの膜厚を有するPt薄膜内で発生した音響フォノン振動の測定結果を示す。   9 and 10 show the measurement results of the acoustic phonon vibration generated in the Pt thin film having film thicknesses of 5.6 nm, 13 nm, and 34 nm.

図9を参照して、ポンプ光(=励起光)を照射後、Pt薄膜内で共振が発生していることがわかる。また、図9に示すスペクトルをフーリエ変換すると、図10に示すスペクトルが得られる。したがって、図10に示すスペクトルからPt薄膜の共振周波数等の音響量を求めることができる。   Referring to FIG. 9, it can be seen that resonance occurs in the Pt thin film after irradiation with pump light (= excitation light). Moreover, if the spectrum shown in FIG. 9 is Fourier-transformed, the spectrum shown in FIG. 10 will be obtained. Therefore, the acoustic quantity such as the resonance frequency of the Pt thin film can be obtained from the spectrum shown in FIG.

なお、Pt薄膜の共振周波数等の音響量は、図9に示すスペクトルにおいて、ある反射率が得られる1つの時間を用いて求められてもよい。   Note that the acoustic quantity such as the resonance frequency of the Pt thin film may be obtained using one time during which a certain reflectance is obtained in the spectrum shown in FIG.

(iii)ブリルアン振動法
最後に、ブリルアン振動法について説明する。この方法は、弾性波による光の回折現象を利用しており、透明・半透明薄膜(酸化物および半導体)に対して非常に有効な手法である。
(Iii) Brillouin vibration method Finally, the Brillouin vibration method will be described. This method utilizes the diffraction phenomenon of light by elastic waves, and is a very effective technique for transparent and translucent thin films (oxides and semiconductors).

図11は、ブリルアン振動法の概念図である。図11を参照して、試料表面に10nm程度の薄いAl等の薄膜からなる金属薄膜を成膜し、ポンプ光をその金属薄膜に照射する。そうすると、薄膜の熱膨張により膜厚方向に縦波超音波が励起される。   FIG. 11 is a conceptual diagram of the Brillouin vibration method. Referring to FIG. 11, a metal thin film made of a thin film such as Al having a thickness of about 10 nm is formed on the surface of the sample, and the metal thin film is irradiated with pump light. Then, longitudinal wave ultrasonic waves are excited in the film thickness direction by the thermal expansion of the thin film.

縦波は、粗密波であり、物質内の電荷密度もこれと同じ波長で分布する。つまり、屈折率も、この波長で変化するために、光から見れば超音波は、いわゆる回折格子である。この状態でプローブ光が薄膜内に入射されると、プローブ光の一部は、表面で反射するが、Al薄膜(=金属薄膜)が薄いために、プローブ光の大部分は、試料内に透過して超音波によって回折される。   The longitudinal wave is a dense wave, and the charge density in the material is also distributed at the same wavelength. That is, since the refractive index also changes at this wavelength, the ultrasonic wave is a so-called diffraction grating when viewed from light. When the probe light is incident on the thin film in this state, a part of the probe light is reflected on the surface, but since the Al thin film (= metal thin film) is thin, most of the probe light is transmitted into the sample. Then, it is diffracted by ultrasonic waves.

回折条件は、光の物質内での波長(λ/n)が超音波の波長(λ)の2倍に等しいときである。ここで、nは、プローブ光に対する物質の屈折率を表す。 The diffraction condition is when the wavelength (λ 0 / n) in the light substance is equal to twice the wavelength (λ a ) of the ultrasonic wave. Here, n represents the refractive index of the substance with respect to the probe light.

超音波が薄膜内部へ進行すると、回折光は、金属薄膜の表面で反射された反射光と干渉し、反射率に振動が生じる。この振動をブリルアン振動と言う。ブリルアン振動の周波数fBOは、次式によって表わされる。 When the ultrasonic wave advances into the thin film, the diffracted light interferes with the reflected light reflected from the surface of the metal thin film, and the reflectance is vibrated. This vibration is called Brillouin vibration. The Brillouin vibration frequency f BO is expressed by the following equation.

BO=2nv/λ・・・(1)
なお、vは、物質内における音速である。
f BO = 2nv a / λ 0 (1)
Incidentally, v a is the velocity of sound in the material.

図12は、ブリルアン振動の測定例を示す図である。図12において、縦軸は、反射率を表し、横軸は、時間を表す。   FIG. 12 is a diagram illustrating a measurement example of Brillouin vibration. In FIG. 12, the vertical axis represents the reflectance, and the horizontal axis represents time.

なお、図12に示すスペクトルは、Si基板上に形成された酸化シリコン(SiO)からのブリルアン振動を示す。 The spectrum shown in FIG. 12 shows Brillouin vibration from silicon oxide (SiO 2 ) formed on the Si substrate.

図12を参照して、低周波(〜45GHz)の振動の後、高周波(〜450GHz)の振動が観測されている。前者は、SiO薄膜からのブリルアン振動であり、後者は、Si基板からのブリルアン振動である。 Referring to FIG. 12, high frequency (˜450 GHz) vibration is observed after low frequency (˜45 GHz) vibration. The former is Brillouin vibration from the SiO 2 thin film, and the latter is Brillouin vibration from the Si substrate.

Siは、SiOよりも屈折率および音速が大きいため、高い周波数のブリルアン振動が観測される。 Since Si has a higher refractive index and sound speed than SiO 2 , high-frequency Brillouin oscillation is observed.

なお、Si基板における振動が減衰しているのは、超音波の減衰ではなく、光が急激に減衰するためである。   The reason why the vibration in the Si substrate is attenuated is not the attenuation of the ultrasonic wave but the attenuation of light abruptly.

そして、図12に示す反射率において、ある反射率が得られる1つの時間を用いて共振周波数等の音響量を求める。また、図12に示す反射率をフーリエ変換して共振周波数を求める。   Then, in the reflectance shown in FIG. 12, an acoustic quantity such as a resonance frequency is obtained using one time during which a certain reflectance is obtained. Further, the resonance frequency is obtained by Fourier transforming the reflectance shown in FIG.

この発明の実施の形態においては、上述したパルスエコー法、共振法およびブリルアン振動法のいずれかの方法を用いて試料内で発生した振動の共振周波数等の音響量を検出する。この場合、金属薄膜22の膜厚が50nm以上であるとき、パルスエコー法が用いられ、金属薄膜22の膜厚が50nmよりも薄いとき、共振法が用いられ、ブリルアン振動法は、金属薄膜22の膜厚に無関係に用いられる。   In the embodiment of the present invention, the acoustic quantity such as the resonance frequency of the vibration generated in the sample is detected using any one of the above-described pulse echo method, resonance method, and Brillouin vibration method. In this case, the pulse echo method is used when the film thickness of the metal thin film 22 is 50 nm or more, the resonance method is used when the film thickness of the metal thin film 22 is less than 50 nm, and the Brillouin vibration method is performed using the metal thin film 22. It is used regardless of the film thickness.

図13は、図1に示すセンサー素子10を用いた検出対象物の検出方法を説明するための図である。   FIG. 13 is a diagram for explaining a detection target object detection method using the sensor element 10 shown in FIG. 1.

図13を参照して、センサー素子10の金属薄膜22の表面に分子Bを固定する。そして、センサー素子10の基板21側からレーザ光(=ポンプ光)を金属薄膜22に照射する。これによって、金属薄膜22内で振動が発生する。そして、レーザ光(プローブ光)を基板21側から金属薄膜22に照射し、上述した3つの方法のいずれかを用いて金属薄膜22内で発生した振動の共振周波数等の音響量を検出する。   Referring to FIG. 13, molecule B is fixed on the surface of metal thin film 22 of sensor element 10. Then, the metal thin film 22 is irradiated with laser light (= pump light) from the substrate 21 side of the sensor element 10. As a result, vibration is generated in the metal thin film 22. Then, a laser beam (probe light) is irradiated onto the metal thin film 22 from the substrate 21 side, and an acoustic quantity such as a resonance frequency of vibration generated in the metal thin film 22 is detected using any of the three methods described above.

その後、分子Aを流路11を介して液溜部31に注入すると、分子Aは、分子Bと反応し、複合体(AB)が金属薄膜22の表面に形成される。そうすると、複合体(AB)が金属薄膜22の表面に形成された状態でレーザ光(=プローブ光)を照射し、上述した3つの方法のいずれかを用いて金属薄膜22内における振動の共振周波数等の音響量を検出する。   Thereafter, when the molecule A is injected into the liquid reservoir 31 via the flow path 11, the molecule A reacts with the molecule B, and a complex (AB) is formed on the surface of the metal thin film 22. Then, the laser beam (= probe light) is irradiated in a state where the composite (AB) is formed on the surface of the metal thin film 22, and the resonance frequency of vibration in the metal thin film 22 using any of the three methods described above. Detect the amount of sound.

複合体(AB)は、分子Bよりも質量が大きいので、複合体(AB)が金属薄膜22の表面に形成されたときの複合体(AB)および金属薄膜22の全体の質量は、分子Bおよび金属薄膜22の全体の質量よりも大きい。   Since the composite (AB) has a mass larger than that of the molecule B, the total mass of the composite (AB) and the metal thin film 22 when the composite (AB) is formed on the surface of the metal thin film 22 is the molecule B. And larger than the total mass of the metal thin film 22.

その結果、複合体(AB)が金属薄膜22の表面に形成されたときの共振周波数等の音響量は、分子Bが金属薄膜22の表面に固定されているときの共振周波数等の音響量から変化する。   As a result, the acoustic quantity such as the resonance frequency when the composite (AB) is formed on the surface of the metal thin film 22 is determined from the acoustic quantity such as the resonance frequency when the molecule B is fixed on the surface of the metal thin film 22. Change.

したがって、分子Aをセンサー素子10に注入することによる共振周波数等の音響量の変動Δfを検出し、分子Aを検知する。   Therefore, the fluctuation Af of the acoustic quantity such as the resonance frequency caused by injecting the molecule A into the sensor element 10 is detected, and the molecule A is detected.

この場合、共振周波数等の音響量が変化する速さは、分子Aと分子Bとの反応速度定数を表すことになる。   In this case, the speed at which the acoustic quantity such as the resonance frequency changes represents the reaction rate constant between the molecule A and the molecule B.

図14は、図1に示すセンサー素子10の金属薄膜22における振動の実測例を示す図である。   FIG. 14 is a diagram showing an actual measurement example of vibration in the metal thin film 22 of the sensor element 10 shown in FIG.

図14において、縦軸は、振幅を表し、横軸は、時間を表す。図14に示すスペクトルは、黄色ブドウ球菌プロテインAを金属薄膜22に固定し、ヒト免疫グロブリンG(ヒトIgG)を注入したときの金属薄膜22の振動を示す。   In FIG. 14, the vertical axis represents amplitude and the horizontal axis represents time. The spectrum shown in FIG. 14 shows the vibration of the metal thin film 22 when S. aureus protein A is immobilized on the metal thin film 22 and human immunoglobulin G (human IgG) is injected.

図14を参照して、金属薄膜22内における振動は、ヒト免疫グロブリンG(ヒトIgG)を注入した後、大きく変化している。プロテインAは、比較的高い親和性によりヒト免疫グロブリンG(ヒトIgG)と結合するため、IgG分子がセンサー素子10に結合し、振幅等の音響量変化が生じる。   Referring to FIG. 14, the vibration in the metal thin film 22 changes greatly after human immunoglobulin G (human IgG) is injected. Since protein A binds to human immunoglobulin G (human IgG) with a relatively high affinity, the IgG molecule binds to the sensor element 10 and a change in acoustic quantity such as amplitude occurs.

図14に示す振動の振幅を周波数変化に換算すると、従来の圧電振動体を用いたときの周波数変化の1万倍を上回ることに相当する。   When the amplitude of the vibration shown in FIG. 14 is converted into a frequency change, it corresponds to exceeding 10,000 times the frequency change when the conventional piezoelectric vibrator is used.

検出対象物が付着する前後の共振周波数等の音響量の変化Δfは、振動子(=金属薄膜22)の膜厚の自乗に反比例する。また、金属薄膜22の膜厚は、ナノメートルオーダーであり、従来の圧電振動体の厚みの約1000分の1である。   The change Δf in the acoustic amount such as the resonance frequency before and after the detection object adheres is inversely proportional to the square of the film thickness of the vibrator (= metal thin film 22). The thickness of the metal thin film 22 is on the order of nanometers, which is about 1/1000 of the thickness of the conventional piezoelectric vibrator.

したがって、センサー素子10における共振周波数等の音響量の変化Δf(=感度)は、従来のセンサーに対して百万倍となる。   Therefore, the change Δf (= sensitivity) of the acoustic amount such as the resonance frequency in the sensor element 10 is one million times that of the conventional sensor.

図15は、この発明の実施の形態によるセンサー装置の概略図である。図15を参照して、この発明の実施の形態によるセンサー装置100は、センサー素子10と、レーザ光源110と、2分の1波長板111と、偏光ビームスプリッタ112と、反射板113,115,116,121〜123と、コーナーリフレクタ114と、レンズ118,120と、音響光学結晶117と、非線形光学結晶119と、ビームスプリッタ124と、ハーモニックセパレータ125と、対物レンズ126と、検出器127とを備える。   FIG. 15 is a schematic diagram of a sensor device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 15, sensor device 100 according to the embodiment of the present invention includes a sensor element 10, a laser light source 110, a half-wave plate 111, a polarization beam splitter 112, reflectors 113, 115, 116, 121-123, corner reflector 114, lenses 118, 120, acousto-optic crystal 117, nonlinear optical crystal 119, beam splitter 124, harmonic separator 125, objective lens 126, and detector 127. Prepare.

レーザ光源110は、たとえば、チタン・サファイアパルスレーザからなり、波長800nmのパルス光(パルス幅:ピコ秒オーダー)を生成し、その生成したパルス光を2分の1波長板111へ出射する。   The laser light source 110 is made of, for example, a titanium / sapphire pulse laser, generates pulsed light having a wavelength of 800 nm (pulse width: picosecond order), and emits the generated pulsed light to the half-wave plate 111.

2分の1波長板111は、レーザ光源110から受けたパルス光の偏光面を90°回転し、その偏光面を回転したパルス光を偏光ビームスプリッタ112へ導く。   The half-wave plate 111 rotates the polarization plane of the pulsed light received from the laser light source 110 by 90 °, and guides the pulsed light that has rotated the polarization plane to the polarization beam splitter 112.

偏光ビームスプリッタ112は、2分の1波長板111から受けたパルス光を反射板113へ透過するとともにレンズ118の方向へ反射する。   The polarization beam splitter 112 transmits the pulsed light received from the half-wave plate 111 to the reflection plate 113 and reflects it toward the lens 118.

反射板113は、偏光ビームスプリッタ112から受けたパルス光をコーナーリフレクタ114へ反射する。   The reflection plate 113 reflects the pulsed light received from the polarization beam splitter 112 to the corner reflector 114.

コーナーリフレクタ114は、反射板113から受けたパルス光の光路を調整してパルス光を反射板115へ導く。   The corner reflector 114 guides the pulsed light to the reflecting plate 115 by adjusting the optical path of the pulsed light received from the reflecting plate 113.

反射板115は、コーナーリフレクタ114から受けたパルス光を反射板116の方向へ反射する。   The reflector 115 reflects the pulsed light received from the corner reflector 114 toward the reflector 116.

反射板116は、反射板115から受けたパルス光を音響光学結晶117の方向へ反射する。   The reflecting plate 116 reflects the pulsed light received from the reflecting plate 115 in the direction of the acousto-optic crystal 117.

音響光学結晶117は、反射板116から受けたパルス光を変調し、その変調したパルス光をハーモニックセパレータ125へ出射する。   The acousto-optic crystal 117 modulates the pulsed light received from the reflecting plate 116 and emits the modulated pulsed light to the harmonic separator 125.

レンズ118は、偏光ビームスプリッタ112から受けたパルス光を平行光にして非線形光学結晶119へ出射する。   The lens 118 converts the pulsed light received from the polarization beam splitter 112 into parallel light and emits it to the nonlinear optical crystal 119.

非線形光学結晶119は、レンズ118から受けたパルス光を倍波(波長=400nm)にしてレンズ120へ出射する。   The nonlinear optical crystal 119 emits the pulsed light received from the lens 118 to the lens 120 as a double wave (wavelength = 400 nm).

レンズ120は、非線形光学結晶119から受けたパルス光を反射板121に導く。   The lens 120 guides the pulsed light received from the nonlinear optical crystal 119 to the reflection plate 121.

反射板121は、レンズ120から受けたパルス光をビームスプリッタ124の方向へ反射する。   The reflector 121 reflects the pulsed light received from the lens 120 toward the beam splitter 124.

反射板122は、反射板123から受けた光を検出器127の方向へ反射する。   The reflection plate 122 reflects the light received from the reflection plate 123 toward the detector 127.

反射板123は、ビームスプリッタ124から受けた光を反射板122の方向へ反射する。   The reflector 123 reflects the light received from the beam splitter 124 toward the reflector 122.

ビームスプリッタ124は、反射板121から受けたパルス光を2つのパルス光に分離し、一方のパルス光をハーモニックセパレータ125へ導くとともに、他方のパルス光を参照光として検出器8127へ導く。また、ビームスプリッタ124は、ハーモニックセパレータ125から受けた光を反射板123の方向へ反射する。   The beam splitter 124 separates the pulsed light received from the reflecting plate 121 into two pulsed lights, guides one pulsed light to the harmonic separator 125 and guides the other pulsed light to the detector 8127 as reference light. The beam splitter 124 reflects the light received from the harmonic separator 125 in the direction of the reflecting plate 123.

ハーモニックセパレータ125は、音響光学結晶117から受けたパルス光を対物レンズ126へ導くとともに、ビームスプリッタ124から受けたパルス光を対物レンズ126へ導き、センサー素子10における反射光をビームスプリッタ124へ導く。   The harmonic separator 125 guides the pulsed light received from the acousto-optic crystal 117 to the objective lens 126, guides the pulsed light received from the beam splitter 124 to the objective lens 126, and guides the reflected light from the sensor element 10 to the beam splitter 124.

対物レンズ126は、ハーモニックセパレータ125から受けた光を集光し、その集光した光をセンサー素子10の振動子2に基板21側から照射する。   The objective lens 126 condenses the light received from the harmonic separator 125 and irradiates the condensed light from the substrate 21 side to the vibrator 2 of the sensor element 10.

検出器127は、ビームスプリッタ124から参照光を受け、センサー素子10による反射光を反射板122から受ける。そして、検出器127は、反射光から参照光を減算し、その減算後の光をロックインアンプに入力し、変調周波数成分を抽出する。   The detector 127 receives reference light from the beam splitter 124 and receives reflected light from the sensor element 10 from the reflecting plate 122. Then, the detector 127 subtracts the reference light from the reflected light, inputs the light after the subtraction to the lock-in amplifier, and extracts the modulation frequency component.

レーザ光源110は、2分の1波長板111、偏光ビームスプリッタ112、反射板113、コーナーリフレクタ114、反射板115,116、音響光学結晶117、ハーモニックセパレータ125および対物レンズ126を介して、波長800nmのレーザ光LS1をセンサー素子10の振動子2に照射する。これによって、振動子2の金属薄膜22内で振動が生じる。したがって、レーザ光LS1は、ポンプ光(=励起光)と呼ばれる。   The laser light source 110 has a wavelength of 800 nm through a half-wave plate 111, a polarizing beam splitter 112, a reflector 113, a corner reflector 114, reflectors 115 and 116, an acoustooptic crystal 117, a harmonic separator 125, and an objective lens 126. Is irradiated to the vibrator 2 of the sensor element 10. As a result, vibration is generated in the metal thin film 22 of the vibrator 2. Therefore, the laser beam LS1 is called pump light (= excitation light).

また、レーザ光源110は、2分の1波長板111、偏光ビームスプリッタ112、レンズ118、非線形光学結晶119、レンズ120、反射板121、ビームスプリッタ124、ハーモニックセパレータ125および対物レンズ126を介して、波長400nmのレーザ光LS2をセンサー素子10の振動子2に照射する。そして、レーザ光LS2の反射光は、ビームスプリッタ124および反射板123,122を介して検出器127に導かれる。そして、検出器127は、レーザ光LS2の反射光から参照光を減算してセンサー素子10の振動子2の共振周波数等の音響量を求める。したがって、レーザ光LS2は、プローブ光と呼ばれる。   Further, the laser light source 110 passes through the half-wave plate 111, the polarization beam splitter 112, the lens 118, the nonlinear optical crystal 119, the lens 120, the reflection plate 121, the beam splitter 124, the harmonic separator 125, and the objective lens 126. The vibrator 2 of the sensor element 10 is irradiated with laser light LS2 having a wavelength of 400 nm. Then, the reflected light of the laser light LS2 is guided to the detector 127 via the beam splitter 124 and the reflecting plates 123 and 122. Then, the detector 127 subtracts the reference light from the reflected light of the laser light LS2, and obtains an acoustic quantity such as a resonance frequency of the vibrator 2 of the sensor element 10. Therefore, the laser beam LS2 is called probe light.

センサー装置100においては、検出器127は、センサー素子10の流路11から検出対象物を含む溶液を流入しない状態で上述した方法によって振動子2の共振周波数等の音響量f0を検出する。   In the sensor device 100, the detector 127 detects the acoustic quantity f0 such as the resonance frequency of the vibrator 2 by the above-described method without flowing the solution containing the detection object from the flow path 11 of the sensor element 10.

その後、検出対象物を含む溶液が流路11から液溜部31に流入される。そして、検出器127は、検出対象物を含む溶液が液溜部31に溜まった状態で上述した方法によって振動子2の共振周波数等の音響量fmを検出し、その検出した共振周波数等の音響量fmが共振周波数等の音響量f0から変動していることを検知することにより、検出対象物を検出する。   Thereafter, a solution containing the detection object flows from the flow path 11 into the liquid reservoir 31. The detector 127 detects the acoustic amount fm such as the resonance frequency of the vibrator 2 by the above-described method in a state where the solution containing the detection target object is accumulated in the liquid reservoir 31, and the detected acoustic frequency such as the resonance frequency. The detection target is detected by detecting that the amount fm varies from the acoustic amount f0 such as the resonance frequency.

図16は、他の振動子を示す断面図である。この発明の実施の形態においては、センサー装置10は、振動子2に代えて図16に示す振動子2A,2B,2Cのいずれかを備えていてもよい。   FIG. 16 is a cross-sectional view showing another vibrator. In the embodiment of the present invention, the sensor device 10 may include any of the vibrators 2A, 2B, and 2C shown in FIG.

図16の(a)を参照して、振動子2Aは、図7に示す振動子2に金属薄膜23を追加したものであり、その他は、振動子2と同じである。金属薄膜23は、金属薄膜22が形成された基板21の一主面と反対の面に形成される。そして、金属薄膜23は、たとえば、Alからなり、10〜100nmの膜厚を有する。すなわち、金属薄膜23は、金属薄膜22と異なる金属からなる。   Referring to FIG. 16A, the vibrator 2 </ b> A is obtained by adding a metal thin film 23 to the vibrator 2 shown in FIG. 7, and the rest is the same as the vibrator 2. The metal thin film 23 is formed on a surface opposite to one main surface of the substrate 21 on which the metal thin film 22 is formed. And the metal thin film 23 consists of Al, for example, and has a film thickness of 10-100 nm. That is, the metal thin film 23 is made of a metal different from the metal thin film 22.

振動子2Aがセンサー素子10に用いられる場合、検出対象物を補足するための抗体等のたんぱく質が金属薄膜22の表面に固定され、レーザ光LS1,LS2は、金属薄膜23側から振動子2Aに照射される。   When the vibrator 2A is used for the sensor element 10, a protein such as an antibody for capturing a detection target is fixed to the surface of the metal thin film 22, and the laser beams LS1 and LS2 are transmitted from the metal thin film 23 side to the vibrator 2A. Irradiated.

レーザ光LS1が照射されると、金属薄膜23内において、上述した縦波が金属薄膜23の膜厚方向に発生し、その発生した縦波は、基板21および金属薄膜22に伝搬し、基板21および金属薄膜22,23の全体が振動する。   When the laser beam LS1 is irradiated, the above-described longitudinal wave is generated in the thickness direction of the metal thin film 23 in the metal thin film 23, and the generated longitudinal wave propagates to the substrate 21 and the metal thin film 22, and the substrate 21 And the whole metal thin films 22 and 23 vibrate.

したがって、振動子2Aの共振周波数等の音響量の変動Δfを検出することにより振動子2Aを用いて検出対象物を検知できる。   Therefore, the detection target can be detected using the vibrator 2A by detecting the fluctuation Δf of the acoustic amount such as the resonance frequency of the vibrator 2A.

このように、振動子2Aにおいては、金属薄膜23は、音響源として機能する。   Thus, in the vibrator 2A, the metal thin film 23 functions as an acoustic source.

なお、振動子2Aは、ガラスの一方の面に金属薄膜22を蒸着によって形成し、ガラスの他方の面に金属薄膜23を蒸着によって形成することによって製造される。   The vibrator 2A is manufactured by forming a metal thin film 22 on one surface of glass by vapor deposition and forming a metal thin film 23 on the other surface of glass by vapor deposition.

図16の(b)を参照して、振動子2Bは、金属薄膜22と、薄膜24と、基板25とを含む。   Referring to FIG. 16B, the vibrator 2 </ b> B includes a metal thin film 22, a thin film 24, and a substrate 25.

基板25は、たとえば、400μm程度の厚みを有するシリコンからなり、開口部251を有する。薄膜24は、たとえば、シリコンナイトライド(SiN)およびシリコンカーバイド(SiC)等の絶縁体または半導体からなり、50〜200nmの膜厚を有する。そして、薄膜24は、金属薄膜22および基板25に接して金属薄膜22と基板25との間に形成される。   The substrate 25 is made of, for example, silicon having a thickness of about 400 μm and has an opening 251. The thin film 24 is made of an insulator or a semiconductor such as silicon nitride (SiN) and silicon carbide (SiC), and has a thickness of 50 to 200 nm. The thin film 24 is formed between the metal thin film 22 and the substrate 25 in contact with the metal thin film 22 and the substrate 25.

開口部251は、両端がテーパ構造になった断面形状を有し、薄膜24側で約2mmの直径を有し、基板25の裏面側で約2.5mmの直径あるいは約2.5mm角の正方形状を有する。   The opening 251 has a cross-sectional shape in which both ends are tapered, has a diameter of about 2 mm on the thin film 24 side, and has a diameter of about 2.5 mm or a square of about 2.5 mm square on the back side of the substrate 25. It has a shape.

振動子2Bがセンサー素子10に用いられる場合、検出対象物を補足するための抗体等のたんぱく質が金属薄膜22の表面に固定され、レーザ光LS1,LS2は、基板25の開口部251から薄膜24に照射される。   When the vibrator 2B is used in the sensor element 10, a protein such as an antibody for capturing a detection target is fixed to the surface of the metal thin film 22, and the laser beams LS1 and LS2 are transmitted from the opening 251 of the substrate 25 to the thin film 24. Is irradiated.

レーザ光LS1が照射されると、薄膜22内において、上述した縦波が薄膜22の膜厚方向に発生し、その発生した縦波は、金属薄膜24に伝搬し、金属薄膜22および薄膜24の全体が振動する。   When the laser beam LS1 is irradiated, the longitudinal waves described above are generated in the film thickness direction of the thin film 22 in the thin film 22, and the generated longitudinal waves propagate to the metal thin film 24. The whole vibrates.

したがって、振動子2Bの共振周波数等の音響量の変動Δfを検出することにより振動子2Bを用いて検出対象物を検知できる。   Therefore, the detection target can be detected using the vibrator 2B by detecting the fluctuation Δf of the acoustic amount such as the resonance frequency of the vibrator 2B.

なお、振動子2Bは、プラズマCVD(Chemical Vapour Deposition)法または熱CVD法によって薄膜24をシリコン基板の一主面に形成し、その後、蒸着やスパッタリングによって金属薄膜22を薄膜24上に形成し、さらに、その後、シリコン基板の一部を裏面からエッチングによって除去し、開口部251を形成することによって製造される。   The vibrator 2B forms the thin film 24 on one main surface of the silicon substrate by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a thermal CVD method, and then forms the metal thin film 22 on the thin film 24 by vapor deposition or sputtering. Further, after that, a part of the silicon substrate is removed by etching from the back surface, and the opening 251 is formed.

図16の(c)を参照して、振動子2Cは、金属薄膜22,27と、基板26とを含む。基板26は、400μm程度の厚みを有するシリコンからなり、薄膜部261を有する。この薄膜部261は、約100nmの厚みを有する。   Referring to FIG. 16C, the vibrator 2 </ b> C includes metal thin films 22 and 27 and a substrate 26. The substrate 26 is made of silicon having a thickness of about 400 μm and has a thin film portion 261. The thin film portion 261 has a thickness of about 100 nm.

金属薄膜22は、基板26の一主面に形成される。金属薄膜27は、金属薄膜22が形成された基板26の一主面と反対側において薄膜部261に接して形成される。   The metal thin film 22 is formed on one main surface of the substrate 26. The metal thin film 27 is formed in contact with the thin film portion 261 on the side opposite to one main surface of the substrate 26 on which the metal thin film 22 is formed.

そして、金属薄膜27は、たとえば、Alまたはクロム(Cr)からなり、約10nmの膜厚を有する。すなわち、金属薄膜27は、金属薄膜22と異なる金属からなる。   The metal thin film 27 is made of, for example, Al or chromium (Cr) and has a thickness of about 10 nm. That is, the metal thin film 27 is made of a metal different from the metal thin film 22.

振動子2Cがセンサー素子10に用いられる場合、検出対象物を補足するための抗体等のたんぱく質が金属薄膜22の表面に固定され、レーザ光LS1,LS2は、基板26側から金属薄膜27に照射される。   When the vibrator 2C is used for the sensor element 10, a protein such as an antibody for capturing the detection target is fixed to the surface of the metal thin film 22, and the laser light LS1 and LS2 are irradiated to the metal thin film 27 from the substrate 26 side. Is done.

レーザ光LS1が照射されると、金属薄膜27内において、上述した縦波が金属薄膜27の膜厚方向に発生し、その発生した縦波は、基板26の薄膜部261および金属薄膜22に伝搬し、薄膜部261および金属薄膜22が振動する。   When the laser beam LS1 is irradiated, the above-described longitudinal wave is generated in the thickness direction of the metal thin film 27 in the metal thin film 27, and the generated longitudinal wave propagates to the thin film portion 261 and the metal thin film 22 of the substrate 26. Then, the thin film portion 261 and the metal thin film 22 vibrate.

したがって、振動子2Cの共振周波数等の音響量の変動Δfを検出することにより振動子2Cを用いて検出対象物を検知できる。   Therefore, the detection target can be detected using the vibrator 2C by detecting the fluctuation Δf of the acoustic amount such as the resonance frequency of the vibrator 2C.

このように、振動子2Cにおいては、金属薄膜27は、音響源として機能する。   Thus, in the vibrator 2C, the metal thin film 27 functions as an acoustic source.

なお、振動子2Cは、金属薄膜22を蒸着によってシリコン基板の一主面に形成し、その後、シリコン基板の一部を裏面からエッチングして薄膜部261を形成し、さらに、その後、金属薄膜27を蒸着によって薄膜部261に形成することによって製造される。   In the vibrator 2C, the metal thin film 22 is formed on one main surface of the silicon substrate by vapor deposition, and then a part of the silicon substrate is etched from the back surface to form the thin film portion 261. Is formed on the thin film portion 261 by vapor deposition.

センサー素子10において、振動子2A,2B,2Cのいずれかが用いられた場合も、上述したパルスエコー法、共振法、およびブリルアン振動法のいずれかの方法を用いて振動子2A,2B,2Cの共振周波数等の音響量が検出される。   Even when any of the vibrators 2A, 2B, and 2C is used in the sensor element 10, the vibrators 2A, 2B, and 2C are obtained by using any one of the above-described pulse echo method, resonance method, and Brillouin vibration method. The amount of sound such as the resonance frequency is detected.

図17は、図16の(b)に示す振動子2Bの振動を示す波形図である。図17において、縦軸は、反射率を表し、横軸は、時間を表す。   FIG. 17 is a waveform diagram showing the vibration of the vibrator 2B shown in FIG. In FIG. 17, the vertical axis represents reflectance, and the horizontal axis represents time.

図17を参照して、振動は、ほぼ一定の周期で持続している。したがって、振動子2Bのように、400μm程度の厚みを有する基板25に接した薄膜24にレーザ光LS1を照射して薄膜24を振動させた場合も、その振動は、基板26によって減衰させられることはなく、持続することが実証された。   Referring to FIG. 17, the vibration continues with a substantially constant period. Therefore, even when the thin film 24 is vibrated by irradiating the thin film 24 to the thin film 24 in contact with the substrate 25 having a thickness of about 400 μm like the vibrator 2B, the vibration is attenuated by the substrate 26. But it has been proven to last.

図18は、さらに他の振動子を示す平面図である。この発明の実施の形態によるセンサー素子10は、振動子2に代えて図18に示す振動子20を備えていてもよい。   FIG. 18 is a plan view showing still another vibrator. The sensor element 10 according to the embodiment of the present invention may include a vibrator 20 shown in FIG. 18 instead of the vibrator 2.

振動子20は、基板201と、複数の振動部材202とを含む。基板201は、たとえば、ガラスまたはSi基板からなる。   The vibrator 20 includes a substrate 201 and a plurality of vibration members 202. The substrate 201 is made of, for example, glass or a Si substrate.

複数の振動部材202は、基板201の一主面に碁盤目状に配置される。そして、複数の振動部材202の各々は、上述した振動子2,2A,2B,2Cのいずれかからなり、約1mmの直径を有する円形形状からなる。   The plurality of vibration members 202 are arranged in a grid pattern on one main surface of the substrate 201. Each of the plurality of vibrating members 202 is made of any of the vibrators 2, 2A, 2B, 2C described above, and has a circular shape having a diameter of about 1 mm.

振動子20を備えたセンサー素子10においては、複数の振動部材202に含まれる複数の金属薄膜22の表面に、同じ抗体等のたんぱく質が固定されていてもよく、相互に異なる複数種類の抗体等のたんぱく質が固定されていてもよい。   In the sensor element 10 including the vibrator 20, proteins such as the same antibody may be fixed on the surfaces of the plurality of metal thin films 22 included in the plurality of vibration members 202, and a plurality of different types of antibodies may be used. The protein may be fixed.

複数種類の抗体等のたんぱく質が複数の金属薄膜22の表面に固定されている場合、複数種類の抗原を同時に検知できる。   When proteins such as a plurality of types of antibodies are immobilized on the surfaces of the plurality of metal thin films 22, a plurality of types of antigens can be detected simultaneously.

なお、振動子20が用いられる場合、レーザ光LS1,LS2は、スキャンされながら複数の振動部材202に照射される。   When the vibrator 20 is used, the laser beams LS1 and LS2 are irradiated to the plurality of vibrating members 202 while being scanned.

また、振動子20においては、複数の振動部材202の各々は、円形に限らず、三角形、四角形および五角形等の多角形からなっていてもよい。   In the vibrator 20, each of the plurality of vibration members 202 is not limited to a circle, and may be a polygon such as a triangle, a quadrangle, and a pentagon.

図19は、図15に示すセンサー装置100を用いたセンサーシステムの概略図である。図19を参照して、センサーシステム1000は、センサー素子10と、容器301〜305,340と、送液ポンプ310と、配管320と、恒温槽330と、レーザ計測システム350と、パーソナルコンピュータ360とを備える。   FIG. 19 is a schematic diagram of a sensor system using the sensor device 100 shown in FIG. Referring to FIG. 19, the sensor system 1000 includes a sensor element 10, containers 301 to 305 and 340, a liquid feed pump 310, a pipe 320, a thermostatic chamber 330, a laser measurement system 350, a personal computer 360, and the like. Is provided.

センサーシステム1000においては、センサー素子10およびレーザ計測システム350がセンサー装置100を構成する。   In the sensor system 1000, the sensor element 10 and the laser measurement system 350 constitute the sensor device 100.

容器301〜305は、送液ポンプ310に接続される。送液ポンプ310は、配管320によってセンサー素子10の流路11に接続される。   The containers 301 to 305 are connected to the liquid feed pump 310. The liquid feed pump 310 is connected to the flow path 11 of the sensor element 10 by a pipe 320.

センサー素子10は、恒温槽330内に配置される。そして、流路11は、配管320に接続され、流路12は、容器340に接続される。   The sensor element 10 is disposed in the thermostatic chamber 330. The flow path 11 is connected to the pipe 320 and the flow path 12 is connected to the container 340.

レーザ計測システム350は、図15に示すレーザ光源110、2分の1波長板111、偏光ビームスプリッタ112、反射板113,115,116,121〜123、コーナーリフレクタ114、音響光学結晶117、レンズ118,120、非線形光学結晶119、ビームスプリッタ124、ハーモニックセパレータ125、対物レンズ126および検出器127からなる。   The laser measurement system 350 includes a laser light source 110, a half-wave plate 111, a polarization beam splitter 112, reflectors 113, 115, 116, 121 to 123, a corner reflector 114, an acoustooptic crystal 117, and a lens 118 shown in FIG. , 120, a nonlinear optical crystal 119, a beam splitter 124, a harmonic separator 125, an objective lens 126, and a detector 127.

容器301〜305の各々は、検出対象物を含む溶液を保持する。この場合、容器301〜305には、相互に異なる検出対象物が入っている。   Each of the containers 301 to 305 holds a solution containing the detection target. In this case, the containers 301 to 305 contain different detection objects.

送液ポンプ310は、容器301〜305のいずれかから溶液を吸い上げ、その吸い上げた溶液を配管320を介してセンサー素子10へ流入する。   The liquid feed pump 310 sucks up the solution from any of the containers 301 to 305 and flows the sucked up solution into the sensor element 10 through the pipe 320.

センサー素子10へ流入した溶液は、流路11から液溜部31に流れ込み、その後、流路12から容器340へ排出される。   The solution that has flowed into the sensor element 10 flows into the liquid reservoir 31 from the flow path 11 and is then discharged from the flow path 12 to the container 340.

レーザ計測システム350は、レーザ光LS1をポンプ光(=励起光)としてセンサー素子10の振動子2に基板21側から照射し、レーザ光LS2をプローブ光としてセンサー素子10の振動子2に基板21側から照射して、参照光と振動子2からの反射光とを検出し、その検出した参照光および反射光に基づいて、振動子2の共振周波数等の音響量の変動Δfを検出して検出対象物を検知する。   The laser measurement system 350 irradiates the vibrator 2 of the sensor element 10 from the substrate 21 side as pump light (= excitation light) from the substrate 21 side, and uses the laser light LS2 as probe light to the vibrator 2 of the sensor element 10 on the substrate 21. The reference light and the reflected light from the vibrator 2 are detected by irradiating from the side, and based on the detected reference light and reflected light, the fluctuation Δf of the acoustic amount such as the resonance frequency of the vibrator 2 is detected. Detect a detection object.

そして、レーザ計測システム350は、その検出した検出対象物をパーソナルコンピュータ360へ出力する。   Then, the laser measurement system 350 outputs the detected detection object to the personal computer 360.

パーソナルコンピュータ360は、レーザ計測システム350から検出対象物を受け、その受けた検出対象物を表示する。   The personal computer 360 receives the detection target from the laser measurement system 350 and displays the received detection target.

また、パーソナルコンピュータ360は、レーザ計測システム350を制御する。より具体的には、パーソナルコンピュータ360は、レーザ計測システム350に含まれるレーザ光源110を駆動したり、コーナーリフレクタ114による光路の調整を制御する。   Further, the personal computer 360 controls the laser measurement system 350. More specifically, the personal computer 360 drives the laser light source 110 included in the laser measurement system 350 and controls the adjustment of the optical path by the corner reflector 114.

なお、上記においては、金属薄膜22は、PtおよびAu等の貴金属からなると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、金属薄膜22は、銅(Cu)からなっていてもよく、一般的には、酸に対して耐性を有する金属からなっていればよい。   In the above description, the metal thin film 22 has been described as being made of a noble metal such as Pt and Au. However, in the embodiment of the present invention, the metal thin film 22 is not limited to this, and the metal thin film 22 is made of copper (Cu). In general, it may be made of a metal having resistance to acids.

また、上記においては、センサー素子10は、溶液中の抗原を検知すると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、センサー素子10は、空気中のガスを検知してもよい。   In the above description, the sensor element 10 has been described as detecting an antigen in a solution. However, in the embodiment of the present invention, the present invention is not limited to this, and the sensor element 10 may detect gas in the air. Good.

この場合、センサー素子10は、支持部材3がなくてもよい。支持部材3を除去することによって、空気中の検出対象物が振動子2に付着し易くなり、センサー素子10における検出感度を向上できる。   In this case, the sensor element 10 may not have the support member 3. By removing the support member 3, the detection object in the air can easily adhere to the vibrator 2, and the detection sensitivity in the sensor element 10 can be improved.

上述したように、センサー素子10は、振動子2を備え、振動子2は、基板21上に形成された金属薄膜22を有する。そして、センサー素子10においては、レーザ光LS1の照射によって金属薄膜22内に発生する振動する共振周波数等の音響量の変動を検出して検出対象物を検知する。また、共振周波数等の音響量の変動は、金属薄膜22の膜厚の自乗に反比例する。   As described above, the sensor element 10 includes the vibrator 2, and the vibrator 2 includes the metal thin film 22 formed on the substrate 21. In the sensor element 10, a detection target is detected by detecting a change in an acoustic amount such as a vibrating resonance frequency generated in the metal thin film 22 by the irradiation of the laser beam LS <b> 1. Further, the fluctuation of the acoustic quantity such as the resonance frequency is inversely proportional to the square of the film thickness of the metal thin film 22.

したがって、金属薄膜22の膜厚を薄くすることによって、センサー素子10における検出感度(=共振周波数等の音響量の変動)を飛躍的に向上できる。   Therefore, by reducing the film thickness of the metal thin film 22, the detection sensitivity (= variation in acoustic quantity such as the resonance frequency) in the sensor element 10 can be dramatically improved.

この発明の実施の形態においては、金属薄膜22は、「第1の金属薄膜」を構成し、金属薄膜23,27の各々は、「第2の金属薄膜」を構成する。   In the embodiment of the present invention, the metal thin film 22 constitutes a “first metal thin film”, and each of the metal thin films 23 and 27 constitutes a “second metal thin film”.

また、この発明の実施の形態においては、複数の振動部材202に含まれる複数の金属薄膜22は、「複数の金属薄膜片」を構成する。   Further, in the embodiment of the present invention, the plurality of metal thin films 22 included in the plurality of vibration members 202 constitute “a plurality of metal thin film pieces”.

さらに、この発明の実施の形態においては、レーザ光LS1を2分の1波長板111、偏光ビームスプリッタ112、反射板113,115,116、コーナーリフレクタ115、音響光学結晶117、ハーモニックセパレータ125および対物レンズ126を用いてセンサー素子10に照射するレーザ光源110は、「第1の光源」を構成する。   Further, in the embodiment of the present invention, the laser light LS1 is divided into the half-wave plate 111, the polarizing beam splitter 112, the reflectors 113, 115, 116, the corner reflector 115, the acoustooptic crystal 117, the harmonic separator 125, and the objective. The laser light source 110 that irradiates the sensor element 10 using the lens 126 constitutes a “first light source”.

さらに、この発明の実施の形態においては、レーザ光LS2を2分の1波長板111、偏光ビームスプリッタ112、レンズ118,120、非線形光学結晶119、反射板121、ビームスプリッタ124、ハーモニックセパレータ125および対物レンズ126を用いてセンサー素子10に照射するレーザ光源110は、「第2の光源」を構成する。   Further, in the embodiment of the present invention, the laser beam LS2 is divided into the half-wave plate 111, the polarization beam splitter 112, the lenses 118 and 120, the nonlinear optical crystal 119, the reflection plate 121, the beam splitter 124, the harmonic separator 125, and The laser light source 110 that irradiates the sensor element 10 using the objective lens 126 constitutes a “second light source”.

さらに、この発明の実施の形態においては、音響量とは、振動子2,2A,2B,2C,20の共振周波数または振幅を言う。   Furthermore, in the embodiment of the present invention, the acoustic quantity refers to the resonance frequency or amplitude of the vibrators 2, 2A, 2B, 2C, and 20.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

この発明は、感度を向上可能なセンサー素子に適用される。また、この発明は、感度を向上可能なセンサー素子を備えたセンサー装置に適用される。   The present invention is applied to a sensor element capable of improving sensitivity. The present invention is also applied to a sensor device including a sensor element that can improve sensitivity.

1,3 支持部材、1A,3A 表面、1B 裏面、2,2A,2B,2C,20 振動子、10 センサー素子、11,12 流路、13,251 開口部、14 保持部、21,25,26,201 基板、22,23,27 金属薄膜、24 薄膜、31 液溜部、32 凹部、100 センサー装置、110 レーザ光源、111 2分の1波長板、112 偏光ビームスプリッタ、113,115,116,121〜123 反射板、114 コーナーリフレクタ、117 音響光学結晶、118,120 レンズ、119 非線形光学結晶、124 ビームスプリッタ、125 ハーモニックセパレータ、126 対物レンズ、202 振動部材、261 薄膜部、301〜305,340 容器、310 送液ポンプ、320 配管、330 恒温槽、350 レーザ計測システム、360 パーソナルコンピュータ、1000 センサーシステム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,3 Support member, 1A, 3A surface, 1B back surface, 2,2A, 2B, 2C, 20 vibrator | oscillator, 10 sensor element, 11,12 flow path, 13,251 opening part, 14 holding | maintenance part, 21,25 26, 201 Substrate, 22, 23, 27 Metal thin film, 24 Thin film, 31 Liquid reservoir, 32 Recess, 100 Sensor device, 110 Laser light source, 111 Half-wave plate, 112 Polarizing beam splitter, 113, 115, 116 , 121-123 reflector, 114 corner reflector, 117 acousto-optic crystal, 118, 120 lens, 119 nonlinear optical crystal, 124 beam splitter, 125 harmonic separator, 126 objective lens, 202 vibrating member, 261 thin film portion, 301-305, 340 container, 310 liquid feed pump, 320 piping, 330 constant temperature , 350 laser measurement system, 360 personal computer, 1000 sensor system.

Claims (12)

振動子と、
前記振動子を保持し、前記振動子にレーザ光を照射するための開口部を有する保持部材とを備え、
前記振動子は、
基板と、
前記基板上に形成されるとともに、検出対象物を補足するたんぱく質が固定される表面を有し、前記レーザ光の照射により振動する第1の金属薄膜とを含む、センサー素子。
A vibrator,
A holding member that holds the vibrator and has an opening for irradiating the vibrator with laser light;
The vibrator is
A substrate,
A sensor element comprising: a first metal thin film that is formed on the substrate and has a surface on which a protein that supplements a detection target is fixed, and vibrates upon irradiation with the laser beam.
前記第1の金属薄膜は、前記基板に接して形成されている、請求項1に記載のセンサー素子。   The sensor element according to claim 1, wherein the first metal thin film is formed in contact with the substrate. 前記振動子は、前記第1の金属薄膜が形成された前記基板の面と反対面に形成された第2の金属薄膜をさらに含む、請求項2に記載のセンサー素子。   The sensor element according to claim 2, wherein the vibrator further includes a second metal thin film formed on a surface opposite to the surface of the substrate on which the first metal thin film is formed. 前記振動子は、前記第1の金属薄膜が形成された前記基板の面と反対面の一部の領域に形成された第2の金属薄膜をさらに含み、
前記第1の金属薄膜と前記第2の金属薄膜との距離は、前記基板の厚みよりも小さい、請求項2に記載のセンサー素子。
The vibrator further includes a second metal thin film formed in a partial region of the surface opposite to the surface of the substrate on which the first metal thin film is formed,
The sensor element according to claim 2, wherein a distance between the first metal thin film and the second metal thin film is smaller than a thickness of the substrate.
前記第2の金属薄膜は、前記第1の金属薄膜と異なる金属からなる、請求項4に記載のセンサー素子。   The sensor element according to claim 4, wherein the second metal thin film is made of a metal different from the first metal thin film. 前記基板は、絶縁物または半導体からなる、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のセンサー素子。   The sensor element according to any one of claims 1 to 5, wherein the substrate is made of an insulator or a semiconductor. 前記振動子は、
前記基板と前記第1の金属薄膜との間に配置され、前記基板および前記第1の金属薄膜に接して形成された薄膜をさらに含み、
前記基板は、前記基板の厚み方向に形成され、前記薄膜の前記第1の金属薄膜との接触面と反対面の一部を露出させるための開口部をさらに含む、請求項1に記載のセンサー素子。
The vibrator is
A thin film disposed between the substrate and the first metal thin film and formed in contact with the substrate and the first metal thin film;
2. The sensor according to claim 1, wherein the substrate further includes an opening formed in a thickness direction of the substrate and exposing a part of a surface opposite to a contact surface of the thin film with the first metal thin film. element.
前記薄膜は、絶縁物または半導体からなる、請求項7に記載のセンサー素子。   The sensor element according to claim 7, wherein the thin film is made of an insulator or a semiconductor. 前記第1の金属薄膜は、複数の金属薄膜片からなる、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のセンサー素子。   The sensor element according to any one of claims 1 to 8, wherein the first metal thin film includes a plurality of metal thin film pieces. 前記第1の金属薄膜は、酸に対して耐性を有する金属からなる、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のセンサー素子。   The sensor element according to any one of claims 1 to 9, wherein the first metal thin film is made of a metal having resistance to an acid. 前記第1の金属薄膜の表面に固定された前記たんぱく質をさらに備える、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のセンサー素子。   The sensor element according to any one of claims 1 to 10, further comprising the protein fixed to a surface of the first metal thin film. 検出対象物を補足するセンサー素子と、
レーザ光からなる励起光を前記センサー素子に照射する第1の光源と、
レーザ光からなるプローブ光を前記センサー素子に照射する第2の光源と、
前記プローブ光の前記センサー素子からの反射光を受け、その受けた反射光に基づいて前記センサー素子の音響量を検出し、その検出した音響量の変動に基づいて前記検出対象物を検出する検出器とを備え、
前記センサー素子は、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のセンサー素子からなり、
前記第1および第2の光源は、前記第1の金属薄膜と反対側からそれぞれ前記励起光および前記プローブ光を前記センサー素子に照射する、センサー装置。
A sensor element for supplementing the detection object;
A first light source that irradiates the sensor element with excitation light comprising laser light;
A second light source for irradiating the sensor element with a probe light comprising a laser beam;
Detection that receives the reflected light of the probe light from the sensor element, detects the acoustic amount of the sensor element based on the received reflected light, and detects the detection object based on the variation of the detected acoustic amount Equipped with
The sensor element comprises the sensor element according to any one of claims 1 to 11,
The sensor device, wherein the first and second light sources irradiate the sensor element with the excitation light and the probe light from the opposite side of the first metal thin film, respectively.
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