JP2022018494A - Substrate for phosphor detection, and method for manufacturing substrate for phosphor detection - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蛍光体の検出に用いられる基材である蛍光体検出用基材、および、蛍光体検出用基材の製造方法に関する。 The present invention relates to a base material for detecting a phosphor, which is a base material used for detecting a phosphor, and a method for producing a base material for detecting a phosphor.
塩基配列や抗体構造等の各種の生化学情報を収集する器具として、マイクロアレイが知られている。マイクロアレイは、検出部の表面に検出子であるプローブを備えて、試料に含まれる検体とプローブとの結合を検体検出に利用する。例えば、検出部に固定されたプローブDNAは、プローブDNAとハイブリダイゼーション可能なDNA検出に利用される。検出部に固定された抗体は、抗体が認識するエピトープを含む抗原検出に利用される(例えば、特許文献1から3を参照)。
Microarrays are known as instruments for collecting various biochemical information such as base sequences and antibody structures. The microarray is provided with a probe that is a detector on the surface of the detection unit, and the binding between the sample contained in the sample and the probe is used for sample detection. For example, the probe DNA immobilized on the detection unit is used for DNA detection that can hybridize with the probe DNA. The antibody immobilized on the detection unit is used for detecting an antigen containing an epitope recognized by the antibody (see, for example,
プローブと検体との結合の検出は、例えば、蛍光色素で標識された検体を使用して、蛍光の有無を検体の有無として取り扱う。表面プラズモンの定在波を発生させる金属膜が検出部の表面に位置する構成であれば、表面プラズモン共鳴による増強された蛍光が検出されるため、微量の検体を高感度で検出可能となる(例えば、特許文献4を参照)。 For the detection of the binding between the probe and the sample, for example, a sample labeled with a fluorescent dye is used, and the presence or absence of fluorescence is treated as the presence or absence of the sample. If the metal film that generates the standing wave of surface plasmon is located on the surface of the detection part, the enhanced fluorescence due to surface plasmon resonance is detected, so that a small amount of sample can be detected with high sensitivity ( For example, see Patent Document 4).
一方、特許文献4に記載のように、回折格子によるエバネッセント波を使用して表面プラズモン共鳴を生じさせる構成では、表面プラズモンポラリトンが金属膜と誘電体との界面に沿う二次元方向に拡散してしまう。結果として、上述した構成は、微量の検体を高感度で検出する構成として、依然として改善の余地を残すものである。 On the other hand, as described in Patent Document 4, in a configuration in which an evanescent wave by a diffraction grating is used to generate surface plasmon resonance, surface plasmon polaritons are diffused in a two-dimensional direction along the interface between the metal film and the dielectric. It ends up. As a result, the above-mentioned configuration still leaves room for improvement as a configuration for detecting a small amount of sample with high sensitivity.
本発明は、蛍光体の検出感度を向上可能にした蛍光体検出用基材、および、蛍光体検出用基材の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a base material for detecting a phosphor and a method for producing a base material for detecting a phosphor, which can improve the detection sensitivity of the phosphor.
上記課題を解決するための蛍光体検出用基材は、誘電体または半導体から構成された基材面を備える基材本体と、前記基材面に位置する複数の凝集体である金属突部と、を備え、前記複数の金属突部の表面が構成して前記金属突部の間隙を海とした海島構造での表面高さの頻度分布は、ピーク内の最頻表面高さが全ピークの中で最大である第1ピークと、前記最頻表面高さが全ピークの中で前記第1ピークの次に大きい第2ピークと、を備え、前記第1ピークを構成する第1突部の前記海島構造での平均幅が200nm以下であり、前記第2ピークを構成する第2突部の前記海島構造での平均幅が前記第1突部の平均幅よりも小さく、1nm以上5nm以下の厚さで前記金属突部の表面を覆う絶縁層であって、プローブを配置可能な1nm以上20nm以下のギャップを前記間隙に区画する前記絶縁層をさらに備える。 The base material for detecting a phosphor for solving the above-mentioned problems includes a base material main body having a base material surface made of a dielectric or a semiconductor, and a metal protrusion which is a plurality of aggregates located on the base material surface. , And the frequency distribution of the surface height in the sea island structure in which the surfaces of the plurality of metal protrusions are formed and the gap between the metal protrusions is the sea, the most frequent surface height within the peak is the total peak. A first peak having the largest peak among all peaks and a second peak having the most frequent surface height next to the first peak among all peaks are provided, and the first protrusion constituting the first peak. The average width of the sea island structure is 200 nm or less, and the average width of the second protrusion constituting the second peak in the sea island structure is smaller than the average width of the first protrusion and is 1 nm or more and 5 nm or less. An insulating layer having a thickness covering the surface of the metal protrusion, further comprising the insulating layer for partitioning a gap of 1 nm or more and 20 nm or less in which a probe can be placed.
上記課題を解決するための蛍光体検出用基材の製造方法は、誘電体または半導体から構成された基材面に複数の金属突部を備え、当該複数の金属突部の表面が構成して前記金属突部の間隙を海とした海島構造での表面高さの頻度分布が、ピーク内の最頻表面高さが全ピークの中で最大である第1ピークと、ピーク内の最頻表面高さが全ピークの中で前記第1ピークの次に大きい第2ピークと、を備え、前記第1ピークを構成する第1突部の前記海島構造での平均幅が200nm以下であり、前記第2ピークを構成する第2突部の前記海島構造での平均幅が前記第1突部の平均幅よりも小さい、蛍光体検出用基材の製造方法であって、前記基材面に第1金属膜を形成する第1成膜工程と、前記第1金属膜の加熱による分断と凝集で複数の凝集体を形成する第1加熱工程と、前記凝集体の表面と前記凝集体の間隙とに第2金属膜を形成する第2成膜工程と、前記第2金属膜の加熱による分断と凝集で前記金属突部を形成する第2加熱工程と、前記金属突部の表面に1nm以上5nm以下の厚さを有した絶縁層を形成し、プローブを配置可能な1nm以上20nm以下のギャップを前記金属突部の間隙に前記絶縁層で区画する第3成膜工程と、を含む。 In the method for manufacturing a base material for detecting a phosphor to solve the above problems, a plurality of metal protrusions are provided on a base material surface made of a dielectric or a semiconductor, and the surfaces of the plurality of metal protrusions are formed. The frequency distribution of the surface height in the sea island structure with the gap between the metal protrusions as the sea is the first peak in which the most frequent surface height in the peak is the largest among all the peaks, and the most frequent surface in the peak. A second peak having a height next to the first peak among all the peaks is provided, and the average width of the first protrusion constituting the first peak in the sea island structure is 200 nm or less. A method for manufacturing a base material for detecting a phosphor, wherein the average width of the second protrusion constituting the second peak in the sea island structure is smaller than the average width of the first protrusion. 1 A first film forming step of forming a metal film, a first heating step of forming a plurality of aggregates by splitting and agglomeration by heating of the first metal film, and a gap between the surface of the agglomerates and the agglomerates. A second film forming step of forming a second metal film, a second heating step of forming the metal protrusion by breaking and aggregating the second metal film by heating, and 1 nm or more and 5 nm on the surface of the metal protrusion. The present invention includes a third film forming step of forming an insulating layer having the following thickness and partitioning a gap of 1 nm or more and 20 nm or less in which a probe can be placed in the gap of the metal protrusion by the insulating layer.
上記各構成によれば、誘電体または半導体から構成される基材面と金属突部とは、蛍光体が発する蛍光を表面プラズモン共鳴によって増強する。この際、表面プラズモン共鳴が生じ得る範囲は、金属突部の底面に相当する範囲内であり、当該底面の範囲に表面プラズモンポラリトンが局在化する。言い換えれば、局在型表面プラズモン共鳴が生じる。しかも、金属突部の表面を覆う絶縁層は、蛍光がエネルギーとして金属突部に移ること(以下、クエンチングとも言う)を抑制する。結果として、表面プラズモンポラリトンの拡散、および、クエンチングが抑制されて、蛍光が局所的に増強される。したがって、上記構成であれば、局所的な表面プラズモンポラリトンの生成による狭範囲での強い蛍光を検出することが可能であるから、表面プラズモンポラリトンが拡散した広範囲での弱い蛍光を検出する構成と比べて、蛍光体の検出感度が向上可能になる。 According to each of the above configurations, the surface of the base material made of a dielectric or a semiconductor and the metal protrusion enhance the fluorescence emitted by the phosphor by surface plasmon resonance. At this time, the range in which surface plasmon resonance can occur is within the range corresponding to the bottom surface of the metal protrusion, and the surface plasmon polariton is localized in the range of the bottom surface. In other words, localized surface plasmon resonance occurs. Moreover, the insulating layer covering the surface of the metal protrusion suppresses the transfer of fluorescence to the metal protrusion as energy (hereinafter, also referred to as quenching). As a result, diffusion and quenching of surface plasmon polaritons are suppressed and fluorescence is locally enhanced. Therefore, with the above configuration, it is possible to detect strong fluorescence in a narrow range due to the formation of local surface plasmon polaritons, as compared with the configuration in which weak fluorescence over a wide range in which surface plasmon polaritons are diffused is detected. Therefore, the detection sensitivity of the phosphor can be improved.
上記蛍光体検出用基材において、前記基材本体は、前記金属突部の間隙に当該金属突部の縁から窪む溝を備えてもよい。
例えば、基材面が平面であって当該平面にプローブが固定される場合、当該プローブと結合する蛍光体の位置は、プローブの分子サイズが大きいほど、基材面から大きく離れる。この点、上記溝を備える構成であれば、プローブが固定される位置は、溝深さの分だけ、基材面よりも低く、プローブと結合する蛍光体の位置は、溝の深さの分だけ、金属突部と基材本体との界面に近づく。結果として、金属突部と基材本体との界面に入射する蛍光の強度が高まるから、蛍光体の検出感度がさらに向上可能になる。
In the base material for detecting a fluorescent substance, the base material main body may be provided with a groove recessed from the edge of the metal protrusion in the gap of the metal protrusion.
For example, when the substrate surface is a flat surface and the probe is fixed to the plane, the position of the phosphor bound to the probe is farther from the substrate surface as the molecular size of the probe is larger. In this respect, in the case of the configuration provided with the groove, the position where the probe is fixed is lower than the substrate surface by the groove depth, and the position of the phosphor bound to the probe is the groove depth. Only approach the interface between the metal protrusion and the base material body. As a result, the intensity of the fluorescence incident on the interface between the metal protrusion and the main body of the base material is increased, so that the detection sensitivity of the phosphor can be further improved.
上記蛍光体検出用基材において、前記溝の底面は、前記基材本体と前記プローブとに結合可能なカップリング剤で覆われてもよい。この構成によれば、溝の底面にプローブを固定しやすくなるため、プローブをギャップに配置することが容易でもある。 In the fluorophore detection substrate, the bottom surface of the groove may be covered with a coupling agent capable of binding to the substrate body and the probe. According to this configuration, it is easy to fix the probe to the bottom surface of the groove, so that it is easy to arrange the probe in the gap.
上記蛍光体検出用基材において、前記第1ピークの最頻表面高さと前記第2ピークの最頻表面高さとの差が5nm以上60nm以下であってもよい。この構成によれば、第1ピークを構成する金属突部の間隙に、第2ピークを構成する金属突部を別途形成することが容易であって、第1ピークを構成する金属突部と、第2ピークを構成する金属突部との間隙に、1nm以上20nm以下のギャップを形成することが容易でもある。 In the base material for detecting a phosphor, the difference between the most frequent surface height of the first peak and the most frequent surface height of the second peak may be 5 nm or more and 60 nm or less. According to this configuration, it is easy to separately form the metal protrusions constituting the second peak in the gaps between the metal protrusions constituting the first peak, and the metal protrusions constituting the first peak and the metal protrusions constituting the first peak. It is also easy to form a gap of 1 nm or more and 20 nm or less in the gap with the metal protrusion constituting the second peak.
上記蛍光体検出用基材において、前記基材面は、周期的凹凸構造を有し、前記周期的凹凸構造のピッチは、160nm以上1220nm以下であり、前記海島構造のシート抵抗は、3×102Ω/□以上5×104Ω/□以下であってもよい。この構成によれば、局在型表面プラズモン共鳴による電場増強効果と、伝播型表面プラズモン共鳴による電場増強効果とが相まって、さらに強力な電場増強効果を得ることが可能となる。 In the base material for detecting a phosphor, the base material surface has a periodic uneven structure, the pitch of the periodic uneven structure is 160 nm or more and 1220 nm or less, and the sheet resistance of the sea island structure is 3 × 10. It may be 2 Ω / □ or more and 5 × 10 4 Ω / □ or less. According to this configuration, the electric field enhancing effect by the localized surface plasmon resonance and the electric field enhancing effect by the propagation type surface plasmon resonance are combined, and it becomes possible to obtain a stronger electric field enhancing effect.
上記蛍光体検出用基材は、前記絶縁層のなかで前記ギャップを区画する部分に前記プローブを備えてもよい。 The fluorescent substance detection base material may be provided with the probe in a portion of the insulating layer that partitions the gap.
以下、蛍光体検出用基材の一実施形態について図面を参照して説明する。
図1が示すように、蛍光体検出用基材は、基材面10Sを備えた基材本体10、基材面10Sに位置する複数の金属突部11、および、各金属突部11の表面11Sを覆う絶縁層12を備える。
Hereinafter, an embodiment of the base material for detecting a fluorescent substance will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the base material for detecting a phosphor is a base material
基材面10Sは、誘電体または半導体から構成される。基材本体10は、基材面10Sと同じ材料から構成された単層基材本体、あるいは、基材面10Sとは異なる材料から構成された層を基材面10Sの下層に備える多層基材本体である。基材本体10の厚さは、例えば、0.1mm以上5.0mm以下である。
The
誘電体は、無機誘電体または有機誘電体である。無機誘電体は、例えば、各種ガラス、サファイア、石英等である。有機誘電体は、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエステル等である。半導体は、例えば、シリコン、シリコンカーバイド等である。 The dielectric is an inorganic dielectric or an organic dielectric. The inorganic dielectric is, for example, various glasses, sapphire, quartz and the like. The organic dielectric is, for example, polymethylmethacrylate, polycarbonate, polystyrene, polyolefin, polyester and the like. The semiconductor is, for example, silicon, silicon carbide, or the like.
基材本体10は、金属突部11の周縁から窪む溝10Gを備える。溝10Gは、金属突部11の縁に沿って延在し、金属突部11の間隙の下方に位置する。溝10Gは、溝10Gの延在方向と直交する断面において、溝10Gの底面に向けて溝幅が小さくなるU字状であってもよいし、溝10Gの底面に向けて溝幅が大きくなるアリ溝状であってもよい。
The
絶縁層12は、各金属突部11の表面11S、溝10Gの溝側面、および、溝10Gの溝底面を覆う。絶縁層12は、各金属突部11の表面11S、溝10Gの溝側面、および、溝10Gの溝底面に追従した形状を有する。絶縁層12を構成する材料は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物である。
The insulating
絶縁層12は、プローブ1を配置するためのギャップ3を区画する。ギャップ3は、溝10Gの内部を含む領域である。プローブ1は、蛍光色素で標識された標的である蛍光体2と化学的に結合可能な生体分子である。ギャップ3は、プローブ1と蛍光体2とを内包可能な大きさを有する。プローブ1は、溝10Gの底面上に位置する絶縁層12に固定される。プローブ1は、例えば、蛍光体2と相補的な配列を有する一本鎖DNA、RNA、タンパク質、抗体、および、低分子化合物である。
The insulating
絶縁層12の厚みは、各金属突部11の表面11S、溝10Gの溝側面、および、溝10Gの溝底面の各々において、ほぼ一定である。絶縁層12の厚みは、例えば、1nm以上5nm以下であり、1nm以上3nm以下が好ましい。絶縁層12の厚みが1nm以上5nm以下であれば、絶縁層12による蛍光の吸収が抑えられ、かつ、蛍光がエネルギーとして金属突部11に移ってしまうクエンチングが抑えられる。絶縁層12の厚みが1nm以上3nm以下であれば、上述した効果が得られると共に、絶縁層12の形成、および、ギャップ3の形成が容易ともなる。
The thickness of the insulating
溝10Gの底面は、カップリング剤31で覆われている。カップリング剤31は、基材本体10、あるいは、絶縁層12と結合可能であり、かつ、プローブ1とも結合可能な材料である。カップリング剤31は、溝10Gの底面にプローブ1が固定される力を高めて、プローブ1がギャップ3に配置されやすくする。カップリング剤31の厚みは、溝10Gの全てがカップリング剤31で埋まらない大きさであることが好ましい。カップリング剤31は、例えば、シランカップリング剤であって、溝10Gを埋めないこと、および、ギャップ3を形成しやすいことから、単分子層の被膜として構成されることが好ましい。
The bottom surface of the
図2が示すように、複数の金属突部11の表面11Sは、金属突部11の間隙を海とした海島構造を構成する。海島構造は、複数の金属突部11が連なる第1島構造S1、および、金属突部11が途切れる第2島構造S2から構成される。第1島構造S1は、複数の金属突部11が途切れていない構造であって、相互に隣り合う金属突部11が間隙で隔たれていない構造である。第2島構造S2は、相互に隣り合う金属突部11が間隙で隔たれた構造である。
As shown in FIG. 2, the
金属突部11を構成する材料は、表面プラズモン共鳴による電場増強効果を金属突部11と基材本体10との共同で得られるものである。金属突部11を構成する材料は、例えば、金、銀、アルミニウム、銅、白金、これらの2種以上の合金、または、これらの2種以上の組み合わせである。
The material constituting the
[表面高さ]
金属突部11の高さは、金属突部11の底面11Bの高さを「0」とする表面11Sの高さである。金属突部11の高さは、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、および、原子間力顕微鏡(以下、AFMとも言う)等の各種機器によって測定可能である。
[Surface height]
The height of the
これに対し、金属突部11の表面高さは、金属突部11の底面11Bよりも高い位置を「0」とする表面11Sの高さである。金属突部11の表面高さは、海島構造での表面高さの頻度分布を統計的に処理可能にするべく、AFMによって求められる。
On the other hand, the surface height of the
AFMによる測定値は、高さ方向での分解能が1nm以下と小さいため、金属突部11の厚みだけでなく、基材本体10の反り、歪み、凹凸等の誤差を反映し得る。AFM測定による表面高さの測定値は、理想平面と基材面10Sとの差異に起因した誤差を包含する。海島構造での表面高さの頻度分布は、上記誤差に起因したばらつきを抑えるべく、相互に異なる3箇所で測定された表面高さの分布を相加平均し、相加平均によって得られた表面高さの分布を0.6nmの間隔で単純移動平均(n=15)して得られる。
Since the resolution measured by the AFM is as small as 1 nm or less in the height direction, it can reflect not only the thickness of the
海島構造での表面高さの分布を得るためのAFMの測定条件例を以下に示す。
・探針先端径 :2nm以上5nm以下
・探針先端角度 :先端から200nmまでの角度が20°未満
・測定範囲 :500nm
・スキャンレート :0.3Hz以上1.0Hz以下
・サンプリングレート :256×256pixels以上512×512pixels以下
上記探針形状を満たす例は、例えば、Nano World AG社製、Super Sharp Silicon Force Modulation Mode SSS-FMR-10である。
An example of AFM measurement conditions for obtaining the distribution of surface height in the sea-island structure is shown below.
-Explorer tip diameter: 2 nm or more and 5 nm or less-Exploration tip angle: The angle from the tip to 200 nm is less than 20 °-Measurement range: 500 nm
-Scan rate: 0.3Hz or more and 1.0Hz or less-Sampling rate: 256 x 256 pixels or more and 512 x 512 pixels or less An example that satisfies the above probe shape is, for example, Super Sharp Silicon Force Modulation Mode SSS-FMR manufactured by Nano World AG. -10.
金属突部11の隙間は、例えば、探針先端径よりも狭く、AFMの探針が基材面10Sよりも上方で金属突部11に引っ掛かるときの大きさを含む。AFM測定での最低高さ「0」は、金属突部11の隙間の中でAFMの探針が入り込む最狭幅によって定まる高さであり、基材面10Sよりも高い。すなわち、AFM測定による金属突部11の表面高さは、底面11Bよりも高い位置を「0」とする表面11Sの高さである。
The gap of the
[島形状]
図2が示すように、金属突部11の表面11Sは、独立峰状または連峰状を有する。
図3が示すように、連峰状と独立峰状との区別は、AFM画像での判断対象S2Tに外接する仮想的な楕円(以下、外接楕円Rとも言う)の形状等に準ずる。外接楕円Rは、判断対象S2Tに外接する楕円の中で最小面積を有する。具体的には、外接楕円Rの長径Rmax、短径Rmin、および、判断対象S2Tでの短軸方向の長さW1(例えば、図3が示す長さA、長さB、長さC)が下記条件1~4のいずれかを満たす判断対象S2Tが連峰状である。下記条件1~4のいずれも満たさない判断対象S2Tが独立峰状である。
・条件1 :4<長径Rmax/短径Rminである。
・条件2 :3<長径Rmax/短径Rmin≦4であり、かつ、短径Rminの40%以下の長さW1が、長軸の60%以上の範囲で認められる。
・条件3 :2<長径Rmax/短径Rmin≦3であり、かつ、短径Rminの30%以下の長さW1が、長軸の60%以上の範囲で認められる。
・条件4 :1<長径Rmax/短径Rmin≦2であり、かつ、短径Rminの20%以下の長さW1が、長軸の60%以上の範囲で認められる。
[Island shape]
As shown in FIG. 2, the
As shown in FIG. 3, the distinction between the mountain range and the independent peak is based on the shape of a virtual ellipse (hereinafter, also referred to as the circumscribed ellipse R) circumscribing the judgment target S2T in the AFM image. The circumscribed ellipse R has the smallest area among the ellipses circumscribed to the judgment target S2T. Specifically, the major axis Rmax and the minor axis Rmin of the circumscribing ellipse R, and the length W1 in the minor axis direction in the determination target S2T (for example, the length A, the length B, and the length C shown in FIG. 3) are The determination target S2T that satisfies any of the following
-Condition 1: 4 <major diameter Rmax / minor diameter Rmin.
Condition 2: 3 <major diameter Rmax / minor axis Rmin ≦ 4 and a length W1 of 40% or less of the minor axis Rmin is recognized in the range of 60% or more of the major axis.
Condition 3: 2 <major diameter Rmax / minor diameter Rmin ≦ 3 and a length W1 of 30% or less of the minor axis Rmin is recognized in the range of 60% or more of the major axis.
Condition 4: 1 <major diameter Rmax / minor axis Rmin ≦ 2 and a length W1 of 20% or less of the minor axis Rmin is recognized in the range of 60% or more of the major axis.
なお、上記外接楕円Rを設定できない場合、連峰状と独立峰状との区別は、AFM画像での判断対象S2Tに内接する仮想的な楕円(以下、内接楕円とも言う)の形状に準ずる。内接楕円は、判断対象S2Tに内接する楕円の中で最大面積を有する。具体的には、内接楕円の短径の20%以下の長さW1が内接楕円の長径の60%以上の範囲で認められる金属突部11が連峰状である。内接楕円の短径の20%以下の長さW1が内接楕円の長径の60%以上の範囲で認められない金属突部11が独立峰状である。
When the circumscribed ellipse R cannot be set, the distinction between the mountain peak shape and the independent peak shape conforms to the shape of a virtual ellipse (hereinafter, also referred to as an inscribed ellipse) inscribed in the judgment target S2T in the AFM image. The inscribed ellipse has the largest area among the ellipses inscribed in the judgment target S2T. Specifically, the
[ピーク]
複数の金属突部11は、複数の第1突部21、および、複数の第2突部22を備える。第1突部21は、海島構造での表面高さの頻度分布のなかで第1ピークP1を構成する。第2突部22は、海島構造での表面高さの頻度分布のなかで第2ピークP2を構成する。任意の第1突部21の中で最も高い第1頂部21aの高さは、全ての第2突部22の中で最も高い第2頂部22aの高さよりも高い。任意の第1突部21の中での表面高さの最大値は、全ての第2突部22の表面高さの最大値よりも高い。
[peak]
The plurality of
図4が示すように、海島構造での表面高さの頻度分布は、第1ピークP1、第2ピークP2、および、第3ピークP3を含む。表面高さの頻度分布は、各表面高さに対する当該表面高さの頻度を示す。第1ピークP1、および、第2ピークP2は、頻度の極大値を備えて、当該極大値が頻度の極小値で挟まれる。第1ピークP1、および、第2ピークP2の半値幅は、2nm以上である。 As shown in FIG. 4, the frequency distribution of the surface height in the sea island structure includes the first peak P1, the second peak P2, and the third peak P3. The frequency distribution of the surface height indicates the frequency of the surface height for each surface height. The first peak P1 and the second peak P2 have a maximum frequency, and the maximum value is sandwiched between the minimum frequency values. The half width of the first peak P1 and the second peak P2 is 2 nm or more.
第1ピークP1は、ピーク内での頻度が最も大きい表面高さ(以下、最頻表面高さとも言う)が全ピークの中で最大である。第1ピークP1を構成する金属突部11は、第1突部21である。第1ピークP1における最頻表面高さは、第1最頻表面高さT1である。第1最頻表面高さT1は、10nm以上100nm以下であることが好ましく、10nm以上50nm以下であることがより好ましい。
In the first peak P1, the surface height with the highest frequency within the peak (hereinafter, also referred to as the most frequent surface height) is the highest among all peaks. The
第2ピークP2は、ピーク内の最頻表面高さが全ピークの中で第1ピークの次に大きい。第2ピークP2を構成する金属突部11は、第2突部22である。第2ピークP2における最頻表面高さは、第2最頻表面高さT2である。第2最頻表面高さT2は、5nm以上42nm以下であることが好ましく、5nm以上30nm以下であることがより好ましい。
In the second peak P2, the most frequent surface height in the peak is the second largest among all peaks after the first peak. The
第3ピークP3は、ピーク内の最頻表面高さが全ピークの中で最も小さい。第3ピークP3を構成する構造は、第1突部21の間隙、第1突部21と第2突部22との間隙、および、第2突部22の間隙である。第3ピークP3における最頻表面高さは、第3最頻表面高さT3である。第3最頻表面高さT3は、2nm以上12nm以下であることが好ましく、2nm以上10nm以下であることがより好ましい。表面高さの頻度分布は、第3ピークP3を含まない構成、例えば、第3最頻表面高さT3が「0」である構成、あるいは、第2ピークP2で最も低い表面高さから「0」に近づくほど、表面高さの頻度が徐々に高まる構成でもよい。
In the third peak P3, the most frequent surface height in the peak is the smallest among all the peaks. The structure constituting the third peak P3 is a gap of the
第1最頻表面高さT1と第2最頻表面高さT2との差は、3nm以上60nm以下であることが好ましく、7nm以上25nm以下であることがより好ましい。第1最頻表面高さT1と第2最頻表面高さT2との差は、第1突部21の高さと第2突部22の高さとの差の最頻値を反映する。第1最頻表面高さT1と第2最頻表面高さT2との差が上記範囲であれば、第2島構造S2の形成が容易である観点で好ましい。
The difference between the first most frequent surface height T1 and the second most frequent surface height T2 is preferably 3 nm or more and 60 nm or less, and more preferably 7 nm or more and 25 nm or less. The difference between the first most frequent surface height T1 and the second most frequent surface height T2 reflects the mode of the difference between the height of the
第2最頻表面高さT2と第3最頻表面高さT3との差は、5nm以上40nm以下であることが好ましく、5nm以上15nm以下であることがより好ましい。第2最頻表面高さT2と第3最頻表面高さT3との差は、第2突部22の高さと、AFM測定での最低高さ「0」との差を反映する。すなわち、第2最頻表面高さT2と第3最頻表面高さT3との差は、第2突部22の高さを少なからず反映する。第2最頻表面高さT2と第3最頻表面高さT3との差が上記範囲であれば、第1突部21と第2突部22との隙間が明確に形成されやすい観点で好ましい。
The difference between the second most frequent surface height T2 and the third most frequent surface height T3 is preferably 5 nm or more and 40 nm or less, and more preferably 5 nm or more and 15 nm or less. The difference between the second most frequent surface height T2 and the third most frequent surface height T3 reflects the difference between the height of the
第1最頻表面高さT1と第3最頻表面高さT3との差は、10nm以上100nm以下であることが好ましく、10nm以上98nm以下であることがより好ましく、10nm以上30nm以下であることがさらに好ましい。第1最頻表面高さT1と第3最頻表面高さT3との差は、第1突部21の高さと、AFM測定での最低高さ「0」との差を反映する。すなわち、第1最頻表面高さT1と第3最頻表面高さT3との差は、第1突部21の高さを少なからず反映する。第1最頻表面高さT1と第3最頻表面高さT3との差が上記範囲であれば、第2島構造S2が明確に形成されやすい観点で好ましい。
The difference between the first most frequent surface height T1 and the third most frequent surface height T3 is preferably 10 nm or more and 100 nm or less, more preferably 10 nm or more and 98 nm or less, and 10 nm or more and 30 nm or less. Is even more preferable. The difference between the first most frequent surface height T1 and the third most frequent surface height T3 reflects the difference between the height of the
表面高さの頻度分布での第1境界高さL1は、第1ピークP1と第2ピークP2との境界である。第1境界高さL1は、第1最頻表面高さT1と第2最頻表面高さT2との間で頻度が最も低い表面高さである。第1境界高さL1は、7nm以上40nm以下であることが好ましく、10nm以上25nm以下であることがより好ましい。 The first boundary height L1 in the frequency distribution of the surface height is the boundary between the first peak P1 and the second peak P2. The first boundary height L1 is the least frequent surface height between the first most frequent surface height T1 and the second most frequent surface height T2. The first boundary height L1 is preferably 7 nm or more and 40 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 25 nm or less.
表面高さの頻度分布での第2境界高さL2は、第2ピークP2で最も低い表面高さである。第2境界高さL2は、例えば、第2最頻表面高さT2と第3最頻表面高さT3との間で頻度が最も低い表面高さである。第2境界高さL2は、3nm以上25nm以下であることが好ましく、3nm以上15nm以下であることがより好ましい。 The second boundary height L2 in the frequency distribution of the surface height is the lowest surface height at the second peak P2. The second boundary height L2 is, for example, the least frequent surface height between the second most frequent surface height T2 and the third most frequent surface height T3. The second boundary height L2 is preferably 3 nm or more and 25 nm or less, and more preferably 3 nm or more and 15 nm or less.
[平均幅]
金属突部11の平均幅は、第1突部21の平均幅であり、AFM画像における上記長さW1の平均値である。平均幅の算出では、第1突部21のなかの第2境界高さL2よりも高い部分(図1が示す第1島領域H1)が、第1突部21として扱われる。また、第2突部22のなかで第2境界高さL2よりも高い部分(図1が示す第2島領域H2)が、第2突部22として扱われる。
[Mean width]
The average width of the
平均幅を得るための測定対象は、AFM画像に定められた2本の対角線のいずれかと交差する任意の5つの第1突部21である。平均幅を得るための測定対象は、例えば、AFM画像における対角線が交わった箇所から近いものから順に選ばれる。なお、測定対象の数が、ひとつのAFM画像で5つに達しない場合、同一サンプルの別の箇所で取得されたAFM画像に同様の処理が行われ、合計点数が5つになるまで繰り返される。選択された5つの測定対象での長さW1の算術平均値が、金属突部11の平均幅である。
The measurement target for obtaining the mean width is any five
独立峰状の第1突部21での平均幅は、第1島領域H1での長軸方向における、長さW1の極大値、および、長さW1の極小値の平均値である。複数の極大値、または、複数の極小値が存在する場合、それら全ての算術平均値である。独立峰状の第1突部21の場合、長さW1の極大値である長さAと長さC、および、長さW1の極小値である長さBの算術平均値である「(A+B+C)/3」が、第1突部21の平均幅である。
The average width of the independent peak-shaped
連峰状の第1突部21での平均幅は、第1島領域H1での中心曲線に対する直交線と、第1島領域H1の輪郭線とが交わる2点間の長さを用いて求められる。中心曲線は、AFM画像での第1突部21の延在方向に沿う曲線であって、第1島領域H1の内部に描かれる仮想曲線である。中心曲線に対する直交線は、中心曲線上の任意点での中心曲線の接線に対して、その任意点を通過し、かつ、その接線と直交する直線である。中心曲線は、中心曲線に対する直交線と、第1島領域H1の輪郭線とが交わる2点間において、中心曲線が2点間の中心に位置するように描かれた曲線である。
The mean width of the mountainous peak-shaped
連峰状の第1突部21での平均幅の測定では、まず、第1島領域H1の輪郭と直交線とが交わる2点間の長さが最大となる直交線が定められる。次いで、2点間の長さが最大となる直交線を起点として、中心曲線の両端部に向けて、起点から20nm毎に2点間の長さが測定される。そして、起点とした直交線での2点間の長さを含めて、全ての長さを算術平均して、連峰状の第1突部21での平均幅が得られる。なお、中心曲線が長い場合は、2点間の長さの測定点数を25点までとする。
In the measurement of the average width at the mountainous peak-shaped
ただし、起点とした直交線での2点間の長さが、その直交線の両側に20nmだけ離れた位置での長さの1.5倍を超える場合、起点とした直交線は、主幹部分から分岐した分岐部分であると見なされて、次に長さが最大となる直交線が新たな起点として定められる。この際、分岐部分の中心曲線と主幹部分の中心曲線とが交差する点が、分岐点である。分岐部分での長さの測定箇所は、新たな起点とした直交線から分岐点までの主幹部分の中心曲線に沿った長さと、分岐点から分岐の先端方向に向けて分岐部分の中心曲線に沿った長さとの合計が、20nmの整数倍となる箇所とする。分岐部分を有した第1突部21もまた、新たに起点とした直交線での2点間の長さも含めて、起点から近いものから順に最大で25点までの2点間の長さを測長し、全ての2点間の長さの算術平均値を平均幅とする。
However, if the length between two points on the orthogonal line as the starting point exceeds 1.5 times the length at a
第1突部21の平均幅は、近似的には、AFM画像に代えて、SEM画像を用いて求めることも可能である。例えば、10万倍のSEM画像(910nm×1210nm)を取得し、取得したSEM画像に対角線を2本引き、いずれかの対角線が交わった第1突部21を任意に選択した5つを測定対象として、AFM画像に基づく場合と同様にして平均幅を求める。第1突部21が連峰状であるか、あるいは、独立峰状であるかの区別、および、各々の場合での平均幅の求め方は、AFM画像に基づく場合と同様である。ただし、SEM画像では、第1島領域H1の輪郭線が定まらないため、SEM画像を用いた平均幅の測定では、第1突部21の輪郭線を第1島領域H1の輪郭線として取り扱う。
Approximately, the average width of the
第1突部21の平均幅は、200nm以下である。独立峰状の第1突部21の平均幅は、180nm以下が好ましく、5nm以上130nm以下がより好ましく、10nm以上80nm以下がさらに好ましい。連峰状の第1突部21での平均幅は、150nm以下が好ましく、5nm以上100nm以下がより好ましく、10nm以上60nm以下がさらに好ましい。第1突部21の平均幅が200nm以下であれば、局在型表面プラズモン共鳴による電場増強効果が得られやすい。
The average width of the
図1に戻り、蛍光体検出用基材は、第1島領域H1と他の第1島領域H1との間、および、第1島領域H1と第2島領域H2との間に、海領域H3を定める。海領域H3は、金属突部11の間隙のなかで第2境界高さL2よりも低い部分である。海領域H3の平均幅は、1nm以上20nm以下が好ましく、1nm以上10nm以下がより好ましく、1nm以上7nm以下がさらに好ましい。海領域H3の平均幅が狭いほど、蛍光体と金属突部11との距離は短く、蛍光の減衰が抑えられて、局在型表面プラズモン共鳴による電場増強効果が得られやすい。
Returning to FIG. 1, the base material for detecting a phosphor is a sea region between the first island region H1 and another first island region H1 and between the first island region H1 and the second island region H2. Determine H3. The sea region H3 is a portion lower than the second boundary height L2 in the gap of the
海領域H3の平均幅は、連峰状の第1突部21での平均幅と同じく、海領域H3での中心曲線に対する直交線と、海領域H3の輪郭線とが交わる2点間の長さを用いて求められる。
The mean width of the sea region H3 is the length between two points where the orthogonal line with respect to the central curve in the sea region H3 and the contour line of the sea region H3 intersect, the same as the mean width of the mountainous
なお、海領域H3の平均幅が狭いと、金属突部11の表面11Sでの25℃におけるシート抵抗値が低くなる。そのため、金属突部11の表面11Sでの25℃におけるシート抵抗値は低いほうが好ましく、3Ω/□以上200Ω/□以下が好ましく、10Ω/□以上150Ω/□以下がより好ましい。金属突部11のシート抵抗(Ω/□)は、25℃の条件下で金属突部11の任意の大きさの正方形の領域を電流が片方の端から対向する端へ流れる際の電気抵抗値である。
If the average width of the sea region H3 is narrow, the sheet resistance value at 25 ° C. on the
溝10Gの深さGDは、例えば、10nm以上100nm以下であり、20nm以上80nm以下がより好ましい。溝10Gの平均幅は、例えば、5nm以上50nm以下であり、10nm以上40nm以下がより好ましい。溝10Gの平均幅が5nm以上であれば、溝10Gの内部にプローブ1を配置しやすい。溝10Gの平均幅が50nm以下であれば、溝10Gに配置される蛍光体2と金属突部11との距離が、蛍光の減衰を抑えた適切な大きさとなる。特に、溝10Gの平均幅が40nm以下であれば、局在型表面プラズモン共鳴による高い電場増強効果が得られやすい。
The depth GD of the
溝10Gの平均幅は、連峰状の第1突部21での平均幅と同じく、溝10Gでの中心曲線に対する直交線と、溝10Gの輪郭線とが交わる2点間の長さを用いて求められる。なお、溝10Gの平均幅を測定するためのAFM画像は、例えば、蛍光体検出用基材から金属突部11、および、絶縁層12が取り除かれた試料を用いて取得される。
The mean width of the
[蛍光体検出用基材の作用]
金属突部11と基材本体10とは、蛍光体2が発する蛍光を表面プラズモン共鳴によって増強する。この際、金属突部11と基材本体10との界面の大きさは、金属突部11の底面11Bに相当する大きさであり、当該底面11Bの範囲に表面プラズモンポラリトンを局在化させる、いわゆる局在型表面プラズモン共鳴を生じさせる。さらに、金属突部11の表面11S、溝10Gの溝側面、および、溝10Gの溝底面を覆う絶縁層12は、1nm以上の厚さを有し、それによって、蛍光がエネルギーとして金属突部11に移動して消光するクエンチングを抑制する。結果として、表面プラズモンポラリトンが二次元方向に広く拡散せず、蛍光が局所的に増強されて、蛍光体2が高感度で検出可能となる。
[Action of substrate for fluorescent substance detection]
The
プローブ1と結合した蛍光体2の高さ位置は、プローブ1の分子サイズが大きいほど、プローブ1の固定端から離れる。仮に、基材面10Sが平面であって当該平面がプローブ1の固定端である場合、プローブ1と結合した蛍光体2の高さ位置は、プローブ1の分子サイズが大きいほど、金属突部11と基材本体10との界面から離れてしまう。一方、溝10Gを備える基材本体10であれば、プローブ1の固定端は、溝10Gの溝深さの分だけ、金属突部11と基材本体10との界面から離れて、プローブ1と結合した蛍光体2の高さ位置は、溝10Gの深さGDの分だけ、金属突部11と基材本体10との界面に接近し得る。結果として、金属突部11と基材本体10との界面に入射する蛍光の強度が向上して、蛍光体2の検出感度がさらに向上可能となる。
The height position of the
[蛍光体検出用基材の製造方法]
蛍光体検出用基材の製造方法は、第1成膜工程、第1加熱工程、第2成膜工程、第2加熱工程、エッチング工程、および、第3成膜工程を備える。
[Manufacturing method of base material for fluorescent substance detection]
The method for producing a substrate for detecting a phosphor has a first film forming step, a first heating step, a second film forming step, a second heating step, an etching step, and a third film forming step.
図5(a)が示すように、第1成膜工程は、基材本体10の基材面10Sに第1金属膜111を形成する。第1金属膜111を構成する材料は、金属突部11を構成する材料であって、金、銀、アルミニウム、銅、白金、これらの2種以上の合金、または、これらの2種以上の組み合わせである。基材面10Sに第1金属膜111を形成する方法は、例えば、乾式法、あるいは、電解メッキや無電解メッキ等の湿式法である。乾式法は、例えば、各種の物理的気相成長法や各種の化学的気相成長法である。
As shown in FIG. 5A, in the first film forming step, the
第1金属膜111の厚さは、2nm以上60nm以下であることが好ましく、3nm以上30nm以下であることがより好ましい。第1金属膜111の厚さが2nm以上であれば、第1加熱工程で形成される凝集体の間隔が拡がり過ぎない。第1金属膜111の厚さが60nm以下であれば、第1加熱工程で形成される凝集体が独立峰状または連峰状を有しやすい。
The thickness of the
図5(b)が示すように、第1加熱工程は、第1金属膜111を加熱によって分断および凝集させて複数の第1凝集体211を形成する。金、銀、アルミニウム、銅、白金等を含む金属は、一般に、溶融状態での表面自由凝集エネルギーが低い。そのため、第1金属膜111は、融点以上の加熱によって分断、および、それに続く凝集を起こす。
As shown in FIG. 5B, in the first heating step, the
金属の融点は、融点降下現象によってバルクの金属よりも低くなる。すなわち、第1金属膜111の厚さが薄いほど、融点は低い。金属膜の厚みが数十nmであれば、融点降下現象はさらに顕著になる。例えば、バルクの金の融点は1064℃であるが、10nm以下の厚みを有した金の薄膜の融点は150℃以上200℃以下まで低下する。
The melting point of a metal is lower than that of a bulk metal due to the melting point depression phenomenon. That is, the thinner the thickness of the
第1加熱工程の加熱温度は、金属の種類によって異なるが、第1金属膜111を構成する材料に金を用いる場合には、100℃以上600℃以下が好ましく、200℃以上400℃以下がより好ましい。また、第1金属膜111を構成する材料に銀を用いる場合には、80℃以上600℃以下が好ましく、200℃以上400℃以下がより好ましい。
The heating temperature in the first heating step differs depending on the type of metal, but when gold is used as the material constituting the
第1加熱工程の加熱時間は、金属の種類および加熱温度によって異なるが、例えば、第1金属膜111を構成する材料に金を用い、300℃で加熱する場合には、10秒以上60分以下が好ましい。第1金属膜111を構成する材料に銀を用い、280℃で加熱する場合には、10秒以上50分以下が好ましい。
The heating time in the first heating step varies depending on the type of metal and the heating temperature. For example, when gold is used as the material constituting the
第1加熱工程の加熱温度が高いほど、また、加熱時間が長いほど、凝集の程度は高まり、複数の金属突部11は、独立した独立峰状を有しやすい。一方、加熱温度が低いほど、加熱時間が短いほど、凝集は進みにくく、複数の金属突部11は、連峰状を有しやすい。
The higher the heating temperature in the first heating step and the longer the heating time, the higher the degree of aggregation, and the plurality of
第1加熱工程の加熱方法は、マッフル炉、電気炉、ファーネス等を含むオーブン、ホットプレート、赤外線加熱装置、ガスバーナー等の直火による加熱である。第1加熱工程は、アルゴンや窒素等の不活性ガス雰囲気中で行い、大気中の酸素による金属の酸化を抑えることが好ましい。 The heating method in the first heating step is heating by a direct fire of a muffle furnace, an electric furnace, an oven including a furnace, a hot plate, an infrared heating device, a gas burner, or the like. It is preferable that the first heating step is performed in an atmosphere of an inert gas such as argon or nitrogen to suppress oxidation of the metal by oxygen in the atmosphere.
図5(c)が示すように、第2成膜工程は、第1凝集体211の表面、および、第1凝集体211から露出した基材面10Sに、第2金属膜112を形成する。第2金属膜112を構成する材料は、金属突部11を構成する材料であって、金、銀、アルミニウム、銅、白金、これらの2種以上の合金、または、これらの2種以上の組み合わせである。第2金属膜112を構成する材料は、第1金属膜111を構成する材料と同じであることが好ましい。第2金属膜112を形成する方法は、第1成膜工程と同様の方法を採用できる。
As shown in FIG. 5C, in the second film forming step, the
第2金属膜112の厚さは、2nm以上60nm以下であることが好ましく、3nm以上30nm以下であることがより好ましい。また、第2金属膜112の厚さは、第1金属膜111の厚みと同等、あるいは薄いことが好ましい。第2金属膜112の厚さが2nm以上であれば、第2突部22が、第2加熱工程後に好ましい高さで形成される。第2金属膜112の厚さが60nm以下であれば、第2加熱工程時に、金属突部11が分断されて海領域H3が形成されやすい。第2金属膜112が第1金属膜111よりも薄い構成であれば、第2加熱工程での加熱温度を第1加熱工程での加熱温度よりも下げることが容易である。
The thickness of the
図6(a)が示すように、第2加熱工程は、第2金属膜112を加熱によって分断および凝集させて複数の第2凝集体212を形成する。第1凝集体211の表面に第2金属膜112が積層された凝集体は、第1突部21である。第2金属膜112が基材面10Sで凝集した構造物は、第2突部22である。第2加熱工程における加熱の条件は、第2金属膜112が加熱によって凝集可能な条件であるが、第1凝集体211の位置ずれ、あるいは、更なる凝集が進まない程度の条件であることが好ましい。
As shown in FIG. 6A, in the second heating step, the
実際には、第2金属膜112を融点以上に加熱するため、第1凝集体211の加熱による影響を完全に無くすことはできないが、金属突部11の位置や形態の変化を最小限に止めることが好ましい。具体的には、第2加熱工程の加熱温度を第1加熱工程の加熱温度よりも低くする、または加熱時間を短くする、あるいはこれらの両方を行うことが好ましい。
In reality, since the
第2加熱工程の加熱温度は、金属の種類によって異なるが、第2金属膜112を構成する材料に金を用いる場合には、50℃以上400℃以下が好ましく、90℃以上250℃以下がより好ましい。また、第2金属膜112を構成する材料に銀を用いる場合には、40℃以上400℃以下が好ましく、70℃以上250℃以下がより好ましい。
The heating temperature in the second heating step differs depending on the type of metal, but when gold is used as the material constituting the
第2加熱工程の加熱時間は、金属の種類および加熱温度によって異なるが、例えば、第2金属膜112を構成する材料に金を用い、150℃で加熱する場合は、10秒以上60分以下が好ましい。第2金属膜112を構成する材料に銀を用い、140℃で加熱する場合は、10秒以上50分以下が好ましい。
The heating time in the second heating step varies depending on the type of metal and the heating temperature. For example, when gold is used as the material constituting the
第2加熱工程の加熱方法は、例えば、第1加熱工程の加熱方法に例示した方法のいずれか1つであり、第1加熱工程の加熱方法と同じであることが好ましい。第2加熱工程は、第1加熱工程と同じく、不活性ガス雰囲気中で行い、大気中の酸素による金属の酸化を抑えることが好ましい。 The heating method in the second heating step is, for example, any one of the methods exemplified in the heating method in the first heating step, and is preferably the same as the heating method in the first heating step. As in the first heating step, the second heating step is preferably performed in an atmosphere of an inert gas to suppress oxidation of the metal by oxygen in the atmosphere.
図6(b)が示すように、エッチング工程は、金属突部11をマスクとして基材面10Sをエッチングし、金属突部11の間隙に溝10Gを形成する。基材面10Sをエッチングする方法は、湿式法、あるいは、乾式法である。湿式法に用いられるエッチャントは、例えば、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム水溶液、これらの組み合わせである。
As shown in FIG. 6B, in the etching step, the
第3成膜工程は、金属突部11、溝10Gの溝側面、および、溝10Gの溝底面に、絶縁層12を形成する。絶縁層12を形成する方法は、例えば、原料ガスの吸着、余剰となる原料ガスの排気、反応ガスの吸着、および、余剰となる反応ガスの排気、これらを繰り返す原子層堆積法である。原子層堆積法を用いた絶縁層12の形成によれば、各金属突部11の表面11S、溝10Gの溝側面、および、溝10Gの溝底面を絶縁層12で均一に覆うこと、および、絶縁層12の厚みを1nm以上5nm以下とすることが容易である。
In the third film forming step, the insulating
[実施例]
蛍光体検出用基材、および蛍光体検出用基材の製造方法を以下に説明する。
(実施例1)
基材本体10として、シリコン基板をダイヤモンドカッターによって1辺が30mmの正方形板状にカットした。シリコン基板として、GlobalWarers Co., Ltd.製のφ4inch Polishing Wafer(Type/Dopan:P/Boron, Crystal Axis:<100>, Resistivity(ohm-cm):1-100, Thickness(um):505-545)を用いた。次いで、アセトンで10分間にわたり基材本体10を超音波洗浄した後に、さらに蒸留水で10分間にわたり基材本体10を超音波洗浄した。
[Example]
The base material for detecting a fluorescent substance and the method for producing the base material for detecting a fluorescent substance will be described below.
(Example 1)
As the
次いで、洗浄後の基材本体10における研磨表面を基材面10Sとして、スパッタリング装置(日立製作所社製:E-1030)を用い、第1金属膜111として、平均厚さが8nmの金薄膜を形成して、第1成膜工程を行った。この際、スパッタリングを行うときのターゲットの構成材料として金を使用し、圧力を8Pa、電流値を15mA、成膜時間を30秒に設定した。
Next, a sputtering device (manufactured by Hitachi, Ltd .: E-1030) was used with the polished surface of the
次いで、厚さが5mmの銅板が載置されたホットプレート(アズワン社製:CHP-170DF)を用い、第1金属膜111が形成された基材本体10を銅板上に載置した。そして、基材本体10に形成された第1金属膜111を加熱して、第1凝集体211を形成する第1加熱工程を行った。この際、基材本体10を加熱するときの銅板の温度を290℃、基材本体10において銅板と接触する面を基材面10Sとは反対側の面、加熱時間を90秒に設定した。そして、第1加熱工程後の基材本体10を温度が20℃である金属板上に移動して冷却した。
Next, using a hot plate (manufactured by AS ONE: CHP-170DF) on which a copper plate having a thickness of 5 mm was placed, the
次いで、第1凝集体211の表面、および、第1凝集体211から露出した基材面10Sに向けて、スパッタリング装置(日立製作所社製:E-1030)を用い、第2金属膜112として、厚さが8nmの金薄膜を形成して、第2成膜工程を行った。この際、スパッタリングを行うときのターゲット、圧力、電流値および成膜時間を第1成膜工程と同じ条件に設定した。
Next, a sputtering device (manufactured by Hitachi, Ltd .: E-1030) was used as the
次いで、第1加熱工程に用いたホットプレート(アズワン社製:CHP-170DF)を用い、第2金属膜112が形成された基材本体10を銅板上に載置した。そして、基材本体10に形成された第2金属膜112を加熱して、第1突部21、および、第2突部22を形成する第2加熱工程を行った。この際、基材本体10を加熱するときの銅板の温度を110℃、基材本体10において銅板と接触する面を基材面10Sとは反対側の面、加熱時間を60秒に設定した。そして、第2加熱工程後の基材本体10を温度が20℃である金属板上に移動して冷却した。
Next, using the hot plate (manufactured by AS ONE: CHP-170DF) used in the first heating step, the
第2加熱工程後の基材本体10を用いて、表面のSEM画像、および、上述したAFMの測定条件例でのAFM画像を撮影した。SEM画像を用いて第1突部21の平均幅を測定した結果、独立峰状の第1突部21の平均幅は44nmであり、連峰状の第1突部21の平均幅は35nmであった。また、AFM画像を用いて表面高さの分布を測定した結果、第1ピークP1の最頻表面高さである第1最頻表面高さT1と、第2ピークP2の最頻表面高さである第2最頻表面高さT2との差は13nmであった。
Using the base material
次いで、ドライエッチング装置(東京エレクトロン社製:ME510I)を用い、第1突部21、および、第2突部22が形成された基材本体10をこれらの金属突部11をマスクとして基材面10Sをエッチングして溝10Gを形成するエッチング工程を行った。この際、エッチングを行うときの圧力を1.0Pa、アンテナパワーを300W、バイアスパワーを100W、エッチング時間を10秒に設定した。また、エッチングガスとして、40sccmの四フッ化炭素、および、10sccmの塩素を用いた。
Next, using a dry etching apparatus (manufactured by Tokyo Electron Limited: ME510I), the
次いで、溝10Gが形成されたエッチング工程後の基材本体10に対し、原子層堆積法を用いて、厚みが3nmのシリコン酸化物膜を形成して、第3成膜工程を行った。以上によって、実施例1の蛍光体検出用基材を得た。
Next, a silicon oxide film having a thickness of 3 nm was formed on the
(実施例2)
上記実施例1の金属種を銀に変更し、具体的に第1成膜工程および第2成膜工程において、スパッタリングを行うときのターゲットの構成材料を銀に変更し、また、第1加熱工程の加熱時間を30秒に設定し、第2加熱工程の加熱時間を20秒に設定し、これら以外を実施例1と同じくして、実施例2の蛍光体検出用基材を作成した。
(Example 2)
The metal type of Example 1 is changed to silver, specifically, in the first film forming step and the second film forming step, the constituent material of the target when performing sputtering is changed to silver, and the first heating step is also performed. The heating time of the second heating step was set to 30 seconds, the heating time of the second heating step was set to 20 seconds, and the same as in Example 1 except for these, the substrate for detecting the phosphor of Example 2 was prepared.
[比較例]
(比較例1)
上記実施例1のエッチング工程を省略し、それ以外の工程を実施例1と同じくして、比較例1の蛍光体検出用基材を作成し、すなわち、溝10Gを備えない蛍光体検出用基材を得た。
[Comparison example]
(Comparative Example 1)
The etching step of Example 1 is omitted, and the other steps are the same as in Example 1 to prepare the fluorophore detection substrate of Comparative Example 1, that is, the fluorophore detection group having no
(比較例2)
上記実施例1の第2成膜工程、および、第2加熱工程を省略し、それ以外の工程を実施例1と同じくして、比較例2の蛍光体検出用基材を作成し、すなわち、第1凝集体211をエッチング工程のマスクとした蛍光体検出用基材を得た。
(Comparative Example 2)
The second film forming step and the second heating step of the first embodiment are omitted, and the other steps are the same as those of the first embodiment to prepare the base material for detecting the phosphor of Comparative Example 2, that is, A base material for detecting a phosphor was obtained by using the
(比較例3)
上記実施例1の第3成膜工程を省略し、それ以外の工程を実施例1と同じくして、比較例3の蛍光体検出用基材を作成し、すなわち、絶縁層12を備えない蛍光体検出用基材を得た。
(Comparative Example 3)
The third film forming step of Example 1 is omitted, and the other steps are the same as in Example 1 to prepare the fluorophore detection substrate of Comparative Example 3, that is, fluorescence without the insulating
[評価]
実施例1の蛍光体検出用基材を用いたマイクロアレイとして、第3成膜工程後の基材本体10にプローブDNAを固定し、1チャンネルのマイクロアレイを以下の手順で作成して、プローブDNAとハイブリダイゼーション可能なDNA検出におけるハイブリダイゼーション後の蛍光増強強度を測定した。
[evaluation]
As a microarray using the fluorophore detection substrate of Example 1, the probe DNA was fixed to the
まず、各例の基材本体10をポリ-L-リシン溶液に1時間にわたり浸漬させた後に乾燥し、これによって、評価用のマイクロアレイを得た。なお、表1に示すように、第2成膜工程から第3成膜工程までを割愛し、ポリ-L-リシン溶液に浸漬させない他の基材本体10を、蛍光増強強度の測定に用いる参照例(コントロール)のマイクロアレイとして準備した。
First, the
次いで、各例の基材本体10に、1μl以上2μl以下のDNA溶液を滴下して、80℃の雰囲気のなかで1時間にわたり乾燥した。その後、紫外線照射器を用いて20分間にわたり紫外線を照射して、スポッティング処理済みの基材本体10を得た。
Then, a DNA solution of 1 μl or more and 2 μl or less was added dropwise to the
次いで、各例の基材本体10を、5分間にわたりブロッキング溶液に浸漬した後に純水で洗浄し、95℃の雰囲気のなかで2分間にわたり乾燥した。その後、各例の基材本体10を、エタノールによって3回にわたり洗浄して風乾し、これによって、ブロッキング処理済みのマイクロアレイを得た。
Next, the
次いで、ビオチン結合DNAをポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって増幅した後に非特異変位結合を抑えるためのハイブリダイゼーション液と混合し、3分間にわたり95℃で加熱した後に、2分間にわたり氷冷し、これによって、ターゲットDNAを準備した。 The biotin-bound DNA was then amplified by the polymerase chain reaction (PCR) and then mixed with a hybridization solution to suppress non-specific displacement binding, heated at 95 ° C. for 3 minutes, and then ice-cooled for 2 minutes. , Target DNA was prepared.
次いで、ハイブリダイゼーション液と混合されたターゲットDNAを、各例のマイクロアレイに滴下して、ハイブリダイゼーションを行った後に、界面活性剤を含む溶液によって洗浄して風乾した。そして、各例のマイクロアレイに、ラベリング試薬としてストレプトアビジン-Cy3を滴下し、30℃の環境下で30分間にわたり静置した後に、再度、界面活性剤を含む溶液によって洗浄した。 Then, the target DNA mixed with the hybridization solution was added dropwise to the microarray of each example, hybridization was performed, and then the DNA was washed with a solution containing a surfactant and air-dried. Then, streptavidin-Cy3 was added dropwise as a labeling reagent to the microarray of each example, and the mixture was allowed to stand in an environment of 30 ° C. for 30 minutes and then washed again with a solution containing a surfactant.
次いで、分光光度計(分光光度計V-770:日本分光製)を用いて、各例のマイクロアレイについて、基材面10Sの法線方向に対する5度での反射率を測定した。この際、基材面10Sに向けて入射させる励起波長を550nmに設定し、570nmを中心とした蛍光波長を観察した。また、参照例の基材を用いたマイクロアレイによって得られたピークの積算値を100として、各実施例及び比較例の基材を用いたマイクロアレイによって得られたピークの積算値を規格化した。
Then, using a spectrophotometer (spectrophotometer V-770: manufactured by JASCO Corporation), the reflectance of each example of the microarray was measured at 5 degrees with respect to the normal direction of the
結果として、表1が示すように、実施例1の蛍光検出用基材により作成したマイクロアレイから得られた蛍光強度が10E5であった。金属種を銀に変更した実施例2の蛍光検出用基材により作成したマイクロアレイは実施例1のと同程度の10E5であった。一方で、溝10Gを備えていない比較例1の蛍光検出用基材により作成したマイクロアレイから得られた蛍光強度は10E3であった。また、第1凝集体211をマスクとしてエッチングを行った比較例2の蛍光検出用基材により作成したマイクロアレイから得られた蛍光強度、および、絶縁層12を備えていない比較例3の蛍光検出用基材により作成したマイクロアレイから得られた蛍光強度は、いずれも参照例と同じ程度の10E2であった。すなわち、絶縁層12を備えない構成や、第2凝集体212をマスクとするような微細な溝10Gを備えない構成では、参照例と同じ程度の蛍光強度しか得られず、第2凝集体212や絶縁層12を備えるとしても、微小な溝10Gを備えない構成では、参照例よりも蛍光強度を一桁程度高めることに止まることが認められた。そして、第2凝集体212をマスクとした微細な溝10G、および、金属突部11や溝10Gを覆う絶縁層12を備えることによって、参照例よりも蛍光強度を三桁程度も高めることが可能であることが認められた。
As a result, as shown in Table 1, the fluorescence intensity obtained from the microarray prepared by the fluorescence detection substrate of Example 1 was 10E5. The microarray prepared from the fluorescence detection substrate of Example 2 in which the metal type was changed to silver was 10E5, which was about the same as that of Example 1. On the other hand, the fluorescence intensity obtained from the microarray prepared by the fluorescence detection substrate of Comparative Example 1 not provided with the
以上、上記実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
(1)基材本体10と金属突部11とによって、局在型表面プラズモン共鳴による電場増強効果が得られると共に、絶縁層12によるクエンチングの抑制が可能ともなる。結果として、表面プラズモンポラリトンの拡散、および、クエンチングが抑制されて、蛍光体の検出感度が向上可能になる。
As described above, according to the above embodiment, the effects listed below can be obtained.
(1) The base material
(2)プローブ1と結合した蛍光体2の位置が、溝10Gの深さGDの分だけ、金属突部11と基材本体10との界面に近づくため、金属突部11と基材本体10との界面に入射する蛍光の光量を高められる。
(2) Since the position of the
(3)溝10Gの底面を覆うカップリング剤が、溝10Gの底面にプローブ1を固定しやすくするため、プローブ1をギャップ3に配置することが容易ともなる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
(3) Since the coupling agent covering the bottom surface of the
The above embodiment can also be modified and implemented as follows.
[表面高さの頻度分布]
・海島構造での表面高さの頻度分布において、ピークの数は4つ以上でもよい。なお、蛍光体検出用基材の安定した製造が可能となる観点から、ピークの数は5つ以下が好ましく、3つであることが特に好ましい。ピークの数を4つ以上とする製造方法では、例えば、第2加熱工程と第3成膜工程との間に、2nm以上60nm以下の金属膜をさらに形成する工程と、当該金属膜を加熱によって分断および凝集させる工程と、を別途追加する。
[Frequency distribution of surface height]
-In the frequency distribution of surface height in the sea island structure, the number of peaks may be four or more. From the viewpoint of enabling stable production of the fluorophore detection substrate, the number of peaks is preferably 5 or less, and particularly preferably 3 peaks. In the manufacturing method in which the number of peaks is 4 or more, for example, a step of further forming a metal film of 2 nm or more and 60 nm or less between the second heating step and the third film forming step and the step of heating the metal film are performed. A step of dividing and aggregating is added separately.
[表面11S]
・金属突部11の表面11Sは、金属ナノ粒子を備えることも可能である。金属ナノ粒子の形状は、例えば、球状、針状、フレーク状、多面体状、リング状、中空状、誘電体が金属で包まれた形状、樹状結晶、その他不定形状である。金属ナノ粒子の平均一次粒子径は、1nm以上100nm以下が好ましく、3nm以上50nm以下がより好ましい。金属ナノ粒子の平均一次粒子径は、SEM画像を用いた一次粒子径の測定から得られる平均値である。なお、SEM画像を用いた測定に代えて、透過型電子顕微鏡、AFM、動的光散乱法による粒度分布計によって平均一次粒子径を測定してもよい。金属ナノ粒子を構成する材料は、例えば、金、銀、アルミニウム、銅、白金、これらの2種以上の合金等である。
[
The
・相互に隣り合う金属ナノ粒子の最短距離は、1nm以上20nm以下が好ましく、1nm以上10nm以下がより好ましい。最短距離が1nm以上20nm以下であれば、金属ナノ粒子の間隙で局在型表面プラズモン共鳴による電場増強効果が得られやすく、かつ、金属ナノ粒子の間隙にプローブを配置することが容易ともなる。最短距離は、SEM画像を用いた実測によって得られる。 -The shortest distance between the metal nanoparticles adjacent to each other is preferably 1 nm or more and 20 nm or less, and more preferably 1 nm or more and 10 nm or less. When the shortest distance is 1 nm or more and 20 nm or less, it is easy to obtain the electric field enhancing effect by the localized surface plasmon resonance in the gaps of the metal nanoparticles, and it is also easy to arrange the probe in the gaps of the metal nanoparticles. The shortest distance is obtained by actual measurement using SEM images.
・金属ナノ粒子を配置する方法は、例えば、スプレーコート法、スピンコート法、ディップコート法、ドロップキャスト法等である。金属ナノ粒子を配置する工程は、金属突部11を形成する工程と、絶縁層12を形成する第3成膜工程との間に含まれる。
-The method for arranging the metal nanoparticles is, for example, a spray coating method, a spin coating method, a dip coating method, a drop casting method, or the like. The step of arranging the metal nanoparticles is included between the step of forming the
[基材面10S]
・基材面10Sは、周期的凹凸構造を備えることも可能である。周期的凹凸構造は、突部または凹部が一次元方向または二次元方向に周期的に配列した構造である。突部が一次元方向に周期的に配列した一次元格子構造は、例えば、突条が相互に平行に配置されたラインアンドスペース構造である。突条の延在方向と直交する断面の形状は、例えば、三角形、矩形、台形等の多角形状、U字状、それらを基本とした派生形状等であってよい。
[
The
突部が二次元方向に周期的に配列した二次元格子構造は、例えば、配列方向が相互に直交する正方格子構造、配列方向が3方向で隣り合う2方向の形成する角度が60°である三角格子構造である。格子点上に位置する突部の形状は、例えば、円柱形状、円錐形状、円錐台形状、正弦波形状、半球体形状、略半球体形状、楕円体形状、あるいは、それらを基本とした派生形状等である。 The two-dimensional lattice structure in which the protrusions are periodically arranged in the two-dimensional direction is, for example, a square lattice structure in which the arrangement directions are orthogonal to each other, and an angle formed by two adjacent directions in three directions is 60 °. It has a triangular lattice structure. The shape of the protrusion located on the lattice point is, for example, a cylindrical shape, a conical shape, a truncated cone shape, a sinusoidal shape, a hemispherical shape, a substantially hemispherical shape, an ellipsoidal shape, or a derivative shape based on them. And so on.
突部の間隙は、ほぼ平坦な面である。突部の高さは、例えば、15nm以上150nm以下が好ましく、30nm以上80nm以下がより好ましい。突部の高さが15nm以上150nm以下であれば、金属突部11の表面11Sが周期的凹凸構造に追従した回折格子として機能し、伝播型表面プラズモン共鳴による電場増強効果が得られやすい。
The gap between the protrusions is a nearly flat surface. The height of the protrusion is, for example, preferably 15 nm or more and 150 nm or less, and more preferably 30 nm or more and 80 nm or less. When the height of the protrusion is 15 nm or more and 150 nm or less, the
突部のピッチは、相互に隣り合う突部の各中心点の水平方向の距離である。突部のピッチの測定は、相互に100μm以上離れた5箇所の周期的凹凸構造の表面を用いる。5箇所の測定領域に関して5μm×5μmのAFM画像を取得し、それぞれのAFM画像から任意に抽出した9箇所の中心点間の距離を測定する。周期的凹凸構造での突部のピッチは、160nm以上1220nm以下であることが好ましく、200nm以上800nm以下であることがより好ましい。 The pitch of the protrusions is the horizontal distance between the center points of the protrusions adjacent to each other. For the measurement of the pitch of the protrusions, the surfaces of five periodic uneven structures separated from each other by 100 μm or more are used. An AFM image of 5 μm × 5 μm is acquired for the five measurement areas, and the distance between the center points of the nine points arbitrarily extracted from each AFM image is measured. The pitch of the protrusions in the periodic uneven structure is preferably 160 nm or more and 1220 nm or less, and more preferably 200 nm or more and 800 nm or less.
伝播型表面プラズモンを金属突部11に誘起するためには、金属突部11の表面11Sでのシート抵抗は低いほうが好ましく、3×102Ω/□以上5×104Ω/□以下が好ましく、3×102Ω/□以上5×103Ω/□がより好ましい。金属突部11の表面11Sでのシート抵抗がこの範囲内であれば、金属突部11の間隙が存在しているとしても、金属突部11は完全には分断されていない連続膜であるといえる。金属突部11のシート抵抗がこの範囲内にあることは、金属突部11が、非成膜領域が存在するとしても、完全には分断されていない半連続膜であることを示す。また、金属突部11のシート抵抗がこの範囲内にあることは、非成膜領域が存在するとしても、その幅は、0.1nm以上15nm以下、より限定的には0.1nm以上5nm以下であることを意味する。
In order to induce the propagation type surface plasmon on the
金属突部11が完全に分断されている場合、表面11Sのシート抵抗は5000Ω/□以下とはならない。非成膜領域が存在するとしても、金属突部11が全体としては半連続膜であることで、伝播型表面プラズモンを金属突部11上に生じさせることが可能となり、表面電場の重ね合わせによる非線形光学効果を得やすい。
When the
周期的凹凸構造が備える突部や凹部である周期要素は、金属突部11が備える平均幅よりも十分に大きい幅、および、高さを備える。また、周期要素の間隙が備える幅もまた、金属突部11が備える平均幅よりも十分に大きい。金属突部11は、周期的凹凸構造の表面が構成する凹凸面の形状に追従して配置される。海島構造での表面高さ分布は、周期的凹凸構造の表面高さによる変動が除かれた表面高さの分布である。
The periodic element, which is a protrusion or a recess provided in the periodic uneven structure, has a width and a height sufficiently larger than the average width of the
周期的凹凸構造は、上述した局在型表面プラズモン共鳴に併せて、伝播型表面プラズモン共鳴による電場増強効果を得る。そして、局在型表面プラズモン共鳴による電場増強効果と、伝播型表面プラズモン共鳴による電場増強効果とが相まって、さらに強力な電場増強効果を得ることが可能となる。 The periodic uneven structure obtains the electric field enhancing effect by the propagation type surface plasmon resonance in addition to the above-mentioned localized surface plasmon resonance. Then, the electric field enhancing effect due to the localized surface plasmon resonance and the electric field enhancing effect due to the propagation type surface plasmon resonance are combined to make it possible to obtain a stronger electric field enhancing effect.
・基材本体10は、溝10Gを備えない構成であってもよい。すなわち、基材面10Sは、溝10Gを備えない平面であって、複数の金属突部11は、平面である基材面10S上に位置してもよい。なお、蛍光体2の高さと、基材本体10と金属突部11との界面の高さとが合わせられる観点から、基材本体10が溝10Gを備えることが好ましい。
The
S1…第1島構造
S2…第2島構造
S2T…判断対象
T1…第1最頻表面高さ
T2…第2最頻表面高さ
T3…第3最頻表面高さ
1…プローブ
2…蛍光体
3…ギャップ
10…基材本体
10G…溝
10S…基材面
11…金属突部
11S…表面
11B…底面
12…絶縁層
21…第1突部
22…第2突部
31…カップリング剤
111…第1金属膜
112…第2金属膜
211…第1凝集体
212…第2凝集体。
S1 ... 1st island structure S2 ... 2nd island structure S2T ... Judgment target T1 ... 1st most frequent surface height T2 ... 2nd most frequent surface height T3 ... 3rd most
Claims (7)
前記基材面に位置する複数の凝集体である金属突部と、を備え、
前記複数の金属突部の表面が構成して前記金属突部の間隙を海とした海島構造での表面高さの頻度分布は、ピーク内の最頻表面高さが全ピークの中で最大である第1ピークと、前記最頻表面高さが全ピークの中で前記第1ピークの次に大きい第2ピークと、を備え、
前記第1ピークを構成する第1突部の前記海島構造での平均幅が200nm以下であり、前記第2ピークを構成する第2突部の前記海島構造での平均幅が前記第1突部の平均幅よりも小さく、
1nm以上5nm以下の厚さで前記金属突部の表面を覆う絶縁層であって、プローブを配置可能な1nm以上20nm以下のギャップを前記間隙に区画する前記絶縁層をさらに備える
蛍光体検出用基材。 A base material body having a base material surface made of a dielectric or a semiconductor,
A metal protrusion, which is a plurality of aggregates located on the surface of the base material, is provided.
In the frequency distribution of the surface height in the sea island structure in which the surfaces of the plurality of metal protrusions are composed and the gap between the metal protrusions is the sea, the most frequent surface height in the peak is the largest among all the peaks. It comprises a first peak and a second peak having the most frequent surface height next to the first peak among all peaks.
The average width of the first protrusion constituting the first peak in the sea island structure is 200 nm or less, and the average width of the second protrusion constituting the second peak in the sea island structure is the first protrusion. Less than the average width of
An insulating layer having a thickness of 1 nm or more and 5 nm or less that covers the surface of the metal protrusion, and further comprising the insulating layer that partitions a gap of 1 nm or more and 20 nm or less in which a probe can be placed in the gap. Material.
請求項1に記載の蛍光体検出用基材。 The fluorescent substance detection base material according to claim 1, wherein the base material main body is provided with a groove recessed from the edge of the metal protrusion in the gap of the metal protrusion.
請求項2に記載の蛍光体検出用基材。 The fluorescent substance detection base material according to claim 2, wherein the bottom surface of the groove is covered with a coupling agent that can be bonded to the base material body and the probe.
請求項1から3のいずれか一項に記載の蛍光体検出用基材。 The base material for fluorescent substance detection according to any one of claims 1 to 3, wherein the difference between the most frequent surface height of the first peak and the most frequent surface height of the second peak is 5 nm or more and 60 nm or less.
前記周期的凹凸構造のピッチは、160nm以上1220nm以下であり、
前記海島構造のシート抵抗は、3×102Ω/□以上5×104Ω/□以下である
請求項1から4のいずれか一項に記載の蛍光体検出用基材。 The base material surface has a periodic uneven structure and has a periodic uneven structure.
The pitch of the periodic uneven structure is 160 nm or more and 1220 nm or less.
The fluorescent substance detection base material according to any one of claims 1 to 4, wherein the sheet resistance of the sea-island structure is 3 × 10 2 Ω / □ or more and 5 × 10 4 Ω / □ or less.
請求項1から5のいずれか一項に記載の蛍光体検出用基材。 The base material for fluorescent substance detection according to any one of claims 1 to 5, wherein the probe is provided in a portion of the insulating layer that partitions the gap.
前記基材面に第1金属膜を形成する第1成膜工程と、
前記第1金属膜の加熱による分断と凝集で複数の凝集体を形成する第1加熱工程と、
前記凝集体の表面と前記凝集体の間隙とに第2金属膜を形成する第2成膜工程と、
前記第2金属膜の加熱による分断と凝集で前記金属突部を形成する第2加熱工程と、
前記金属突部の表面に1nm以上5nm以下の厚さを有した絶縁層を形成し、プローブを配置可能な1nm以上20nm以下のギャップを前記金属突部の間隙に前記絶縁層で区画する第3成膜工程と、を含む
蛍光体検出用基材の製造方法。 A surface height in a sea-island structure in which a plurality of metal protrusions are provided on a substrate surface made of a dielectric or a semiconductor, and the surfaces of the plurality of metal protrusions are formed and the gap between the metal protrusions is the sea. The frequency distribution is the first peak in which the most frequent surface height in the peak is the largest among all the peaks, and the second peak in which the most frequent surface height in the peak is the second largest among all the peaks after the first peak. The average width of the first protrusion constituting the first peak in the sea island structure is 200 nm or less, and the average width of the second protrusion constituting the second peak in the sea island structure is 200 nm or less. Is a method for manufacturing a substrate for detecting a phosphor, which is smaller than the average width of the first protrusion.
The first film forming step of forming the first metal film on the substrate surface and
The first heating step of forming a plurality of aggregates by splitting and agglutination by heating the first metal film, and
A second film forming step of forming a second metal film between the surface of the aggregate and the gap between the aggregates,
The second heating step of forming the metal protrusion by the division and aggregation of the second metal film by heating,
A third layer in which an insulating layer having a thickness of 1 nm or more and 5 nm or less is formed on the surface of the metal protrusion, and a gap of 1 nm or more and 20 nm or less in which a probe can be placed is partitioned by the insulating layer in the gap of the metal protrusion. A film forming process and a method for manufacturing a base material for detecting a phosphor.
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