JP2017040609A - Sensor chip and manufacturing method therefor, and automatic analyzer - Google Patents

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哲雄 眞野
Tetsuo Mano
哲雄 眞野
山田 耕平
Kohei Yamada
耕平 山田
矢野 邦彦
Kunihiko Yano
邦彦 矢野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor chip having a high density hot site for absorbing target substance and a high electric field enhancement at the hot site.SOLUTION: The disclosed sensor chip comprises: a substrate; a structure formed above the substrate; and metal particles disposed side surface of the structure. Assuming a plane parallel to a substrate crossing the structure, and when the plane is displaced in a direction away from the substrate, the structure on the plane has a bent portion, the centroid in a cross section thereof regularly shifts, and at least a part of the metal particles are disposed at a position where side face in the bent portion of the structure is oriented upward.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、センサーチップ及びその製造方法並びに分析装置に関する。   The present invention relates to a sensor chip, a manufacturing method thereof, and an analysis apparatus.

近年、医療診断や食物の検査等における需要がますます増大し、小型で高速なセンシング技術の開発が求められている。電気化学的な手法をはじめさまざまなタイプのセンサーが検討されているが、集積化が可能、低コスト、そして、測定環境を選ばないといった理由から、表面プラズモン共鳴(SPR:Surface Plasmon Resonance)を用いたセンサーに対する関心が高まっている。   In recent years, demand for medical diagnosis, food inspection, and the like has been increasing, and development of a small and high-speed sensing technology has been demanded. Various types of sensors, including electrochemical techniques, have been studied. However, surface plasmon resonance (SPR) is used because it can be integrated, is low-cost, and does not choose the measurement environment. There is growing interest in sensors.

例えば、全反射型プリズム表面に設けた金属薄膜に発生させたSPRを用いて、抗原抗体反応における抗原の吸着の有無など、標的物質の吸着の有無を検出するものが知られている。この手法は、SPRによる消光波長が、検出対象分子(標的物質)の吸着前後でシフトするのを検出することで、検出対象分子の存在をセンシングする。   For example, a device that detects the presence or absence of target substance adsorption, such as the presence or absence of antigen adsorption in an antigen-antibody reaction, using SPR generated on a metal thin film provided on the surface of a total reflection prism is known. This technique senses the presence of a molecule to be detected by detecting that the extinction wavelength due to SPR shifts before and after the adsorption of the molecule to be detected (target substance).

また、低濃度の標的物質を検出する高感度分光技術の1つとして、SPRを利用した表面増強ラマン分光(SERS:Surface Enhanced Raman Scattering)が注目されている。SERSとはナノメートルスケールの凸凹構造を持つ金属表面でラマン散乱光が10〜1014倍に増強される現象である。 As one of high-sensitivity spectroscopic techniques for detecting a low concentration target substance, attention is focused on surface enhanced Raman scattering (SERS) using SPR. SERS is a phenomenon in which Raman scattered light is enhanced by 10 2 to 10 14 times on a metal surface having a nanometer-scale uneven structure.

レーザーなどの単一波長の励起光を分子に照射すると、励起光の波長から分子の振動エネルギー分だけ僅かにずれた波長の光(ラマン散乱光)が散乱される。この散乱光を分光処理すると、分子種に固有のスペクトル(指紋スペクトル)が得られる。この指紋スペクトルの形状を分析することで、分子を同定することが可能となる。   When a molecule such as a laser is irradiated with excitation light having a single wavelength, light having a wavelength slightly shifted from the wavelength of the excitation light by the vibration energy of the molecule (Raman scattered light) is scattered. When the scattered light is spectrally processed, a spectrum (fingerprint spectrum) unique to the molecular species is obtained. By analyzing the shape of this fingerprint spectrum, it becomes possible to identify the molecule.

一方、ラマン分光では、ラマン散乱光が非常に微弱の為、ごく低濃度の物質検出に、SERSを利用した強い増強度を示すセンサーチップが各種提案されている。例えば、特許文献1及び特許文献2には、金属ナノ粒子層を、誘電体からなるギャップ層を介してミラー層の上に配列させた構造のチップが提案されている。このような構造は、非特許文献1にも報告されており、当該文献では、Gap type Surface Plasmon(GSP)モデルと称している。   On the other hand, in Raman spectroscopy, since the Raman scattered light is very weak, various sensor chips that exhibit strong enhancement using SERS have been proposed for detecting very low concentrations of substances. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 propose a chip having a structure in which metal nanoparticle layers are arranged on a mirror layer via a gap layer made of a dielectric. Such a structure is also reported in Non-Patent Document 1, in which the Gap type Surface Plasmon (GSP) model is referred to.

表面プラズモン現象に起因する金属粒子の周囲に生じる電場増強スポットいわゆるホットサイトが、ラマン散乱光を増強させる。このためラマン散乱光を強く増強するには、電場増強度を高めること、及び、ホットサイトの数と密度を増大させることが有利である。   Electric field enhancing spots, so-called hot sites, generated around the metal particles due to the surface plasmon phenomenon enhance the Raman scattered light. Therefore, in order to strongly enhance the Raman scattered light, it is advantageous to increase the electric field enhancement and increase the number and density of hot sites.

上述のGSP構造によりセンサーを形成する場合、金属粒子が平面的に配置されているため、ホットサイトの数や配置する密度に限界があった。このような観点からは特許文献3に、金属ナノ粒子を誘電体ピラーの側壁に形成し、粒子間で強い電場増強を生じさせることで、基板の面積あたりのホットサイトの数(密度)を高める試みが提案されている。   When forming a sensor with the above-mentioned GSP structure, the number of hot sites and the density of arrangement are limited because the metal particles are arranged in a plane. From this point of view, in Patent Document 3, metal nanoparticles are formed on the side walls of the dielectric pillars, and a strong electric field enhancement is generated between the particles, thereby increasing the number (density) of hot sites per area of the substrate. Attempts have been proposed.

特表2007−538264号公報Special table 2007-538264 gazette 特開2008−014933号公報JP 2008-014933 A 米国特許出願公開第2014/0045209号明細書US Patent Application Publication No. 2014/0045209

OPTICS EXPRESS Vol.34, No.3 (2009) pp.244-246OPTICS EXPRESS Vol.34, No.3 (2009) pp.244-246

特許文献3に記載された技術では、基板に垂直な方向(基板の法線方向)に金属ナノ粒子を配置することにより、ホットサイトの密度は向上している。しかしながら、基板の法線方向における金属粒子の間隔や配置は制御できておらず、必ずしもSPRを発生させるために十分有効ではなかった。すなわち、特許文献3に記載された技術では、基板の法線方向に金属粒子を配置して上下の金属粒子の間を離間させることになるが、このときの金属粒子間の間隔が制御されないため、電場増強度の高いホットサイトを得ることは難しかった。   In the technique described in Patent Document 3, the density of hot sites is improved by arranging metal nanoparticles in a direction perpendicular to the substrate (the normal direction of the substrate). However, the spacing and arrangement of the metal particles in the normal direction of the substrate cannot be controlled, and are not necessarily effective enough to generate SPR. That is, in the technique described in Patent Document 3, metal particles are arranged in the normal direction of the substrate to separate the upper and lower metal particles, but the distance between the metal particles at this time is not controlled. It was difficult to obtain a hot site with high electric field strength.

本発明の幾つかの態様に係る目的の一つは、標的物質を吸着させるためのホットサイトの密度が高く、ホットサイトの電場増強度が高いセンサーチップ、分析装置及びセンサーチップの製造方法を提供することにある。   One of the objects according to some embodiments of the present invention is to provide a sensor chip, an analysis apparatus, and a method for manufacturing the sensor chip that have a high hot site density for adsorbing a target substance and a high hot field electric field strength. There is to do.

本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するために為されたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects or application examples.

本発明に係るセンサーチップの一態様は、基板と、前記基板の上方に形成された構造体と、前記構造体の側面に配置された金属粒子と、を含み、前記構造体は、前記構造体を切る前記基板に平行な平面を仮定し、前記平面を前記基板から遠ざかる方向に移動させた場合に、前記平面における前記構造体の断面の重心が周期的に移動する屈曲部を有し、前記金属粒子の少なくとも一部は、前記構造体の屈曲部の側面であって当該側面が上方を向く位置に配置されている。   One aspect of the sensor chip according to the present invention includes a substrate, a structure formed above the substrate, and metal particles disposed on a side surface of the structure, and the structure includes the structure. Assuming a plane parallel to the substrate that cuts the substrate, and when the plane is moved in a direction away from the substrate, the center of gravity of the cross section of the structure in the plane has a bent portion that periodically moves, At least a part of the metal particles is disposed on the side surface of the bent portion of the structure, and the side surface faces upward.

このようなセンサーチップでは、基板の法線方向における所定の位置に金属粒子が配置される。すなわち、このようなセンサーチップは、基板の法線方向において、金属粒子が存在する位置が制御されている。これにより、当該金属粒子の間に強い局在表面プラズモン(LSP:Localized Surface Plasmon)を発生させることができ、当該金属粒子の近傍に高い電場増強度のホットサイトを形成することができる。そのため、係るセンサーチップは、標的物質を吸着させるためのホットサイトの基板面積あたりの個数(密度)が高く、かつ、ホットサイトの電場増強度も高い。これにより、例えばSERS信号の高い増強度を得ることができる。   In such a sensor chip, metal particles are arranged at predetermined positions in the normal direction of the substrate. That is, in such a sensor chip, the position where the metal particles are present is controlled in the normal direction of the substrate. Thereby, a strong localized surface plasmon (LSP: Localized Surface Plasmon) can be generated between the metal particles, and a hot site with a high electric field enhancement can be formed in the vicinity of the metal particles. For this reason, the sensor chip has a high number (density) of hot sites per substrate area for adsorbing a target substance, and the electric field enhancement intensity of the hot sites is also high. Thereby, for example, a high enhancement of the SERS signal can be obtained.

本発明に係るセンサーチップにおいて、前記屈曲部において前記平面を前記基板から遠ざかる方向に移動させた場合に、前記平面における前記重心の軌跡が、円、楕円、多角形、線分又はそれらを組み合わせた形状であってもよい。   In the sensor chip according to the present invention, when the plane is moved away from the substrate in the bent portion, the locus of the center of gravity in the plane is a circle, an ellipse, a polygon, a line segment, or a combination thereof. It may be a shape.

このようなセンサーチップは、製造が容易である。   Such a sensor chip is easy to manufacture.

本発明に係るセンサーチップにおいて、前記基板と、前記構造体と、の間に、金属層を有してもよい。   In the sensor chip according to the present invention, a metal layer may be provided between the substrate and the structure.

このようなセンサーチップは、金属層の表面付近に生じる伝搬表面プラズモン(PSP:Propagated Surface Plasmon)を利用して金属粒子の間に局在表面プラズモン(LSP)を発生させることができ、金属粒子の基板に垂直な方向の位置にもさらに高い電場増強度のホットサイトを形成することができる。   Such a sensor chip can generate localized surface plasmons (LSP) between metal particles using propagating surface plasmons (PSP) generated near the surface of the metal layer. Hot sites with even higher electric field enhancement can be formed at positions in the direction perpendicular to the substrate.

本発明に係るセンサーチップにおいて、前記金属層の材質は、金、銀、銅、アルミニウム、白金、ニッケル、パラジウム、タングステン、ロジウム及びルテニウムから選択される少なくとも1種の金属又はこれらの複数種の合金であってもよい。   In the sensor chip according to the present invention, the material of the metal layer is at least one metal selected from gold, silver, copper, aluminum, platinum, nickel, palladium, tungsten, rhodium and ruthenium, or a plurality of these alloys. It may be.

このようなセンサーチップは、より強いPSPを金属層の表面付近に生じさせることができるため、金属粒子の近傍にさらに高い電場増強度のホットサイトを形成することができる。   Such a sensor chip can generate stronger PSP in the vicinity of the surface of the metal layer, so that hot sites with higher electric field enhancement can be formed in the vicinity of the metal particles.

本発明に係るセンサーチップにおいて、前記金属粒子は、複数の前記屈曲部に離間して配置されていてもよい、
このようなセンサーチップは、金属粒子を互いにより制御された距離で接近させて配置することができ、より高い電場増強度を得ることができる。
In the sensor chip according to the present invention, the metal particles may be disposed apart from the plurality of bent portions.
Such a sensor chip can arrange the metal particles closer to each other at a more controlled distance, and can obtain a higher electric field enhancement strength.

本発明に係るセンサーチップの製造方法の一態様は、基板の上方に誘電体層を形成する工程と、前記誘電体層をパターニングして基礎部を形成する工程と、動的傾斜蒸着法により、第1傾斜条件で、前記基礎部の上に誘電体を堆積し、前記第1傾斜条件とは異なる第2傾斜条件で、さらに誘電体を堆積して、構造体を形成する工程と、前記構造体の側面に、傾斜蒸着法により、金属を堆積する工程と、を含む。   One aspect of a method for manufacturing a sensor chip according to the present invention includes a step of forming a dielectric layer above a substrate, a step of patterning the dielectric layer to form a base portion, and a dynamic gradient deposition method. Forming a structure by depositing a dielectric on the base portion under a first tilt condition, and further depositing a dielectric under a second tilt condition different from the first tilt condition; Depositing a metal on the side of the body by a gradient deposition method.

このようにすれば、基板と、前記基板の上方に形成された構造体と、前記構造体の側面に配置された金属粒子と、を含み、前記構造体を切る前記基板に平行な平面を仮定し、前記基板から遠ざかる方向に前記平面を移動させた場合に、前記平面における前記構造体の断面の重心が周期的に移動する区間を有し、前記金属粒子の少なくとも一部は、前記重心が移動する区間であって、前記側面が上方を向く位置に配置されているセンサーチップを容易に製造することができる。   In this case, it is assumed that the substrate includes a substrate, a structure formed above the substrate, and metal particles disposed on a side surface of the structure, and a plane parallel to the substrate that cuts the structure. When the plane is moved in a direction away from the substrate, the center of gravity of the cross section of the structure in the plane is periodically moved, and at least a part of the metal particles has the center of gravity. It is possible to easily manufacture a sensor chip which is a moving section and is disposed at a position where the side surface faces upward.

本発明に係るセンサーチップの製造方法において、前記金属を堆積させた後、前記基板を加熱する工程を含んでもよい。   The sensor chip manufacturing method according to the present invention may include a step of heating the substrate after depositing the metal.

このようにすれば、金属粒子が複数配置され、互いに離間しているセンサーチップを容易に製造することができる。   In this way, it is possible to easily manufacture a sensor chip in which a plurality of metal particles are arranged and separated from each other.

本発明に係る分析装置の一態様は、上述のセンサーチップと、センサーチップに励起光を照射する光源と、前記センサーチップから放射される光を検出する検出器と、を備える。   One aspect of the analyzer according to the present invention includes the above-described sensor chip, a light source that irradiates the sensor chip with excitation light, and a detector that detects light emitted from the sensor chip.

このような分析装置は、電場増強度の高いホットサイトが高い密度で配置されたセンサーチップを備えるため、プラズモンに基づく光の増強度が非常に大きく、標的物質を極めて高感度に分析することができる。   Since such an analysis apparatus includes a sensor chip in which hot sites with high electric field enhancement are arranged at high density, the light enhancement based on plasmons is very large, and the target substance can be analyzed with extremely high sensitivity. it can.

実施形態に係るセンサーチップの構造体の模式図。The schematic diagram of the structure of the sensor chip concerning an embodiment. 実施形態に係るセンサーチップの構造体の模式図。The schematic diagram of the structure of the sensor chip concerning an embodiment. 実施形態に係るセンサーチップの構造体及び配置の模式図。The schematic diagram of the structure and arrangement of a sensor chip concerning an embodiment. 実施形態に係るセンサーチップの構造体及び配置の模式図。The schematic diagram of the structure and arrangement of a sensor chip concerning an embodiment. 実施形態に係るセンサーチップの要部の概略図。Schematic of the principal part of the sensor chip concerning an embodiment. 実施形態に係るセンサーチップの要部の模式図。The schematic diagram of the principal part of the sensor chip concerning an embodiment. 実施形態に係る構造体の形成方法の例を示す模式図。The schematic diagram which shows the example of the formation method of the structure which concerns on embodiment. 実施形態に係る金属粒子の形成方法の例を示す模式図。The schematic diagram which shows the example of the formation method of the metal particle which concerns on embodiment. 実施形態に係る金属粒子の形成方法の例を示す模式図。The schematic diagram which shows the example of the formation method of the metal particle which concerns on embodiment. 実施形態に係る分析装置の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the analyzer which concerns on embodiment.

以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。   Several embodiments of the present invention will be described below. Embodiment described below demonstrates an example of this invention. The present invention is not limited to the following embodiments, and includes various modified embodiments that are implemented within a range that does not change the gist of the present invention. Note that not all of the configurations described below are essential configurations of the present invention.

1.センサーチップ
本実施形態のセンサーチップ100は、基板1と、構造体20と、金属粒子30と、を含む。図1及び図2は、それぞれ本実施形態に係るセンサーチップ100の構造体20の一例を示す模式図である。図3及び図4は、それぞれ本実施形態に係るセンサーチップ100の構造体20及びその配置の模式図である。図5及び図6は、それぞれ本実施形態に係るセンサーチップ100の要部の概略図である。
1. Sensor Chip A sensor chip 100 according to the present embodiment includes a substrate 1, a structure 20, and metal particles 30. 1 and 2 are schematic views showing an example of the structure 20 of the sensor chip 100 according to this embodiment. 3 and 4 are schematic views of the structure 20 and the arrangement of the sensor chip 100 according to the present embodiment, respectively. 5 and 6 are schematic views of the main part of the sensor chip 100 according to the present embodiment, respectively.

1.1.基板
基板1は、センサーチップ100の基体である。基板1としては、例えば、シリコン基板、ガラス基板、樹脂基板などが挙げられる。基板1は、平板状の形状を有している。本明細書では、基板1の厚さ方向を、法線方向、厚み方向、高さ方向等と称する場合がある。本実施形態では、基板1が平板状であるため、厚さ方向と、基板1の表面の法線方向とが一致している。
1.1. Substrate The substrate 1 is a base of the sensor chip 100. Examples of the substrate 1 include a silicon substrate, a glass substrate, and a resin substrate. The substrate 1 has a flat shape. In the present specification, the thickness direction of the substrate 1 may be referred to as a normal direction, a thickness direction, a height direction, or the like. In this embodiment, since the board | substrate 1 is flat form, the thickness direction and the normal line direction of the surface of the board | substrate 1 correspond.

本明細書では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの(以下、「A」という)の「上方」に他の特定のもの(以下、「B」という)を形成する(配置する)」などと用いる場合に、A上に直接Bを形成する(配置する)場合と、A上に他のもの又は空間を介してBを形成する(配置する)場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いる。また、「上」、「下」等の文言は、センサーチップ100の設置状態に依存した上下関係を意図した文言ではなく、センサーチップ100の設置状態にかかわらず、基板1が下に存在する状態で見た(基板1が下に来るように視野を採った)場合における上下関係を意図した文言である。したがって、例えば、仮に、重力の作用する方向が下となるように見た場合、基板1が上方、構造体20が下方となるようにセンサーチップ100が設置されているとしても、基板1の上方に構造体20があるということの意味は、基板1が下方に位置するように視野を選び(すなわちこの場合には重力の作用する方向が上となるように見て)、文言どおり基板1の上方に構造体20が位置すると解することとする。   In the present specification, the word “upper” is formed (arranged), for example, another specific thing (hereinafter referred to as “B”) in “above” of the “specific thing (hereinafter referred to as“ A ”). ) "And the like include the case where B is directly formed (arranged) on A and the case where B is formed (arranged) on A via another or space, The word “upward” is used. Further, the terms “upper”, “lower”, and the like are not intended to be a vertical relationship depending on the installation state of the sensor chip 100, but the state in which the substrate 1 exists below regardless of the installation state of the sensor chip 100. This is a word intended for the vertical relationship when viewed in (when the field of view is taken so that the substrate 1 comes down). Therefore, for example, if the sensor chip 100 is installed so that the substrate 1 is on the upper side and the structure 20 is on the lower side when the direction in which gravity acts acts is lower, the upper side of the substrate 1 is higher. Means that the field of view is selected so that the substrate 1 is located below (that is, in this case, the direction in which the gravity acts is upward) It will be understood that the structure 20 is located above.

基板1は、後述する構造体20の基礎部22と一体的であってもよい。また、基板1と構造体20とは別体であってもよく、この場合は基板1の上に直接構造体20が設けられてもよいし、基板1の上に誘電体層(図示せず)及び/又は金属層10等を介して構造体20が設けられてもよい。さらに、基板1の上方に誘電体層等が形成され、その上方に構造体20が設けられてもよい。この場合、さらに、基板1と誘電体層の間、又は、誘電体層と構造体20の間に金属層10が設けられてもよい。   The board | substrate 1 may be integral with the base part 22 of the structure 20 mentioned later. Further, the substrate 1 and the structure 20 may be separate. In this case, the structure 20 may be provided directly on the substrate 1 or a dielectric layer (not shown) may be provided on the substrate 1. ) And / or the metal layer 10 or the like, the structure 20 may be provided. Further, a dielectric layer or the like may be formed above the substrate 1, and the structure 20 may be provided above the dielectric layer. In this case, the metal layer 10 may be further provided between the substrate 1 and the dielectric layer or between the dielectric layer and the structure 20.

図1〜図6では、構造体20は金属層10の上に形成され、構造体20の存在しない領域では金属層10の上面が露出しているように描かれている。また、図1〜図6に示す例では、金属層10を有するが、金属層10は必須の構成ではなく、金属層10は存在しなくてもよい。なお、基板1あるいは構造体20の基礎部22の材質がシリコンである場合、赤外線領域で透明であるため、後述する励起光を適切に選択することにより、誘電体層又は透光層として利用することができる。   1 to 6, the structure 20 is formed on the metal layer 10, and the upper surface of the metal layer 10 is exposed in a region where the structure 20 does not exist. Moreover, in the example shown in FIGS. 1-6, although it has the metal layer 10, the metal layer 10 is not an essential structure and the metal layer 10 does not need to exist. In addition, when the material of the base part 22 of the board | substrate 1 or the structure 20 is a silicon | silicone, since it is transparent in an infrared region, it uses as a dielectric material layer or a translucent layer by selecting the excitation light mentioned later appropriately. be able to.

1.2.構造体
構造体20は、基板1の上方に形成される。構造体20は、基板1に接して形成されてもよいし、構造体20の基礎部22が基板1と一体的に形成されてもよい。また、構造体20と基板1との間に誘電体層、透光層、金属層等の他の層が配置されてもよい。
1.2. Structure The structure 20 is formed above the substrate 1. The structure 20 may be formed in contact with the substrate 1, or the base portion 22 of the structure 20 may be formed integrally with the substrate 1. Further, other layers such as a dielectric layer, a light transmissive layer, and a metal layer may be disposed between the structure 20 and the substrate 1.

構造体20は、構造体20を切る基板1に平行な平面を仮定し、当該平面を基板1から遠ざかる方向に移動させた場合に、当該平面における構造体20の断面の重心が、当該平面内で周期的に移動する区間(例えば屈曲部21)を有する形状を有している。   The structure 20 assumes a plane parallel to the substrate 1 that cuts the structure 20, and when the plane is moved away from the substrate 1, the center of gravity of the cross section of the structure 20 in the plane is within the plane. It has the shape which has the area (for example, bending part 21) which moves periodically.

図1は、本実施形態に係るセンサーチップ100の構造体20の一例を模式的に示す図である。図1では、金属粒子30は省略して描いてある。また、図1には、二点鎖線が描かれているが、係る線は、基板1に平行な仮想的な平面を示している。   FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of the structure 20 of the sensor chip 100 according to the present embodiment. In FIG. 1, the metal particles 30 are omitted. Moreover, although a two-dot chain line is drawn in FIG. 1, the line indicates a virtual plane parallel to the substrate 1.

図1に示すように、構造体20は、基礎部22と、屈曲部21と、を有している。基礎部22は、基板1(この例では金属層10が存在する。)に対して屈曲部21を形成できる場合には、必須な構成ではない。基礎部22は、屈曲部21を後述する傾斜蒸着法によって形成する場合には、構造体20のパターンを形成するための影を提供するために利用される。したがって基礎部22の機能としては、屈曲部21の平面的な形状を形成する(パターン形成)ことが挙げられる。基礎部22の材質は、パターニングが可能であれば特に限定されない。図示の例では基礎部22は、金属層10の上に形成されているが、金属層10と一体的であってもよいし、金属層10が存在しない場合には基板1と一体的であってもよい。   As shown in FIG. 1, the structure 20 has a base portion 22 and a bent portion 21. The base portion 22 is not an essential configuration when the bent portion 21 can be formed with respect to the substrate 1 (the metal layer 10 is present in this example). The base portion 22 is used to provide a shadow for forming the pattern of the structure 20 when the bent portion 21 is formed by an inclined vapor deposition method to be described later. Accordingly, the function of the base portion 22 includes forming a planar shape of the bent portion 21 (pattern formation). The material of the base portion 22 is not particularly limited as long as patterning is possible. In the illustrated example, the base portion 22 is formed on the metal layer 10, but may be integrated with the metal layer 10 or may be integrated with the substrate 1 when the metal layer 10 is not present. May be.

屈曲部21の側面には凹凸が形成されている。構造体20の屈曲部21は、図1の例では、基板1の法線方向に沿って延びるコイルバネ状の形状を有しており、図2の例では、基板1の法線方向に沿って延びるジグザグ柱の形状を有している。屈曲部21は、基礎部22の上に複数形成されてもよく、その場合でも、複数の屈曲部21を包絡すれば、構造体20の側面には凹凸が形成されることになる。   Unevenness is formed on the side surface of the bent portion 21. In the example of FIG. 1, the bent portion 21 of the structure 20 has a coil spring-like shape extending along the normal direction of the substrate 1, and in the example of FIG. 2, along the normal direction of the substrate 1. It has the shape of an extending zigzag column. A plurality of the bent portions 21 may be formed on the base portion 22. Even in this case, if the plurality of bent portions 21 are enveloped, irregularities are formed on the side surfaces of the structure 20.

構造体20を基板1に平行な仮想平面で切る場合について説明する。仮想平面によって構造体20を切り、仮想平面を基板1から遠ざけるように移動(走査)させたときの仮想平面に現れる構造体20の断面の重心の推移を考える。   A case where the structure 20 is cut along a virtual plane parallel to the substrate 1 will be described. Consider the transition of the center of gravity of the cross section of the structure 20 that appears on the virtual plane when the structure 20 is cut by the virtual plane and moved (scanned) away from the substrate 1.

本実施形態のセンサーチップ100は、仮想平面が移動する間に、係る断面の重心が移動する区間(屈曲部21)を有する。したがって、本実施形態の構造体20では、構造体20の側面の一部が、上方を向く(側面の一部の法線方向が基板1と反対の方向を向く)。図1及び図2の例では、係る重心が周期的に移動する区間は、屈曲部21の全体が相当する。また、屈曲部21を後述する動的傾斜蒸着法によって形成した場合には、複数の屈曲部21が形成されても、その各々の屈曲部21が同様に屈曲するため、複数の屈曲部21の断面の重心が移動することになる。   The sensor chip 100 of the present embodiment has a section (bent portion 21) in which the center of gravity of the cross section moves while the virtual plane moves. Therefore, in the structure 20 of this embodiment, a part of the side surface of the structure 20 faces upward (the normal direction of a part of the side surface faces the direction opposite to the substrate 1). In the example of FIGS. 1 and 2, the section where the center of gravity periodically moves corresponds to the entire bent portion 21. Further, when the bent portion 21 is formed by a dynamic gradient deposition method to be described later, even if a plurality of bent portions 21 are formed, each bent portion 21 is bent in the same manner. The center of gravity of the cross section will move.

なお、上記重心が周期的に移動する区間は、連続的あるいは不連続に移動してもよい。すなわち、重心が移動する区間における構造体20の側面は、例えば、基板1に略平行な平面となっていてもよい。このような重心が移動する区間において、構造体20の側面の一部が上方を向くため、この位置に金属粒子30を配置することができる。屈曲部21が屈曲することによって形成される上方を向く側面の大きさは、金属粒子30を配置できる範囲で任意である。   The section where the center of gravity moves periodically may move continuously or discontinuously. That is, the side surface of the structure 20 in the section in which the center of gravity moves may be, for example, a plane substantially parallel to the substrate 1. In such a section where the center of gravity moves, a part of the side surface of the structure 20 faces upward, so that the metal particles 30 can be disposed at this position. The size of the side surface facing upward formed by bending the bent portion 21 is arbitrary as long as the metal particles 30 can be disposed.

さらに、重心が移動する区間(屈曲部21)において、基板1から遠ざかる方向に仮想平面を移動させた場合に、基板1の法線方向からみた仮想平面における重心の軌跡が、円
、楕円、多角形、線分又はそれらを組み合わせた形状であってもよい。例えば、図1の例では、係る重心の軌跡は円であり、屈曲部21は螺旋柱状となっており、図2の例では係る重心の軌跡は線分であり、屈曲部21はジグザグ柱状となっている。また、図示しないが、屈曲部21は、係る重心の軌跡が多角形となる多角螺旋柱状、楕円となる楕円柱状としてもよい。このようにすれば、構造体20の側面から突出する屈曲部21の大きさが一定となるため、金属粒子30を効率よく配置することができる。さらに、このようにすれば、後述の動的傾斜蒸着法を利用して屈曲部21を形成しやすく、センサーチップ100の製造を容易化できる。
Further, when the virtual plane is moved in the direction away from the substrate 1 in the section where the center of gravity moves (bent portion 21), the locus of the center of gravity in the virtual plane viewed from the normal direction of the substrate 1 is a circle, an ellipse, and many The shape may be a square, a line segment, or a combination thereof. For example, in the example of FIG. 1, the locus of the center of gravity is a circle and the bent portion 21 has a spiral column shape. In the example of FIG. 2, the locus of the center of gravity is a line segment, and the bent portion 21 has a zigzag column shape. It has become. Although not shown, the bent portion 21 may have a polygonal spiral column shape in which the locus of the center of gravity is a polygon, or an elliptic column shape in which the locus is an ellipse. In this way, since the size of the bent portion 21 protruding from the side surface of the structure 20 is constant, the metal particles 30 can be arranged efficiently. Furthermore, if it does in this way, it will be easy to form the bending part 21 using the below-mentioned dynamic gradient evaporation method, and manufacture of the sensor chip 100 can be made easy.

また、重心が周期的に移動するとは、基板1から遠ざかる方向に仮想平面を移動させた場合に、仮想平面が適宜の単位距離の2倍の距離進んだときに、基板1の法線方向からみた仮想平面における重心が、同じ位置に3回現れることを指している。すなわち、図1及び図2に示すように、屈曲部21の側面の隣り合う突出した部分の間の距離(図中A−C間、又は、C−B間)を単位距離としたときに、仮想平面を図中Aの位置からBの位置へ移動させたとき、基板1の法線方向からみた仮想平面における重心がA、C及びBの位置で重なる。本明細書では、このような状態を、仮想平面における構造体20の断面の重心が周期的に移動するものと表現している。   In addition, when the virtual plane moves in a direction away from the substrate 1, the center of gravity periodically moves from the normal direction of the substrate 1 when the virtual plane advances twice the appropriate unit distance. This means that the center of gravity in the observed virtual plane appears three times at the same position. That is, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, when the distance between adjacent protruding portions of the side surface of the bent portion 21 (between A and C or C and B in the figure) is defined as a unit distance, When the virtual plane is moved from the position A to the position B in the figure, the centers of gravity in the virtual plane viewed from the normal direction of the substrate 1 overlap at the positions A, C, and B. In this specification, such a state is expressed as that the center of gravity of the cross section of the structure 20 in the virtual plane moves periodically.

構造体20の全体の形状は、構造体20に側面が生じる限り特に限定されない。構造体20の形状としては、図3に示すような格子状、図4に示すような直方体状(グレーティング状)など、とすることができる。また、図示しないが、構造体20に複数の孔が設けられたような網目状としてもよい。なお、図3、図4における基礎部22の間隔や高さは、説明の便利のために実際とは異なって描いてある。   The overall shape of the structure 20 is not particularly limited as long as the structure 20 has a side surface. The shape of the structure 20 can be a lattice shape as shown in FIG. 3, a rectangular parallelepiped shape (grating shape) as shown in FIG. Although not shown, the structure 20 may have a mesh shape in which a plurality of holes are provided. In addition, the space | interval and height of the base part 22 in FIG. 3, FIG. 4 are drawn differently from actuality for convenience of explanation.

なお、本明細書では、センサーチップ100の型(タイプ)を、構造体20の配列や形状によって呼称する場合があり、例えば、図3に示すような円柱状の構造体20が配列したタイプをピラーアレイ、図4に示すように直線状の構造体20が配列したタイプをグレーティング、図示しないが構造体20に形成された孔が配列したタイプをホールアレイ、などと称することがある。   In the present specification, the type (type) of the sensor chip 100 may be referred to depending on the arrangement or shape of the structure 20, for example, a type in which the columnar structures 20 as shown in FIG. 3 are arranged. A pillar array, a type in which linear structures 20 are arranged as shown in FIG. 4 may be referred to as a grating, and a type in which holes formed in the structure 20 are arranged (not shown) is referred to as a hole array.

構造体20の機能としては、金属粒子30の少なくとも一部を屈曲部21の側面に形成される上方を向く面に載置することが挙げられる。このような機能により、金属粒子30を基板1から所定の距離だけ離間して配置することができる。また、構造体20の機能としては、複数の金属粒子30を制御された間隔で、高さ方向(基板1の法線方向)に沿って離間させて配置させることが挙げられる。さらに、構造体20の機能としては、複数の金属粒子30を、高さ方向(基板1の法線方向)において同じ位置に配置させることが挙げられる。これにより、複数の金属粒子30間を基板1に平行な平面に沿って接近させることができるため、金属粒子30に発生するLSPの強度をより高めることができる。   As a function of the structure 20, at least a part of the metal particles 30 is placed on a surface facing upward formed on the side surface of the bent portion 21. With such a function, the metal particles 30 can be arranged apart from the substrate 1 by a predetermined distance. In addition, as a function of the structure 20, a plurality of metal particles 30 are arranged at a controlled interval so as to be separated along the height direction (normal direction of the substrate 1). Furthermore, as a function of the structure 20, a plurality of metal particles 30 can be arranged at the same position in the height direction (normal direction of the substrate 1). Thereby, since it can approach between the some metal particles 30 along the plane parallel to the board | substrate 1, the intensity | strength of LSP which generate | occur | produces in the metal particles 30 can be raised more.

構造体20の材質としては、少なくとも屈曲部21が、誘電体としての性質を示す限り任意であり、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、ポリシリコン、及びこれらの混合物などを挙げることができる。また構造体20は、全体が均質な材質である必要もなく、例えば、表面付近と内部とで異なる材質であってもよい。   The material of the structure 20 is arbitrary as long as at least the bent portion 21 exhibits a property as a dielectric. For example, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, polysilicon, And a mixture thereof. The structure 20 does not need to be a homogeneous material as a whole. For example, the structure 20 may be made of a material different between the vicinity of the surface and the inside.

1.3.金属粒子
金属粒子30は、構造体20の側面に配置される。金属粒子30が配置される数は任意である。金属粒子30は、少なくとも構造体20の屈曲部21の側面が上方を向いている部分の上に配置されることができる。金属粒子30は、構造体20の屈曲部21以外の部位に配置されてもよい。金属粒子30が、屈曲部21の上に配置されることにより、金属
粒子30が配置される基板1からの距離(高さ)を制御することができる。金属粒子30は、屈曲部21の上に複数配置されてもよい。
1.3. Metal Particle The metal particle 30 is disposed on the side surface of the structure 20. The number in which the metal particles 30 are arranged is arbitrary. The metal particles 30 can be disposed on at least a portion where the side surface of the bent portion 21 of the structure 20 faces upward. The metal particles 30 may be disposed at a site other than the bent portion 21 of the structure 20. By disposing the metal particles 30 on the bent portion 21, the distance (height) from the substrate 1 on which the metal particles 30 are disposed can be controlled. A plurality of metal particles 30 may be disposed on the bent portion 21.

金属粒子30の形状は、特に限定されない。例えば、金属粒子30の形状は、基板1の厚さ方向に投影した場合に(厚さ方向からの平面視において)円形、楕円形、多角形、不定形又はそれらを組合わせた形であることができ、厚さ方向に直交する方向に投影した場合にも円形、楕円形、多角形、不定形又はそれらを組合わせた形状であることができる。複数の金属粒子30は、互いに異なる形状であってもよい。図5、図6の例では金属粒子30は、いずれも球の形状で描かれているが金属粒子30の形状はこれに限定されない。   The shape of the metal particle 30 is not particularly limited. For example, the shape of the metal particles 30 is a circle, an ellipse, a polygon, an indeterminate shape, or a combination thereof when projected in the thickness direction of the substrate 1 (in plan view from the thickness direction). Even when projected in a direction orthogonal to the thickness direction, it may be a circle, an ellipse, a polygon, an indeterminate shape, or a combination thereof. The plurality of metal particles 30 may have different shapes. 5 and 6, the metal particles 30 are both drawn in a spherical shape, but the shape of the metal particles 30 is not limited to this.

金属粒子30の形状が球である場合には、金属粒子30の直径は、5nm以上300nm以下、好ましくは20nm以上100nm以下、より好ましくは30nm以上50nm以下である。また、金属粒子30の形状が不定形等である場合には、金属粒子30と同体積の球の平均的な直径について、5nm以上300nm以下、好ましくは20nm以上100nm以下、より好ましくは30nm以上50nm以下であることが好ましい。さらに、金属粒子30の平均的な寸法は、金属粒子30の最大の差し渡し(span)の平均値が、励起光の波長の1/2(半波長)よりも小さいことが好ましい。   When the shape of the metal particle 30 is a sphere, the diameter of the metal particle 30 is 5 nm to 300 nm, preferably 20 nm to 100 nm, more preferably 30 nm to 50 nm. Further, when the shape of the metal particle 30 is irregular or the like, the average diameter of a sphere having the same volume as the metal particle 30 is 5 nm to 300 nm, preferably 20 nm to 100 nm, more preferably 30 nm to 50 nm. The following is preferable. Further, the average dimension of the metal particles 30 is preferably such that the average value of the maximum span of the metal particles 30 is smaller than ½ (half wavelength) of the wavelength of the excitation light.

金属粒子30の差し渡しが励起光の半波長程度以下の寸法である場合には、金属粒子30に励起光が入射した際に、金属粒子30において電場の分極が生じ、LSPが生じやすい。また、金属粒子30の差し渡しが励起光の波長程度の寸法である場合には、金属粒子30に励起光が入射した際に、金属粒子30における電場の分極は四重極の状態となり、半波長程度以下の寸法である場合に比べて強度は小さいもののLSPを生じることができる。   In the case where the passing of the metal particles 30 has a dimension of about half a wavelength or less of the excitation light, when the excitation light is incident on the metal particles 30, electric field polarization occurs in the metal particles 30 and LSP is likely to occur. When the passing of the metal particles 30 is about the wavelength of the excitation light, when the excitation light enters the metal particles 30, the polarization of the electric field in the metal particles 30 becomes a quadrupole state, and the half wavelength LSP can be generated although the strength is small compared to the case of a dimension of about or less.

金属粒子30の材質は、金、銀、銅、アルミニウム、白金、ニッケル、パラジウム、タングステン、ロジウム及びルテニウムから選択される少なくとも1種の金属、若しくは、これらの複数種の合金、又は、これらの複数の金属若しくは合金の複合体とすることができる。このような材質であると、可視光付近の光によって局在型プラズモンを生じ易い。これらの中でも、金属粒子30の材質としては、金又は銀であることがより好ましく、より強いLSP共鳴が得られ、チップ全体の増強度を高めることができる。   The material of the metal particles 30 is at least one metal selected from gold, silver, copper, aluminum, platinum, nickel, palladium, tungsten, rhodium and ruthenium, or a plurality of these alloys, or a plurality of these It can be a composite of a metal or an alloy. With such a material, localized plasmons are likely to be generated by light in the vicinity of visible light. Among these, as a material of the metal particle 30, it is more preferable that it is gold or silver, stronger LSP resonance can be obtained, and the enhancement of the entire chip can be increased.

金属粒子30は、例えば、スパッタ、蒸着等によって薄膜を形成する条件で、アイランドが形成される条件を選択することにより形成することができる。また、金属粒子30は、薄膜を形成した後に加熱によって粒状化させる方法、スパッタ、蒸着等によって薄膜を形成した後にパターニングを行う方法などによっても形成することができる。   The metal particles 30 can be formed by selecting conditions for forming islands under conditions for forming a thin film by sputtering, vapor deposition, or the like. The metal particles 30 can also be formed by a method in which a thin film is formed and then granulated by heating, a method in which a thin film is formed by sputtering, vapor deposition, or the like, followed by patterning.

金属粒子30は、本実施形態のセンサーチップ100において局在型プラズモン(LSP)を発生させる機能を有している。したがって、金属層10を有さない場合であっても、金属粒子30に、励起光を照射することにより、金属粒子30の周辺に局在型プラズモンを発生させることができる。本実施形態では、金属粒子30の高さが制御されて配置されるため、より効率的にLSP(横方向:基板1の平面に沿う方向)を生じさせることができる。   The metal particles 30 have a function of generating localized plasmons (LSP) in the sensor chip 100 of the present embodiment. Therefore, even when the metal layer 10 is not provided, localized plasmons can be generated around the metal particles 30 by irradiating the metal particles 30 with excitation light. In this embodiment, since the height of the metal particles 30 is controlled and arranged, LSP (lateral direction: direction along the plane of the substrate 1) can be generated more efficiently.

1.4.金属層
本実施形態のセンサーチップ100は、金属層10を有する。金属層10は、金属粒子30にLSPを発生させるための必須の構成ではないが、金属層10が存在することにより、金属粒子30に基板1に垂直な方向のより強いLSPを発生させることができる。金属層10は、特に限定されず、例えばフィルム、板、層又は膜の形状とすることができる。金属層10は、例えば基板1の上に設けられてもよい。図1〜図6の例では、基板1の
表面(平面)の上に層状の金属層10が設けられている。
1.4. Metal Layer The sensor chip 100 of this embodiment has a metal layer 10. The metal layer 10 is not an essential component for generating the LSP in the metal particle 30, but the presence of the metal layer 10 may cause the metal particle 30 to generate a stronger LSP in the direction perpendicular to the substrate 1. it can. The metal layer 10 is not specifically limited, For example, it can be set as the shape of a film, a board, a layer, or a film | membrane. The metal layer 10 may be provided on the substrate 1, for example. In the example of FIGS. 1 to 6, a layered metal layer 10 is provided on the surface (plane) of the substrate 1.

金属層10は、例えば、蒸着、スパッタ、鋳造、機械加工等の手法により形成することができる。金属層10が薄膜状に基板1の上に設けられる場合には、基板1の上面全体に設けられてもよいし基板1の一部に設けられてもよい。金属層10の厚さは、金属層10に伝搬型表面プラズモンが励起され得るかぎり特に限定されず、例えば、10nm以上1mm以下、好ましくは20nm以上100μm以下、より好ましくは30nm以上1μm以下とすることができる。   The metal layer 10 can be formed, for example, by a technique such as vapor deposition, sputtering, casting, or machining. When the metal layer 10 is provided on the substrate 1 in a thin film shape, it may be provided on the entire upper surface of the substrate 1 or may be provided on a part of the substrate 1. The thickness of the metal layer 10 is not particularly limited as long as propagating surface plasmons can be excited on the metal layer 10. For example, the thickness is 10 nm to 1 mm, preferably 20 nm to 100 μm, more preferably 30 nm to 1 μm. Can do.

金属層10は、光(例えば励起光)により与えられる電場と、その電場によって誘起される分極とが逆位相で振動するような電場が存在しうる金属、すなわち、特定の電場が与えられた場合に、誘電関数の実数部が負の値を有し(負の誘電率を有し)、虚数部の誘電率が実数部の誘電率の絶対値よりも小さい誘電率を有することのできる金属によって構成される。可視光領域におけるこのような誘電率を有しうる金属の例としては、金、銀、銅、アルミニウム、白金、ニッケル、パラジウム、タングステン、ロジウム及びルテニウムから選択される少なくとも1種の金属、若しくは、これらの複数種の合金等を挙げることができる。また、金属層10は、これらの金属若しくは合金の複数の層の積層体であってもよい。   The metal layer 10 is a metal in which an electric field applied by light (for example, excitation light) and an electric field in which the polarization induced by the electric field oscillates in an opposite phase exists, that is, when a specific electric field is applied. In addition, the real part of the dielectric function has a negative value (has a negative dielectric constant) and the dielectric constant of the imaginary part can have a dielectric constant smaller than the absolute value of the dielectric constant of the real part. Composed. Examples of metals that can have such a dielectric constant in the visible light region include at least one metal selected from gold, silver, copper, aluminum, platinum, nickel, palladium, tungsten, rhodium, and ruthenium, or These multiple types of alloys can be mentioned. The metal layer 10 may be a laminate of a plurality of layers of these metals or alloys.

金属層10は、本実施形態のセンサーチップ100に設けられた場合、伝搬型表面プラズモン(PSP)を発生させることができる。特定の条件下で、金属層10に光が入射することにより、金属層10の表面(厚さ方向の端面)近傍に伝搬型表面プラズモンが発生する。本明細書では、金属層10の表面付近の電荷の振動と電磁波とが結合した振動の量子を、表面プラズモン・ポラリトン(SPP:Surface Plasmon Plariton)と称することがある。係る金属層10に発生した伝搬型表面プラズモンを、金属粒子30に発生する局在型表面プラズモンと相互作用させてもよい。   When the metal layer 10 is provided in the sensor chip 100 of the present embodiment, it can generate a propagation surface plasmon (PSP). When light is incident on the metal layer 10 under specific conditions, propagation-type surface plasmons are generated near the surface (end surface in the thickness direction) of the metal layer 10. In the present specification, the quantum of vibration in which the vibration of electric charges near the surface of the metal layer 10 and the electromagnetic wave are combined may be referred to as surface plasmon polariton (SPP). Propagation type surface plasmons generated in the metal layer 10 may interact with localized surface plasmons generated in the metal particles 30.

本実施形態のセンサーチップ100が金属層10を有する場合には、金属粒子30に発生した局在型プラズモン(LSP)は、金属層10に発生する伝搬型プラズモンと、一定の条件下で相互作用(ハイブリッド)することができる。さらに、本実施形態のセンサーチップ100では、金属粒子30の高さ(金属粒子30の基板1からの距離)が制御されて配置されるため、伝搬型プラズモンによる基板1の法線方向に沿う振動電場によってさらに効率的にLSP(縦方向:基板1の平面に垂直な方向)を生じさせることができる。   When the sensor chip 100 of the present embodiment has the metal layer 10, the localized plasmon (LSP) generated in the metal particle 30 interacts with the propagation plasmon generated in the metal layer 10 under a certain condition. (Hybrid) can be. Furthermore, in the sensor chip 100 of the present embodiment, the height of the metal particles 30 (the distance from the substrate 1 of the metal particles 30) is controlled, so that vibration along the normal direction of the substrate 1 due to the propagation type plasmon. An LSP (longitudinal direction: a direction perpendicular to the plane of the substrate 1) can be generated more efficiently by the electric field.

1.5.構造体の配置
構造体20は、基板1の上方に規則的に配列されて配置されてもよい。例えば、図3に示すように、構造体20は、複数が並んで構造体列を構成してもよい。構造体20は、構造体列において、基板1に平行な第1方向に並んで配置される。言い換えると構造体列は、構造体20が高さ方向と直交する第1方向に複数並んだ構造を有する。1つの構造体列に並ぶ構造体20の数は、複数であればよく、好ましくは10個以上である。そして、図示の例では、係る構造体列が、高さ方向及び第1方向と直交する第2方向に複数配置されている。第2方向に並ぶ構造体列の数は、複数であればよく、好ましくは10個以上である。
1.5. Arrangement of Structures The structures 20 may be regularly arranged above the substrate 1. For example, as shown in FIG. 3, a plurality of the structures 20 may be arranged to form a structure row. The structures 20 are arranged side by side in a first direction parallel to the substrate 1 in the structure row. In other words, the structure row has a structure in which a plurality of the structures 20 are arranged in the first direction orthogonal to the height direction. The number of the structures 20 arranged in one structure row may be plural, and is preferably 10 or more. In the illustrated example, a plurality of such structure rows are arranged in the height direction and the second direction orthogonal to the first direction. The number of structure rows arranged in the second direction may be plural, and is preferably ten or more.

また、図5に示すように、構造体20がグレーティングである場合、構造体20は、複数が並んで格子縞を構成してもよい。図5の例では、構造体20は、基板1に平行な第2方向に並んで配置されている。言い換えると構造体20は、高さ方向と直交する第2方向に複数並んだ構造を有する。グレーティングを構成する構造体20の数は、複数であればよく、好ましくは10個以上である。   As shown in FIG. 5, when the structure 20 is a grating, a plurality of the structures 20 may be arranged in a lattice pattern. In the example of FIG. 5, the structures 20 are arranged side by side in a second direction parallel to the substrate 1. In other words, the structure 20 has a structure in which a plurality of structures 20 are arranged in a second direction orthogonal to the height direction. The number of the structures 20 constituting the grating may be plural, and is preferably ten or more.

1.6.構造体における金属粒子の配置
図5及び図6は、センサーチップ100における金属粒子30の配置の例を示している。金属粒子30は、構造体20の屈曲部21の側面のうち、屈曲することによって生じた上を向く面(構造体20の側面が上方を向いている部分)の上に配置され、複数の金属粒子30が互いに離間して配置される。また、係る部分に配置される金属粒子30の数は限定されない。複数の金属粒子30が係る部分に複数配置される際には、例えば、図5及び図6における手前や奥行き方向に配置されることもできる。また、金属粒子30は、構造体20の上面に配置されてもよいし、金属層10の上に配置されもよい。
1.6. Arrangement of Metal Particles in Structure FIG. 5 and FIG. 6 show examples of arrangement of metal particles 30 in the sensor chip 100. The metal particles 30 are arranged on the side of the bent portion 21 of the structure 20 that faces upward (the portion in which the side of the structure 20 faces upward) generated by the bending. Particles 30 are spaced apart from one another. Moreover, the number of the metal particles 30 arrange | positioned at the part concerned is not limited. When a plurality of metal particles 30 are arranged in such a portion, for example, they can be arranged in front or in the depth direction in FIGS. 5 and 6. Further, the metal particles 30 may be disposed on the upper surface of the structure 20 or may be disposed on the metal layer 10.

さらに、センサーチップ100の金属粒子30が、基板1の法線方向において、励起光の波長よりも近接して配置できる程度の間隔となるように構造体20の屈曲部21が形成される場合には、PSPによって形成される振動電場によってLSPをより効率よく発生させることができる。   Furthermore, when the bent portions 21 of the structure 20 are formed so that the metal particles 30 of the sensor chip 100 are spaced apart from each other in the normal direction of the substrate 1 so as to be closer to the wavelength of the excitation light. Can generate LSP more efficiently by the oscillating electric field formed by PSP.

1.7.作用効果
本実施形態のセンサーチップ100では、基板1の法線方向における所定の位置(高さ)に金属粒子30が積極的に配置される。すなわち、このようなセンサーチップ100は、基板1の法線方向において、金属粒子30が存在する位置が制御されている。これにより、金属粒子30の間に強い局在表面プラズモン(LSP:Localized Surface Plasmon)を発生させることができ、金属粒子30の近傍に高い電場増強度のホットサイトを形成することができる。そのため、係るセンサーチップ100は、標的物質を吸着させるためのホットサイトの密度が高く、かつ、ホットサイトの電場増強度も高い。これにより、例えばSERS信号の高い増強度を得ることができる。
1.7. Operational Effect In the sensor chip 100 of the present embodiment, the metal particles 30 are positively arranged at a predetermined position (height) in the normal direction of the substrate 1. That is, in such a sensor chip 100, the position where the metal particles 30 exist is controlled in the normal direction of the substrate 1. As a result, strong localized surface plasmons (LSP) can be generated between the metal particles 30, and hot sites with high electric field enhancement can be formed in the vicinity of the metal particles 30. Therefore, the sensor chip 100 has a high hot site density for adsorbing the target substance and a high electric field enhancement intensity of the hot site. Thereby, for example, a high enhancement of the SERS signal can be obtained.

また、本実施形態のセンサーチップ100のように、金属層10を有する場合には、励起光がセンサーチップ100に照射された際に、金属層10にPSPが発生し、係るPSPによって、基板1の法線方向の振動電場を生じさせることができる。これにより、金属粒子30の基板1の法線方向の端部にLSPをより生じさせやすい。これにより、センサーチップ100は、標的物質を吸着させるためのホットサイトの密度が非常に高く、かつ、ホットサイトの電場増強度も高くなっている。これにより、例えばSERS信号の高い増強度を得ることができる。   Further, in the case where the metal layer 10 is provided as in the sensor chip 100 of the present embodiment, when the sensor chip 100 is irradiated with excitation light, PSP is generated in the metal layer 10, and the substrate 1 is caused by the PSP. An oscillating electric field in the normal direction can be generated. Thereby, it is easier to generate LSP at the end of the metal particle 30 in the normal direction of the substrate 1. Thereby, the sensor chip 100 has a very high density of hot sites for adsorbing the target substance, and the electric field enhancement of the hot sites is also high. Thereby, for example, a high enhancement of the SERS signal can be obtained.

1.8.増強電場の形成機構
まず、(1)局在型表面プラズモン共鳴(LSPR)について述べる。これは金属粒子(金属微粒子)に光を入射すると、金属内部の自由電子の振動と、光の電場が共鳴を生じ、金属微粒子の周囲に強い増強電場が形成される現象である。
1.8. First, (1) Localized surface plasmon resonance (LSPR) will be described. This is a phenomenon in which when light is incident on metal particles (metal fine particles), the vibration of free electrons inside the metal and the electric field of the light resonate, and a strong enhanced electric field is formed around the metal fine particles.

次に、(2)伝搬型プラズモンの励起について述べる。誘電関数ε(ω)を持つ金属と、誘電関数ε(ω)を持つ媒質との界面を伝搬する表面プラズモンの分散関係は下記式(1)で与えられる。 Next, (2) excitation of propagation type plasmons will be described. The dispersion relation of the surface plasmon propagating through the interface between the metal having the dielectric function ε (ω) and the medium having the dielectric function ε m (ω) is given by the following formula (1).

ここで、ωは角周波数、ksppは金属−媒質の界面に沿って伝搬する表面プラズモンの波数ベクトルの大きさ、cは光速である。一方で、入射角θで入射した光および構造体(周期P)によって回折した光の分散関係は下記式(2)、式(3)で与えられる。 Here, ω is the angular frequency, k spp is the magnitude of the wave number vector of the surface plasmon propagating along the metal-medium interface, and c is the speed of light. On the other hand, the dispersion relationship between the light incident at the incident angle θ and the light diffracted by the structure (period P) is given by the following equations (2) and (3).

この時、kは、ksppに比べ、常に大きく、交点を持たないため、入射光によって直接表面プラズモンを励起することは出来ないが、kは、ksppと交点を持つため、表面プラズモンを励起できる。 At this time, k 0 is always larger than k spp and does not have an intersection, so that surface plasmons cannot be directly excited by incident light. However, k n has an intersection with k spp , so surface plasmons Can be excited.

したがって、本実施形態の構造体20におけるホールアレイ、ピラーアレイ、グレーティング構造等の周期を、励起光の波長においてk=ksppとなるように設定することで、伝搬型表面プラズモン共鳴(PSP)を、金属粒子30のLSPと重畳して発現させることができ、非常に強い電場増強度を得ることができる。 Therefore, by setting the period of the hole array, the pillar array, the grating structure, etc. in the structure 20 of the present embodiment so that k n = k spp at the wavelength of the excitation light, the propagation surface plasmon resonance (PSP) is achieved. In addition, it can be expressed in a superimposed manner with the LSP of the metal particles 30, and a very strong electric field enhancement can be obtained.

2.センサーチップの製造方法
本実施形態のセンサーチップ100は、上述の構造を形成できる限りどのように製造されてもよいが、本実施形態のセンサーチップ100は、例えば、以下のような方法でより容易に製造することができる。一例として、本実施形態のセンサーチップの製造方法は、基板1の上方に誘電体層を形成する工程と、誘電体層をパターニングして基礎部22を形成する工程と、動的傾斜蒸着法により、第1傾斜条件で、基礎部22の上に誘電体を堆積し、第1傾斜条件とは異なる第2傾斜条件で、さらに誘電体を堆積して、構造体20を形成する工程と、構造体20の側面に、傾斜蒸着法により、金属を堆積する工程と、を含む。
2. Sensor Chip Manufacturing Method The sensor chip 100 according to the present embodiment may be manufactured in any manner as long as the above-described structure can be formed. Can be manufactured. As an example, the sensor chip manufacturing method of the present embodiment includes a step of forming a dielectric layer above the substrate 1, a step of patterning the dielectric layer to form the base portion 22, and a dynamic gradient deposition method. A step of forming a structure 20 by depositing a dielectric on the base portion 22 under a first tilt condition and further depositing a dielectric under a second tilt condition different from the first tilt condition; And depositing a metal on the side surface of the body 20 by an inclined vapor deposition method.

図7は、動的傾斜蒸着の様子を模式的に示す図である。動的傾斜蒸着は、次のような方法で行われる。真空蒸着において、基板1を、基板1と垂直な回転軸を中心として、所定の回転速度で回転させる。一方、蒸着源からは蒸着物質が飛来するが、飛来の方向が回転軸に対して所定の角度傾斜している。   FIG. 7 is a diagram schematically showing the state of dynamic gradient deposition. Dynamic gradient deposition is performed by the following method. In vacuum deposition, the substrate 1 is rotated at a predetermined rotation speed about a rotation axis perpendicular to the substrate 1. On the other hand, the vapor deposition material comes from the vapor deposition source, but the direction of the flight is inclined at a predetermined angle with respect to the rotation axis.

基板1を所定の回転速度で回転させながら、蒸着源から蒸着物質を飛来させて基板1上に堆積させると、回転速度、蒸着時真空度などの蒸着条件によって、上述した螺旋柱、多角螺旋柱、楕円柱及びジグザグ柱などの柱状の構造(屈曲部21)を有する構造体20が基板1上に形成される。   When the substrate 1 is rotated at a predetermined rotational speed, the vapor deposition material is allowed to fly from the vapor deposition source and deposited on the substrate 1, and depending on the vapor deposition conditions such as the rotational speed and the degree of vacuum at the time of vapor deposition, A structure 20 having a columnar structure (bending portion 21) such as an elliptical column and a zigzag column is formed on the substrate 1.

図7は、動的傾斜蒸着による構造体20の形成例を示しているが、係る例では、基板1にあらかじめ構造体20の基礎部22となる構造が形成されている。この基礎部22は、所定の周期のホールアレイ、ピラーアレイ、グレーティング等の構造としておく。   FIG. 7 shows an example of formation of the structure 20 by dynamic gradient deposition. In this example, the substrate 1 is formed with a structure that becomes the base portion 22 of the structure 20 in advance. The base portion 22 has a structure such as a hole array, a pillar array, or a grating having a predetermined period.

このような基礎部22を形成した基板1に対し、動的傾斜蒸着を施す。動的傾斜蒸着としては、例えば、蒸着物をSiOとし、基板温度45℃、基板傾斜角60度(第1傾斜条件の一例)で10nm蒸着成膜後、成膜方向を90度回転して基板傾斜角80度(第2傾斜条件の一例)で15nm相当量をさらに蒸着し、その後、15nm相当量を蒸着するたびに蒸着方位を180度回転させて蒸着を700nm厚さに達するまで成膜を行う。 Dynamic gradient deposition is performed on the substrate 1 on which such a base portion 22 is formed. As dynamic gradient deposition, for example, the deposit is made of SiO 2 , the substrate temperature is 45 ° C., the substrate tilt angle is 60 degrees (an example of the first tilt condition), the 10 nm deposition film is formed, and the film formation direction is rotated by 90 degrees. An amount equivalent to 15 nm is further vapor-deposited at a substrate inclination angle of 80 degrees (an example of the second inclination condition), and then the vapor deposition orientation is rotated by 180 degrees each time an amount equivalent to 15 nm is vapor-deposited until the vapor deposition reaches 700 nm thickness. I do.

動的傾斜蒸着を経ると、基礎部22上に、一つあるいは複数の屈曲部21を形成することができる。この時、基礎部22の高さTおよび動的傾斜蒸着の基板傾斜角θは、動的傾斜蒸着時に構造の底部に蒸着物が堆積しない程度確保する。図7(a)のような配置を想定すると、蒸着源からの金属流は入射角θ〜90度の入射角度で基板に入射するように設定する。ここで、θは、θ=cos−1{T/(A+T1/2}(A:基礎部22の間隔、T:基礎部22の高さ)。 One or a plurality of bent portions 21 can be formed on the base portion 22 through the dynamic gradient deposition. At this time, the height T of the base portion 22 and the substrate inclination angle θ of the dynamic gradient deposition are ensured to the extent that no deposit is deposited on the bottom of the structure during the dynamic gradient deposition. Assuming the arrangement as shown in FIG. 7A, the metal flow from the vapor deposition source is set so as to be incident on the substrate at an incident angle of θ to 90 degrees. Here, θ is θ = cos −1 {T / (A 2 + T 2 ) 1/2 } (A: interval of the base portion 22, T: height of the base portion 22).

上記条件を満たす動的傾斜蒸着により、柱状の誘電体(屈曲部21)を形成すると、図7(b)のような構造体20が得られる。基板1の回転の態様を変化させることにより、屈曲部21の形状を変更できることが理解されよう。   When a columnar dielectric (bent portion 21) is formed by dynamic gradient deposition satisfying the above conditions, a structure 20 as shown in FIG. 7B is obtained. It will be understood that the shape of the bent portion 21 can be changed by changing the mode of rotation of the substrate 1.

この構造体20に対し、真空蒸着あるいはスパッタリング等の方法(傾斜蒸着法)で金属を堆積させる(図8(a))。係る傾斜蒸着法においても、上述の動的傾斜蒸着法と同様に傾斜角度を変化させてもよい。蒸着源やターゲットからの金属流は入射角を0〜θの入射角度で基板に入射し、構造体の側壁に堆積する。ここで、θは、θ=cos−1{T/(A+T1/2}(A:構造体20の間隔、T:構造体20の高さ)で与えられる 。構造体20の側面には、上述したように凹凸があり、側面のうち上方を向く面には金属が堆積するものの、その影になる凹部には金属が堆積することが難しく、いわゆるシャドーイング現象が生じる。これにより、構造体20の側面の凹凸により離間されたアイランド状の金属粒子30が得られる(図8(b))。 A metal is deposited on the structure 20 by a method such as vacuum vapor deposition or sputtering (gradient vapor deposition method) (FIG. 8A). Also in the inclined vapor deposition method, the inclination angle may be changed in the same manner as the above-described dynamic gradient vapor deposition method. The metal flow from the evaporation source or the target is incident on the substrate at an incident angle of 0 to θ and is deposited on the side wall of the structure. Here, θ is given by θ = cos −1 {T / (A 2 + T 2 ) 1/2 } (A: the interval between the structures 20, T: the height of the structures 20). As described above, the side surface of the structure 20 has irregularities, and metal is deposited on the surface of the side surface facing upward, but it is difficult for the metal to deposit in the shadowed concave portion, so-called shadowing phenomenon. Occurs. Thereby, island-like metal particles 30 separated by the unevenness on the side surface of the structure 20 are obtained (FIG. 8B).

さらに具体的は、以下のように行う。石英ガラス基板(基板1)を用い、当該基板上に電子線レジストZEP−520Aを塗布し、電子線描画装置において、周期600nm、デューティー比0.5のライン&スペースを描画する。その後、現像液ZED−N50により現像を行い、レジストパターンを得る。この後、反応性イオンエッチング(RIE)によりレジストパターンを石英基板に転写し、高さ30nmの基礎部22が形成された基板1を得る。基板温度45℃、基板傾斜角85度で15nm相当量を蒸着し、その後、15nm相当量を蒸着するたびに蒸着方位を180度回転させて蒸着を700nm厚さに達するまで成膜を行う。そしてその後、真空蒸着により、金をアイランド状に堆積させて金属粒子30を付着させる。   More specifically, it is performed as follows. Using a quartz glass substrate (substrate 1), an electron beam resist ZEP-520A is applied on the substrate, and lines and spaces having a period of 600 nm and a duty ratio of 0.5 are drawn by an electron beam drawing apparatus. Thereafter, development is performed with a developer ZED-N50 to obtain a resist pattern. Thereafter, the resist pattern is transferred to the quartz substrate by reactive ion etching (RIE) to obtain the substrate 1 on which the base portion 22 having a height of 30 nm is formed. An amount equivalent to 15 nm is vapor-deposited at a substrate temperature of 45 ° C. and a substrate tilt angle of 85 degrees. Thereafter, every time an equivalent amount of 15 nm is vapor-deposited, the vapor deposition direction is rotated by 180 degrees, and film formation is performed until the vapor deposition reaches 700 nm thickness. Thereafter, metal particles 30 are adhered by depositing gold in an island shape by vacuum vapor deposition.

また、堆積量を制御することにより、金属は膜形成に至らず、アイランド状の構造が得られる。これにより、構造体20の側面の凹凸により離間されたアイランド状の金属粒子30が得られる(図8(b))。なお、図8(a)のように基板1を回転させながら蒸着すれば、構造体20の全周にわたって金属粒子30を配置することができる。また、図4に示したようなグレーティング構造である場合には、基板1は回転させなくてもよいし、構造体20の2つの側面に対して蒸着されるように基板1を傾斜させれば側面の全体に金属粒子30を配置させることができる。   Further, by controlling the deposition amount, the metal does not lead to film formation, and an island-like structure can be obtained. Thereby, island-like metal particles 30 separated by the unevenness on the side surface of the structure 20 are obtained (FIG. 8B). In addition, if it vapor-deposits, rotating the board | substrate 1 like Fig.8 (a), the metal particle 30 can be arrange | positioned over the perimeter of the structure 20. FIG. Further, in the case of the grating structure as shown in FIG. 4, the substrate 1 does not need to be rotated, and if the substrate 1 is tilted so as to be deposited on the two side surfaces of the structure 20. The metal particles 30 can be disposed on the entire side surface.

また、金属粒子30を金属流の堆積により形成する場合、堆積させる金属の量が多いと、アイランド状の構造が構造体20(屈曲部21)の側面の凹凸を超えて繋がってしまうことがある。このような場合には、金属を堆積させた後、熱処理を行うことが有効である。このようにすれば、膜状に堆積した金属を凝集させて粒子状に形成することができる。図9(a)は、薄膜状に堆積した5nmの金に対して500℃で熱処理を行った結果を示すSEM像である。熱処理前は膜であった金薄膜は、粒子化してアイランド状となっている様子を確認することができる。このような技術を応用し、図9(b)に示すように、構造体20の側面に金属を膜状(金薄膜M)に堆積させた後、熱処理を行うことで、凹凸によって離間して金属粒子30を配置させた構造を得ることができる。熱処理の温度は金属種、量にもよるが、堆積する金属が金の場合、500℃程度が好ましい。   Further, when the metal particles 30 are formed by deposition of a metal flow, if the amount of deposited metal is large, the island-like structure may be connected beyond the unevenness on the side surface of the structure 20 (bending portion 21). . In such a case, it is effective to perform heat treatment after depositing the metal. In this way, the metal deposited in a film shape can be aggregated to form particles. FIG. 9A is an SEM image showing the result of heat treatment at 500 ° C. on 5 nm gold deposited in a thin film. It can be confirmed that the gold thin film, which was a film before the heat treatment, is turned into particles and formed into islands. By applying such a technique, as shown in FIG. 9B, after depositing a metal in a film shape (gold thin film M) on the side surface of the structure 20, heat treatment is performed to separate the metal by unevenness. A structure in which the metal particles 30 are arranged can be obtained. The temperature of the heat treatment depends on the metal species and amount, but is preferably about 500 ° C. when the deposited metal is gold.

アイランド状の金属粒子30の寸法が入射光の波長より十分小さい時、局在表面プラズモン(LSP)が発現し、金属粒子30の周囲に増強電場が生じる。これにより、ラマン散乱光の増強現象であるSERSが発現し、ごく微量物質の検出が可能となる。LSPは、金属粒子30の寸法および間隔により発現波長が変化するが、これらは構造体20の屈曲部21の高さ、大きさ、及び堆積する金属の量によって適宜に設定することができる。   When the size of the island-shaped metal particles 30 is sufficiently smaller than the wavelength of incident light, localized surface plasmons (LSP) are developed and an enhanced electric field is generated around the metal particles 30. As a result, SERS, which is an enhanced phenomenon of Raman scattered light, is expressed, and a very small amount of substance can be detected. The expression wavelength of LSP varies depending on the size and interval of the metal particles 30, and these can be appropriately set depending on the height and size of the bent portion 21 of the structure 20 and the amount of deposited metal.

3.分析装置
図10は、本実施形態に係る分析装置200を模式的に示す図である。分析装置200は、例えば、ラマン分光装置であり、以下分析装置200はラマン分光装置であるものとして説明する。分析装置200は、図10に示すように、気体試料保持部110と、検出部120と、制御部130と、検出部120および制御部130を収容している筐体140と、を含む。気体試料保持部110は、本発明に係るセンサーチップを含む。以下では、上述のセンサーチップ100を含む例について説明する。
3. Analysis Device FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an analysis device 200 according to the present embodiment. For example, the analysis device 200 is a Raman spectroscopic device, and the analysis device 200 will be described below as a Raman spectroscopic device. As shown in FIG. 10, the analyzer 200 includes a gas sample holding unit 110, a detection unit 120, a control unit 130, and a housing 140 that houses the detection unit 120 and the control unit 130. The gas sample holder 110 includes a sensor chip according to the present invention. Below, the example containing the above-mentioned sensor chip 100 is explained.

気体試料保持部110は、センサーチップ100と、センサーチップ100を覆うカバー112と、吸引流路114と、排出流路116と、を有している。検出部120は、光源210と、レンズ122a,122b,122c,122dと、ハーフミラー124と、光検出器220と、を有している。制御部130は、光検出器220において検出された信号を処理して光検出器220の制御をする検出制御部132と、光源210などの電力や電圧を制御する電力制御部134と、を有している。制御部130は、図10に示すように、外部との接続を行うための接続部136と電気的に接続されていてもよい。   The gas sample holding unit 110 includes a sensor chip 100, a cover 112 that covers the sensor chip 100, a suction channel 114, and a discharge channel 116. The detection unit 120 includes a light source 210, lenses 122a, 122b, 122c, and 122d, a half mirror 124, and a photodetector 220. The control unit 130 includes a detection control unit 132 that processes a signal detected by the photodetector 220 and controls the photodetector 220, and a power control unit 134 that controls power and voltage of the light source 210 and the like. doing. As shown in FIG. 10, the control unit 130 may be electrically connected to a connection unit 136 for connection to the outside.

分析装置200では、排出流路116に設けられている吸引機構117を作動させると、吸引流路114および排出流路116内が負圧になり、吸引口113から検出対象となる標的物質を含んだ気体試料が吸引される。吸引口113には除塵フィルター115が設けられており、比較的大きな粉塵や一部の水蒸気などを除去することができる。気体試料は、吸引流路114および排出流路116を通り、排出口118から排出される。気体試料は、係る経路を通る際に、センサーチップ100の金属粒子体32と接触する。   In the analyzer 200, when the suction mechanism 117 provided in the discharge flow path 116 is operated, the suction flow path 114 and the discharge flow path 116 become negative pressure, and the target substance to be detected from the suction port 113 is contained. The gas sample is aspirated. The suction port 113 is provided with a dust removal filter 115, which can remove relatively large dust, some water vapor, and the like. The gas sample passes through the suction flow path 114 and the discharge flow path 116 and is discharged from the discharge port 118. The gas sample contacts the metal particle body 32 of the sensor chip 100 when passing through the path.

吸引流路114および排出流路116の形状は、外部からの光がセンサーチップ100に入射しないような形状である。これにより、ラマン散乱光以外の雑音となる光が入射しないため、信号のS/N比を向上させることができる。吸引流路114、排出流路116を構成する材料は、例えば、光を反射し難いような材料や色である。   The shapes of the suction channel 114 and the discharge channel 116 are such that light from the outside does not enter the sensor chip 100. Thereby, since the light which becomes noise other than a Raman scattered light does not inject, the S / N ratio of a signal can be improved. The material constituting the suction flow path 114 and the discharge flow path 116 is, for example, a material or a color that hardly reflects light.

吸引流路114および排出流路116の形状は、気体試料に対する流体抵抗が小さくなるような形状である。これにより、高感度な検出が可能になる。例えば、吸引流路114、排出流路116の形状を、できるだけ角部をなくし滑らかな形状にすることで、角部における気体試料の滞留をなくすことができる。吸引機構117としては、例えば、流路抵抗に応じた静圧、風量のファンモーターやポンプを用いる。   The shape of the suction channel 114 and the discharge channel 116 is such that the fluid resistance to the gas sample is reduced. Thereby, highly sensitive detection becomes possible. For example, the shape of the suction channel 114 and the discharge channel 116 is made as smooth as possible by eliminating the corners as much as possible, thereby preventing the gas sample from staying in the corners. As the suction mechanism 117, for example, a fan motor or a pump having a static pressure and an air volume corresponding to the flow path resistance is used.

分析装置200では、光源210は、センサーチップ100に光(例えば波長633nmのレーザー光、励起光)を照射する。光源210としては、例えば、半導体レーザー、気体レーザーを用いることができる。光源210から射出された光は、レンズ122aで集光された後、ハーフミラー124およびレンズ122bを介して、センサーチップ100に入射する。センサーチップ100からは、SERS光が放射され、該光は、レンズ122b、ハーフミラー124、およびレンズ122c,122dを介して、光検出器220に至る。すなわち、光検出器220は、センサーチップ100から放射される光を検出する。SERS光には、光源210からの入射波長と同じ波長のレイリー散乱光が含まれているので、光検出器220のフィルター126によってレイリー散乱光を除去してもよ
い。レイリー散乱光が除去された光は、ラマン散乱光として、光検出器220の分光器127を介して受光素子128にて受光される。受光素子128としては、例えば、フォトダイオードを用いる。
In the analyzer 200, the light source 210 irradiates the sensor chip 100 with light (for example, laser light having a wavelength of 633 nm, excitation light). As the light source 210, for example, a semiconductor laser or a gas laser can be used. The light emitted from the light source 210 is collected by the lens 122a and then enters the sensor chip 100 through the half mirror 124 and the lens 122b. SERS light is emitted from the sensor chip 100, and the light reaches the photodetector 220 via the lens 122b, the half mirror 124, and the lenses 122c and 122d. That is, the light detector 220 detects light emitted from the sensor chip 100. Since the SERS light includes Rayleigh scattered light having the same wavelength as the incident wavelength from the light source 210, the Rayleigh scattered light may be removed by the filter 126 of the photodetector 220. The light from which the Rayleigh scattered light has been removed is received by the light receiving element 128 via the spectroscope 127 of the photodetector 220 as Raman scattered light. For example, a photodiode is used as the light receiving element 128.

光検出器220の分光器127は、例えば、ファブリペロー共振を利用したエタロン等で形成されており、通過波長帯域を可変とすることができる。光検出器220の受光素子128によって、標的物質に特有のラマンスペクトルが得られ、例えば、得られたラマンスペクトルと予め保持するデータとを照合することで、標的物質の信号強度を検出することができる。   The spectroscope 127 of the photodetector 220 is formed of, for example, an etalon using Fabry-Perot resonance, and the pass wavelength band can be made variable. The light receiving element 128 of the light detector 220 obtains a Raman spectrum peculiar to the target substance. For example, the signal intensity of the target substance can be detected by collating the obtained Raman spectrum with data stored in advance. it can.

なお、分析装置200は、センサーチップ100、光源210、および光検出器220を含み、センサーチップ100に標的物質を吸着させ、そのラマン散乱光を取得することができれば、上記の例に限定されない。   The analysis apparatus 200 includes the sensor chip 100, the light source 210, and the photodetector 220, and is not limited to the above example as long as the target substance can be adsorbed on the sensor chip 100 and the Raman scattered light can be acquired.

分析装置200では、上述したとおり、ホットサイトの単位面積当たりの密度が高く、ホットサイトの電場増強度も高いセンサーチップ100を含む。そのため、ラマン散乱光の強度を大きくすることができる。したがって、分析装置200は、高い検出感度を有することができる。   As described above, the analysis apparatus 200 includes the sensor chip 100 having a high density per unit area of the hot site and a high electric field enhancement intensity of the hot site. Therefore, the intensity of Raman scattered light can be increased. Therefore, the analyzer 200 can have high detection sensitivity.

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。   The above-described embodiments and modifications are merely examples, and the present invention is not limited to these. For example, it is possible to appropriately combine each embodiment and each modification.

例えば、本発明に係るセンサーチップは、抗原抗体反応における抗原の吸着の有無などのように、物質の吸着の有無を検出するアフィニティー・センサーなどとして用いることもできる。アフィニティー・センサーは、該センサーに白色光を入射し、波長スペクトルを分光器で測定し、吸着による表面プラズモン共鳴波長のシフト量を検出することで、検出物質のセンサーチップへの吸収を高感度に検出することができる。   For example, the sensor chip according to the present invention can be used as an affinity sensor for detecting the presence or absence of substance adsorption, such as the presence or absence of antigen adsorption in an antigen-antibody reaction. The affinity sensor makes white light incident on the sensor, measures the wavelength spectrum with a spectroscope, and detects the amount of shift of the surface plasmon resonance wavelength due to adsorption, thereby making the absorption of the detection substance to the sensor chip highly sensitive. Can be detected.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, the present invention includes substantially the same configuration (for example, a configuration having the same function, method and result, or a configuration having the same purpose and effect) as the configuration described in the embodiment. In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. In addition, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

1…基板、10…金属層、20…構造体、21…屈曲部、22…基礎部、30…金属粒子、100…センサーチップ、110…気体試料保持部、112…カバー、113…吸引口、114…吸引流路、115…除塵フィルター、116…排出流路、117…吸引機構、118…排出口、120…検出部、122a,122b,122c,122d…レンズ、124…ハーフミラー、126…フィルター、127…分光器、128…受光素子、130…制御部、132…検出制御部、134…電力制御部、136…接続部、140…筐体、200…ラマン分光装置、210…光源、220…光検出器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 10 ... Metal layer, 20 ... Structure, 21 ... Bending part, 22 ... Base part, 30 ... Metal particle, 100 ... Sensor chip, 110 ... Gas sample holding part, 112 ... Cover, 113 ... Suction port, DESCRIPTION OF SYMBOLS 114 ... Suction flow path, 115 ... Dust removal filter, 116 ... Discharge flow path, 117 ... Suction mechanism, 118 ... Discharge port, 120 ... Detection part, 122a, 122b, 122c, 122d ... Lens, 124 ... Half mirror, 126 ... Filter DESCRIPTION OF SYMBOLS 127 ... Spectroscope, 128 ... Light receiving element, 130 ... Control part, 132 ... Detection control part, 134 ... Power control part, 136 ... Connection part, 140 ... Case, 200 ... Raman spectroscopy apparatus, 210 ... Light source, 220 ... Photodetector

Claims (8)

基板と、
前記基板の上方に形成された構造体と、
前記構造体の側面に配置された金属粒子と、
を含み、
前記構造体は、前記構造体を切る前記基板に平行な平面を仮定し、前記平面を前記基板から遠ざかる方向に移動させた場合に、前記平面における前記構造体の断面の重心が周期的に移動する屈曲部を有し、
前記金属粒子の少なくとも一部は、前記構造体の屈曲部の側面であって当該側面が上方を向く位置に配置されている、センサーチップ。
A substrate,
A structure formed above the substrate;
Metal particles disposed on a side surface of the structure;
Including
The structure assumes a plane parallel to the substrate that cuts the structure, and when the plane is moved away from the substrate, the center of gravity of the cross section of the structure on the plane periodically moves. Has a bent part,
At least a part of the metal particles is a sensor chip disposed on a side surface of the bent portion of the structure, the side surface facing upward.
請求項1において、
前記屈曲部において前記平面を前記基板から遠ざかる方向に移動させた場合に、
前記平面における前記重心の軌跡が、円、楕円、多角形、線分又はそれらを組み合わせた形状である、センサーチップ。
In claim 1,
When the plane is moved away from the substrate in the bent portion,
The sensor chip, wherein the locus of the center of gravity in the plane is a circle, an ellipse, a polygon, a line segment, or a combination thereof.
請求項1又は請求項2において、
前記基板と、前記構造体と、の間に、金属層を有する、センサーチップ。
In claim 1 or claim 2,
A sensor chip having a metal layer between the substrate and the structure.
請求項3において、
前記金属層の材質は、金、銀、銅、アルミニウム、白金、ニッケル、パラジウム、タングステン、ロジウム及びルテニウムから選択される少なくとも1種の金属又はこれらの複数種の合金である、センサーチップ。
In claim 3,
The sensor chip, wherein the material of the metal layer is at least one metal selected from gold, silver, copper, aluminum, platinum, nickel, palladium, tungsten, rhodium, and ruthenium, or a plurality of these alloys.
請求項1ないし請求項4のいずれか一項において、
前記金属粒子は、複数の前記屈曲部に離間して配置されている、センサーチップ。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The sensor chip, wherein the metal particles are arranged apart from each other in the plurality of bent portions.
基板の上方に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層をパターニングして基礎部を形成する工程と、
動的傾斜蒸着法により、第1傾斜条件で、前記基礎部の上に誘電体を堆積し、前記第1傾斜条件とは異なる第2傾斜条件で、さらに誘電体を堆積して、構造体を形成する工程と、
前記構造体の側面に、傾斜蒸着法により、金属を堆積する工程と、
を含む、センサーチップの製造方法。
Forming a dielectric layer above the substrate;
Patterning the dielectric layer to form a base,
A dielectric is deposited on the base portion under a first tilt condition by a dynamic tilt vapor deposition method, and a dielectric is further deposited under a second tilt condition different from the first tilt condition. Forming, and
Depositing metal on the side surface of the structure by a gradient deposition method;
A method for manufacturing a sensor chip.
請求項6において、
前記金属を堆積させた後、前記基板を加熱する工程を含む、センサーチップの製造方法。
In claim 6,
A method of manufacturing a sensor chip, comprising: heating the substrate after depositing the metal.
請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載のセンサーチップと、
前記センサーチップに励起光を照射する光源と、
前記センサーチップから放射される光を検出する検出器と、
を備えた、分析装置。
The sensor chip according to any one of claims 1 to 7,
A light source for irradiating the sensor chip with excitation light;
A detector for detecting light emitted from the sensor chip;
Analytical device equipped with.
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