JP6521215B2 - Analyzer and electronic device - Google Patents

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本発明は、分析装置、及び電子機器に関する。   The present invention relates to an analyzer and an electronic device.

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。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表面プラズモンを用いて、抗原抗体反応における抗原の吸着の有無など、物質の吸着の有無を検出するものが知られている。   In recent years, the demand for medical diagnosis, food inspection, etc. is increasing, and development of a small and high-speed sensing technology is required. Various types of sensors have been considered including electrochemical methods, but Surface Plasmon Resonance (SPR) is used because integration is possible, cost is low and measurement environment is not selected. There is growing interest in sensors that For example, it is known to detect the presence or absence of adsorption of a substance, such as the presence or absence of adsorption of an antigen in an antigen-antibody reaction, using surface plasmons generated on a metal thin film provided on the surface of a total reflection prism.

また、表面増強ラマン散乱(SERS:Surface Enhanced Raman Scattering)を用いセンサー部位に付着した物質のラマン散乱を検出し付着物質の同定を行うなどの方法も検討されている。SERSとは、ナノメートルスケールの金属の表面でラマン散乱光が10〜1014倍に増強される現象である。この表面に標的となる物質が吸着した状態で、レーザーなどの励起光を照射すると、物質(分子)の振動エネルギーの分だけ、励起光の波長から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、物質の種類(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位置や形状を分析することで、極めて高感度に物質を同定することが可能となる。このようなセンサーは、光照射により励起される表面プラズモンに基づく光の増強度が大きいことが望ましい。 In addition, methods of detecting the Raman scattering of a substance attached to a sensor site using surface enhanced Raman scattering (SERS) and identifying the attached substance are also studied. SERS is a phenomenon in which Raman scattered light is enhanced by 10 2 to 10 14 times on the surface of metal of nanometer scale. When excitation light such as a laser is irradiated in a state where a target substance is adsorbed on this surface, light with a wavelength slightly deviated from the wavelength of the excitation light (Raman scattered light) by the amount of vibrational energy of the substance (molecules) Is scattered. When this scattered light is subjected to spectral processing, a spectrum (fingerprint spectrum) unique to the type of substance (molecular species) is obtained. By analyzing the position and shape of the fingerprint spectrum, it is possible to identify a substance with extremely high sensitivity. Such a sensor desirably has a high degree of enhancement of light based on surface plasmons excited by light irradiation.

例えば、より高感度なセンシングを目的として、局在型プラズモン(LSP:Localized Surface Plasmon)と伝搬型プラズモン(PSP:Propageted Surface Plasmon)の両モードを同時に共鳴させるハイブリッドモードを実現する構造を備えたセンサー素子の一例として、非特許文献1には、GSPP(Gap type Surface Plasmon Polariton)と称するものが提案されており、LSPおよびPSPの電磁的結合(Electromagnetic Coupling)の基礎的事項が述べられている。   For example, a sensor having a structure that realizes a hybrid mode in which both modes of localized plasmon (LSP: localized surface plasma) and propagating plasmon (PSP: propaged surface plasma) resonate simultaneously for the purpose of higher sensitivity sensing As an example of the element, Non-Patent Document 1 proposes a so-called GSPP (Gap type Surface Plasmon Polariton), which describes the basic matter of electromagnetic coupling of LSP and PSP.

さらに、より高感度なセンシングを目的として、金属金属微細構造の形状に異方性を持たせ、金属金属微細構造に励起される局在型表面プラズモン(LSP:Localized Surface Plasmon)の増強電場を強めることが試みられている。例えば、非特許文献1では、金のナノロッドと称する異方性を有する金属粒子について報告があり、当該粒子のアスペクト比(長軸径/短軸径)が大きくなると、吸収スペクトルが増大し、共鳴波長が長波長側にシフトすることが示されている。   Furthermore, for the purpose of higher sensitivity sensing, the shape of the metal-metal microstructure is made anisotropic to strengthen the enhanced electric field of the localized surface plasmon (LSP) excited to the metal-metal microstructure. That is being tried. For example, Non-Patent Document 1 reports a metal particle having anisotropy called gold nanorods, and when the aspect ratio (long axis diameter / short axis diameter) of the particle becomes large, the absorption spectrum increases and resonance It is shown that the wavelength shifts to the long wavelength side.

OPTICS LETTERS Vol. 34, No. 3 2009, pp244-246OPTICS LETTERS Vol. 34, No. 3 2009, pp244-246 J. Phys. Chem. B 1999, 103, pp3073-3077J. Phys. Chem. B 1999, 103, pp3073-3077

高い電場増強度を達成するために、上記非特許文献2に開示された方法を適用すると、金属粒子のアスペクト比を大きくするか、金属粒子を先鋭化することになるが、同文献に
記載のとおり、共鳴波長の長波長化(波長シフト)が起きるため、実用的な波長の範囲におけるセンサーの感度が低下してしまうことがある。したがって、目的の波長において高い増強度を達成するには、単に金属粒子の形状を変化させるだけでは足りず、より精密な寸法設計を行うことが要求される。
If the method disclosed in the above-mentioned Non-Patent Document 2 is applied to achieve a high degree of electric field enhancement, the aspect ratio of the metal particles will be increased or the metal particles will be sharpened. As a result, since the resonance wavelength is increased (wavelength shift), the sensitivity of the sensor in the practical wavelength range may be reduced. Therefore, in order to achieve a high degree of enhancement at the target wavelength, it is not sufficient to merely change the shape of the metal particles, and it is required to perform more precise dimensional design.

本発明の幾つかの態様に係る目的の1つは、増強度スペクトルにおいて、高い増強度が得られ、標的物質を高感度に検出・分析することのできる分析装置及び電子機器を提供することにある。   One of the objects according to some aspects of the present invention is to provide an analysis device and an electronic device capable of obtaining a high degree of enhancement in an enhancement degree spectrum and detecting and analyzing a target substance with high sensitivity. is there.

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、以下の態様又は適用例として実現することができる。   The present invention has been made to solve at least a part of the problems described above, and can be realized as the following aspects or application examples.

本発明に係る分析装置の一態様は、
金属層と、前記金属層上に設けられ励起光を透過する透光層と、前記透光層上に設けられ、第1方向に第1ピッチで配列され、前記第1方向に交差する第2方向に第2ピッチで配列された複数の金属微細構造と、を含む電場増強素子と、
前記第1方向に偏光した直線偏光光を前記励起光として前記電場増強素子に照射する光源と、
前記電場増強素子から放射される光を検出する検出器と、
を備え、
前記電場増強素子の前記金属微細構造の配置は、下記式(1)の関係を満たし、
P1<P2≦Q+P1 ・・・(1)
[ここで、P1は前記第1ピッチ、P2は前記第2ピッチ、Qは、前記金属微細構造の列に励起される局在型プラズモンの角振動数をω、前記金属層を構成する金属の誘電率をε(ω)、前記金属微細構造の周辺の誘電率をε、真空中の光速をc、前記励起光の照射角であって前記金属層の厚さ方向からの傾斜角をθ、として、下記式(2)を満たす回析格子のピッチを表す。
(ω/c)・{ε・ε(ω)/(ε+ε(ω))}1/2=ε1/2・(ω/c)・sinθ+2aπ/Q (a=±1,±2,,) ・・・(2)]
前記金属微細構造の前記第1方向及び前記第2方向の寸法をそれぞれ、d1及びd2としたとき、d1>d2の関係を満たす。
One aspect of the analyzer according to the present invention is
A metal layer, a light transmitting layer provided on the metal layer and transmitting excitation light, and a second light emitting layer provided on the light transmitting layer, arranged at a first pitch in a first direction, and crossing the first direction An electric field enhancing element comprising a plurality of metal microstructures arranged at a second pitch in a direction;
A light source for irradiating the electric field intensifying element with the linearly polarized light polarized in the first direction as the excitation light;
A detector for detecting light emitted from the electric field enhancing element;
Equipped with
The arrangement of the metal microstructures of the electric field enhancing element satisfies the relationship of the following formula (1),
P1 <P2 ≦ Q + P1 (1)
[Here, P1 is the first pitch, P2 is the second pitch, and Q is the angular frequency of the localized plasmon excited in the row of the metal fine structure ω, and the metal constituting the metal layer The dielectric constant is ε (ω), the dielectric constant around the metal microstructure is ε, the speed of light in vacuum is c, the irradiation angle of the excitation light is θ, and the inclination angle from the thickness direction of the metal layer is θ, Represents the pitch of the diffraction grating that satisfies the following formula (2).
(.Omega. / C). {. Epsilon..epsilon. (. Omega.) / (. Epsilon. +. Epsilon. (. Omega.)) 1/2 = .epsilon.1 / 2 (.omega. / C) .sin .theta. + 2a.pi. / Q (a =. ± .1 ,. ± .2 ,,) ... (2)]
When the dimensions of the first direction and the second direction of the metal microstructure are d1 and d2, respectively, the relationship of d1> d2 is satisfied.

このような分析装置は、増強度スペクトルにおいて、非常に高い増強度が得られ、標的物質を高感度に検出・分析することができる。   Such an analyzer can obtain a very high degree of enhancement in the enhancement spectrum and can detect and analyze the target substance with high sensitivity.

本発明に係る分析装置において、前記励起光は、620nm〜650nmの波長の光を含み、前記金属微細構造の前記第1方向及び前記第2方向に交差する第3方向の寸法をd3としたとき、1.1<(d1/d3)の関係を満たしてもよい。このようにすれば、さらに高い電場増強度を得ることができる。   In the analyzer according to the present invention, the excitation light includes light having a wavelength of 620 nm to 650 nm, and the dimension of the metal fine structure in a third direction intersecting the first direction and the second direction is d3. And the relationship of 1.1 <(d1 / d3) may be satisfied. In this way, a higher degree of electric field enhancement can be obtained.

本発明に係る分析装置において、前記透光層の屈折率は、1.4以上1.7以下であってもよい。このようにすれば、さらに高い電場増強度を得ることができる。   In the analyzer according to the present invention, the refractive index of the light transmitting layer may be 1.4 or more and 1.7 or less. In this way, a higher degree of electric field enhancement can be obtained.

本発明の分析装置において、d1>d3>d2の関係を満たすようにしてもよい。このようにすれば、さらに高い電場増強度を得ることができる。   In the analyzer of the present invention, the relationship of d1> d3> d2 may be satisfied. In this way, a higher degree of electric field enhancement can be obtained.

本発明の分析装置において、d3は、30nm以上50nm以下であってもよい。このようにすれば、さらに高い電場増強度を得ることができる。   In the analyzer of the present invention, d3 may be 30 nm or more and 50 nm or less. In this way, a higher degree of electric field enhancement can be obtained.

本発明の分析装置において、前記透光層の材質は、酸化シリコン又は酸化アルミニウムであってもよい。このようにすれば、さらに高い電場増強度を得ることができる。   In the analyzer of the present invention, the material of the light transmitting layer may be silicon oxide or aluminum oxide. In this way, a higher degree of electric field enhancement can be obtained.

本発明に係る電子機器の一態様は、上述の分析装置と、前記検出器からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部と、前記健康医療情報を記憶する記憶部と、前記健康医療情報を表示する表示部と、を備える。   One aspect of an electronic device according to the present invention is an analysis device described above, a calculation unit that calculates health care information based on detection information from the detector, a storage unit that stores the health care information, and the health And a display unit for displaying medical information.

このような電子機器によれば、増強度が極めて大きく、標的物質を高感度に検出・分析することができ、高感度・高精度な健康医療情報を提供することができる。   According to such an electronic device, the degree of enhancement is extremely large, the target substance can be detected and analyzed with high sensitivity, and highly sensitive and highly accurate health care information can be provided.

実施形態の電場増強素子を模式的に示す斜視図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The perspective view which shows the electric field enhancing element of embodiment typically. 実施形態の電場増強素子を金属層の厚さ方向から平面的に見た模式図。The schematic diagram which planarly viewed the electric field enhancement element of embodiment from the thickness direction of the metal layer. 実施形態の電場増強素子の第1方向に垂直な断面の模式図。The schematic diagram of the cross section perpendicular | vertical to the 1st direction of the electric field enhancement element of embodiment. 実施形態の電場増強素子の第2方向に垂直な断面の模式図。The schematic diagram of a cross section perpendicular | vertical to the 2nd direction of the electric field enhancement element of embodiment. 実施形態の電場増強素子を金属層の厚さ方向から平面的に見た模式図。The schematic diagram which planarly viewed the electric field enhancement element of embodiment from the thickness direction of the metal layer. 金属微細構造の形状を説明する模式図。The schematic diagram explaining the shape of metal fine structure. 励起光及並びに金の分散曲線を示す分散関係のグラフ。Graph of dispersion relation showing dispersion curves of excitation light and gold. Agの誘電率と波長の関係を示すグラフ。A graph showing the relationship between the dielectric constant of Ag and the wavelength. 金属の分散曲線、局在型プラズモン及び励起光の分散関係を示すグラフ。6 is a graph showing the dispersion relationship of metal dispersion curves, localized plasmons and excitation light. 実施形態に係る分析装置の模式図。The schematic diagram of the analyzer which concerns on embodiment. 実施形態に係る電子機器の模式図。The schematic diagram of the electronic device which concerns on embodiment. 実験例で使用した計算モデル。Calculation model used in the experimental example. 実験例に係る電場増強度と金属微細構造の形状との関係を示すプロット。The plot which shows the relationship between the electric field enhancement degree based on an experiment example, and the shape of metal microstructure. 実験例に係る金属微細構造の形状を示すプロット。The plot which shows the shape of the metal fine structure which concerns on an experiment example. 実験例に係る電場増強度と金属微細構造の形状との関係を示すプロット。The plot which shows the relationship between the electric field enhancement degree based on an experiment example, and the shape of metal microstructure. 実験例に係る金属微細構造の形状を示すプロット。The plot which shows the shape of the metal fine structure which concerns on an experiment example. 実験例に係る電場増強度と金属微細構造の形状との関係を示すプロット。The plot which shows the relationship between the electric field enhancement degree based on an experiment example, and the shape of metal microstructure. 実験例に係る電場増強度と金属微細構造の形状との関係を示すプロット。The plot which shows the relationship between the electric field enhancement degree based on an experiment example, and the shape of metal microstructure. 実験例に係る電場増強度と金属微細構造の形状との関係を示すプロット。The plot which shows the relationship between the electric field enhancement degree based on an experiment example, and the shape of metal microstructure. 実験例に係る電場増強度と金属微細構造の形状との関係を示すプロット。The plot which shows the relationship between the electric field enhancement degree based on an experiment example, and the shape of metal microstructure. 実験例に係る金属微細構造の形状を示すプロット。The plot which shows the shape of the metal fine structure which concerns on an experiment example.

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。   Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described. The embodiment described below is an example of the present invention. The present invention is not limited to the following embodiments at all, and includes various modifications implemented without departing from the scope of the present invention. Note that not all of the configurations described below are necessarily essential configurations of the present invention.

1.電場増強素子
図1は、実施形態の一例に係る電場増強素子100の斜視図である。図2は、実施形態の一例に係る電場増強素子100を平面的に見た(透光層の厚さ方向から見た)模式図である。図3及び図4は、実施形態の一例に係る電場増強素子100の断面の模式図である。本実施形態の電場増強素子100は、金属層10と透光層20と金属微細構造40とを含む。
1. Electric field enhancing element FIG. 1 is a perspective view of an electric field enhancing element 100 according to an example of the embodiment. FIG. 2 is a schematic view of an electric field enhancing element 100 according to an example of the embodiment as viewed in plan (as viewed in the thickness direction of the light transmitting layer). FIG.3 and FIG.4 is a schematic diagram of the cross section of the electric field enhancement element 100 based on an example of embodiment. The electric field enhancing element 100 of the present embodiment includes the metal layer 10, the light transmitting layer 20, and the metal fine structure 40.

1.1.金属層
金属層10は、金属の表面を提供するものであれば、特に限定されず、例えば、厚板状であってもよいし、フィルム、層又は膜の形状を有してもよい。金属層10は、例えば基板1の上に設けられてもよい。この場合の基板1としては、特に限定されないが、金属層
10に励起される伝搬型表面プラズモンに影響を与えにくいものが好ましい。基板1としては、例えば、ガラス基板、シリコン基板、樹脂基板などが挙げられる。基板1の金属層10が設けられる面の形状も特に限定されない。金属層10の表面に規則構造を形成する場合にはその規則構造に対応する表面を有してもよいし、金属層10の表面を平面とする場合には平面としてもよい。図1〜図4の例では、基板1の表面(平面)の上に金属層10が設けられている。
1.1. Metal Layer The metal layer 10 is not particularly limited as long as it provides a metal surface, and may be, for example, a thick plate, or may have a film, layer or film shape. The metal layer 10 may be provided, for example, on the substrate 1. The substrate 1 in this case is not particularly limited, but a substrate that hardly affects the propagation surface plasmon excited in the metal layer 10 is preferable. Examples of the substrate 1 include a glass substrate, a silicon substrate, and a resin substrate. The shape of the surface on which the metal layer 10 of the substrate 1 is provided is not particularly limited. When forming a regular structure on the surface of the metal layer 10, the surface corresponding to the regular structure may be provided, or when the surface of the metal layer 10 is flat, it may be flat. In the example of FIGS. 1 to 4, the metal layer 10 is provided on the surface (plane) of the substrate 1.

ここで、平面との表現を用いているが、係る表現は、表面が、わずかの凹凸もなく平坦(スムース)な数学的に厳密な平面を指すものではない。例えば、表面には、構成する原子に起因する凹凸や、構成する物質の二次的な構造(結晶、粒塊、粒界等)に起因する凹凸などが存在する場合が有り、微視的にみれば厳密な平面ではない場合がある。しかし、そのような場合でも、より巨視的な視点でみれば、これらの凹凸は目立たなくなり、表面を平面と称しても差し支えない程度に観測される。したがって、本明細書では、このようなより巨視的な視点でみた場合に平面と認識できれば、これを平面と称することとする。   Here, although the expression plane is used, such expression does not indicate that the surface is a smooth (smooth) mathematically exact plane without slight unevenness. For example, there may be unevenness on the surface due to atoms making up or unevenness due to secondary structures (crystals, grain agglomerates, grain boundaries, etc.) of the material to be formed, microscopically It may not be a strict plane if it sees. However, even in such a case, when viewed from a more macroscopic viewpoint, these asperities become inconspicuous, and the surface can be observed to such an extent that it can be referred to as a plane. Therefore, in the present specification, if it can be recognized as a plane when viewed from such a macroscopic viewpoint, this is referred to as a plane.

また、本実施形態では、金属層10の厚さ方向は、後述の透光層20の厚さ方向と一致している。本明細書では、金属層10の厚さ方向又は透光層20の厚さ方向を、金属微細構造40について述べる場合などにおいて、厚み方向、高さ方向、第3方向等と称する場合がある。また、例えば、金属層10が基板1の表面に設けられる場合には、基板1の表面の法線方向を厚さ方向、厚み方向、高さ方向又は第3方向と称する場合がある。   Further, in the present embodiment, the thickness direction of the metal layer 10 coincides with the thickness direction of the light transmitting layer 20 described later. In the present specification, the thickness direction of the metal layer 10 or the thickness direction of the light transmitting layer 20 may be referred to as a thickness direction, a height direction, a third direction, or the like when the metal microstructure 40 is described. Also, for example, when the metal layer 10 is provided on the surface of the substrate 1, the normal direction of the surface of the substrate 1 may be referred to as a thickness direction, a thickness direction, a height direction, or a third direction.

さらに、基板1からみて、金属層10側の方向を上、又は上方と表現し、その逆方向を下、又は下方と表現する場合がある。係る上方、下方との表現は、重力の作用する方向とは無関係に用いられ、素子を見る場合の視点や視線の方向を適宜に定めて表現するものとする。また、本明細書において、例えば、「部材Aの上に部材Bが設けられる」との表現は、部材Aの上に接して部材Bが設けられる場合と、部材Aの上に他の部材又は空間を介して部材Bが配置される場合と、を含む意味である。   Furthermore, viewed from the substrate 1, the direction on the metal layer 10 side may be expressed as upper or upper, and the opposite direction may be expressed as lower or lower. The expression of the upper side and the lower side is used regardless of the direction in which the gravity acts, and the direction of the viewpoint and the line of sight when viewing the element is appropriately defined and expressed. Furthermore, in the present specification, for example, the expression “the member B is provided on the member A” refers to the case where the member B is provided in contact with the member A, the other member or the member A on the member A It is a meaning including the case where the member B is arrange | positioned through space.

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が基板1の上に設けられる場合には、基板1の表面の全面に設けられてもよいし基板1の表面の一部に設けられてもよい。金属層10の厚みは、金属層10の表面又は金属層10と透光層20との界面付近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 by, for example, a method such as vapor deposition, sputtering, casting, or machining. When the metal layer 10 is provided on the substrate 1, it may be provided on the entire surface of the substrate 1 or on a part of the surface of the substrate 1. The thickness of the metal layer 10 is not particularly limited as long as propagation surface plasmons can be excited near the surface of the metal layer 10 or the interface between the metal layer 10 and the light transmitting layer 20, and for example, 10 nm or more and 1 mm or less, preferably 20 nm The thickness can be 100 μm or less, more preferably 30 nm or more and 1 μm or less.

金属層10は、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する金属、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。このような誘電率を有しうる金属の例としては、金、銀、アルミニウム、銅、白金、及びそれらの合金等を挙げることができる。励起光として可視光領域の光を用いる場合には、金属層10は、これらの金属のうち、金、銀又は銅からなる層を含むことが好ましい。また、金属層10の表面(厚さ方向の端面)は、特定の結晶面であってもなくてもよい。また、金属層10は、複数層の金属の層で形成されてもよい。   The metal layer 10 is a metal in which an electric field such that the electric field provided by the excitation light and the polarization induced by the electric field oscillate in opposite phase oscillates, that is, when a specific electric field is given, It is composed of a metal having a negative part of the real part (having a negative dielectric constant) and a dielectric constant of which the imaginary part dielectric constant is smaller than the absolute value of the dielectric constant of the real part. Gold, silver, aluminum, copper, platinum, their alloys etc. can be mentioned as an example of the metal which may have such a dielectric constant. When light in the visible light range is used as excitation light, the metal layer 10 preferably includes a layer made of gold, silver or copper among these metals. Moreover, the surface (end face in the thickness direction) of the metal layer 10 may or may not be a specific crystal plane. The metal layer 10 may be formed of a plurality of metal layers.

金属層10は、本実施形態の電場増強素子100において伝搬型表面プラズモンを発生させる機能を有している。金属層10に後述する条件で光を入射することにより、金属層10の表面(厚さ方向の上端面)近傍に伝搬型表面プラズモンが発生する。また、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。金属層10に発生した伝搬型表面プラズモンは、後述の金属微細構造40に発生する局在型表面プラズモンと、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、金属層10は、透光層20側に向って光(例えば励起光の屈折光)を反射させるミラーの機能を有する。
The metal layer 10 has a function of generating propagating surface plasmons in the electric field enhancing element 100 of the present embodiment. When light is incident on the metal layer 10 under the conditions to be described later, propagation type surface plasmons are generated in the vicinity of the surface (upper end surface in the thickness direction) of the metal layer 10. Moreover, in the present specification, the surface plasmons and polaritons (SPP: Surface Plasmon Plariton) are generated as a combination of vibration of charges near the surface of the metal layer 10 and vibration of coupling of electromagnetic waves.
It is called. The propagating surface plasmons generated in the metal layer 10 can interact (hybridize) with localized surface plasmons generated in the metal fine structure 40 described below under certain conditions. Furthermore, the metal layer 10 has a function of a mirror that reflects light (for example, refracted light of excitation light) toward the light transmitting layer 20 side.

1.2.透光層
本実施形態の電場増強素子100は、金属層10と金属微細構造40とを隔てるための透光層20を有する。図1、3、4には、透光層20が描かれている。透光層20は、フィルム、層又は膜の形状を有することができる。透光層20は、金属層10の上に設けられる。これにより、金属層10と金属微細構造40とを空間的、電気的に隔てることができる。また、透光層20は、励起光を透過することができる。
1.2. Light Transmission Layer The electric field enhancing element 100 of the present embodiment has a light transmission layer 20 for separating the metal layer 10 and the metal fine structure 40. A translucent layer 20 is drawn in FIGS. The light transmissive layer 20 can have the shape of a film, a layer or a film. The light transmitting layer 20 is provided on the metal layer 10. Thereby, the metal layer 10 and the metal microstructure 40 can be separated spatially and electrically. In addition, the light transmitting layer 20 can transmit excitation light.

透光層20は、例えば、蒸着、スパッタ、CVD、各種コーティング等の手法により形成することができる。また平面的に見た場合、透光層20は、金属層10の表面の全面に設けられてもよいし金属層10の表面の一部に設けられてもよい。   The light transmitting layer 20 can be formed by, for example, methods such as vapor deposition, sputtering, CVD, and various coatings. When viewed in a plan view, the light transmitting layer 20 may be provided on the entire surface of the metal layer 10 or may be provided on a part of the surface of the metal layer 10.

透光層20は、正の誘電率を有すればよく、例えば、酸化シリコン(SiO例えばSiO)、酸化アルミニウム(Al例えばAl)、酸化タンタル(Ta)、窒化シリコン(Si)、酸化チタン(TiO例えばTiO)、PMMA(Polymethylmethacrylate)等の高分子、ITO(Indium
Tin Oxide)などで形成することができる。また、透光層20は、誘電体からなることができる。さらに、透光層20は材質の互いに異なる複数の層から構成されてもよい。
The light transmitting layer 20 may have a positive dielectric constant, for example, silicon oxide (SiO x such as SiO 2 ), aluminum oxide (Al x O y such as Al 2 O 3 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) , Polymers such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), titanium oxide (TiO x such as TiO 2 ), PMMA (Polymethyl methacrylate), ITO (Indium)
It can be formed by, for example, Tin Oxide. Also, the light transmitting layer 20 can be made of a dielectric. Furthermore, the light transmitting layer 20 may be composed of a plurality of layers of different materials.

透光層20の材質は、酸化シリコン(屈折率:1.46程度)又は酸化アルミニウム(屈折率:1.6〜1.7程度)とすることで、より高い電場増強度を得ることができる場合がある。   By setting the material of the light transmitting layer 20 to silicon oxide (refractive index: about 1.46) or aluminum oxide (refractive index: about 1.6 to 1.7), a higher degree of electric field enhancement can be obtained. There is a case.

透光層20の実効屈折率neffは、透光層20が単一の層からなる場合には、当該単一の層を構成する材料の屈折率の値と等しい。一方、透光層20の実効屈折率neffは、透光層20が複数の層からなる場合には、透光層20を構成する各層の厚さ及び各層の屈折率の積を、透光層20の全体の厚さGで除した値(平均値)に等しい。透光層20の実効屈折率neffは、特に限定されないが、例えば、1.3以上2.0以下、好ましくは1.35以上1.8以下、さらに好ましくは1.4以上1.7以下とすることができる。透光層20の実効屈折率neffがこの範囲であると、より高い電場増強度を得ることができる場合がある。 When the light transmitting layer 20 is formed of a single layer, the effective refractive index n eff of the light transmitting layer 20 is equal to the value of the refractive index of the material of the single layer. On the other hand, when the light transmitting layer 20 is composed of a plurality of layers, the effective refractive index n eff of the light transmitting layer 20 transmits light of the product of the thickness of each layer constituting the light transmitting layer 20 and the refractive index of each layer. It is equal to the average thickness of the layer 20 divided by the total thickness G. The effective refractive index n eff of the light transmitting layer 20 is not particularly limited, but is, for example, 1.3 or more and 2.0 or less, preferably 1.35 or more and 1.8 or less, and more preferably 1.4 or more and 1.7 or less It can be done. If the effective refractive index n eff of the light transmitting layer 20 is in this range, it may be possible to obtain a higher degree of electric field enhancement.

1.3.金属微細構造層
図1〜図5に示すように、金属微細構造層30は、金属微細構造40が、第1方向にピッチP1で複数並んだ金属微細構造列41を有し、かつ、金属微細構造列41が、第1方向と交差する第2方向に、ピッチP1よりも大きいピッチP2で複数並んだ構造を有する。図3、4に示すように、金属微細構造層30は、金属微細構造40を含む層であるが、金属微細構造40以外の部分には、誘電体、金属等の他の物質が配置されてもよく、好ましくは気体(空間)が配置される。本明細書では、金属微細構造層30は、透光層20の上面から、金属微細構造40の透光層20から離れた側の先端に接する面との間の領域を指す。例えば、金属微細構造層30の上面は、金属微細構造層30に金属微細構造40と気体が含まれている場合には、仮想的な面であり、金属微細構造層30には、金属微細構造40の側方に配置された気体も含まれるものとする。
1.3. Metal Microstructure Layer As shown in FIGS. 1 to 5, the metal microstructure layer 30 has metal microstructure columns 41 in which a plurality of metal microstructures 40 are arranged at a pitch P1 in the first direction, and A plurality of structural rows 41 are arranged at a pitch P2 larger than the pitch P1 in a second direction intersecting the first direction. As shown in FIGS. 3 and 4, the metal microstructure layer 30 is a layer including the metal microstructure 40, but other substances such as dielectrics and metals are disposed in portions other than the metal microstructure 40. Preferably, a gas (space) is disposed. In the present specification, the metal microstructure layer 30 refers to a region between the upper surface of the light transmitting layer 20 and the surface in contact with the tip of the metal microstructure 40 on the side away from the light transmitting layer 20. For example, the upper surface of the metal microstructure layer 30 is a virtual surface when the metal microstructure layer 30 contains the metal microstructure 40 and a gas, and the metal microstructure layer 30 has a metal microstructure. It shall also include the gas located laterally of 40.

(金属微細構造)
金属微細構造40は、透光層20の存在により、金属層10から厚さ方向に離間して設けられる。金属微細構造40は、金属層10の上に透光層20を介して配置される。本実施形態の図1〜図5の例では、金属層10の上に透光層20が設けられ、その上に金属微細構造40が形成されることにより、金属層10と金属微細構造40とが厚さ方向で離間して配置され、金属微細構造層30が形成されている。
(Metal fine structure)
The metal microstructures 40 are provided apart from the metal layer 10 in the thickness direction due to the presence of the light transmitting layer 20. The metal microstructure 40 is disposed on the metal layer 10 with the light transmitting layer 20 interposed therebetween. In the examples of FIGS. 1 to 5 of the present embodiment, the light transmitting layer 20 is provided on the metal layer 10, and the metal fine structure 40 is formed on the light transmitting layer 20. Are spaced apart in the thickness direction, and the metal microstructure layer 30 is formed.

金属微細構造40の形状は、特に限定されない。例えば、金属微細構造40の形状は、金属層10又は透光層20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。図1〜図5の例では金属微細構造40は、いずれも透光層20の厚さ方向に中心軸を有する楕円柱状の形状で描かれているが、金属微細構造40の形状はこれに限定されない。   The shape of the metal microstructure 40 is not particularly limited. For example, when projected in the thickness direction of the metal layer 10 or the light transmitting layer 20, the shape of the metal microstructure 40 is circular, elliptical, polygonal, irregular or those (in plan view from the thickness direction) The shape may be a combination, and when projected in a direction orthogonal to the thickness direction, it may be a circle, an ellipse, a polygon, an irregular shape, or a shape combining them. In the examples of FIGS. 1 to 5, the metal microstructures 40 are all drawn in an elliptical columnar shape having a central axis in the thickness direction of the light transmission layer 20, but the shape of the metal microstructures 40 is limited thereto. I will not.

図6は、金属微細構造40の形状及び寸法を説明する模式図である。本明細書では、図6(a)〜(c)に示すように、金属微細構造40の第1方向(X方向)及び第2方向(Y方向)の寸法をそれぞれ、d1及びd2と定義する。また、金属微細構造40の第3方向(Z方向)の寸法をd3と定義する。   FIG. 6 is a schematic view for explaining the shape and dimensions of the metal microstructure 40. As shown in FIG. In this specification, as shown in FIGS. 6A to 6C, the dimensions of the metal microstructure 40 in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) are defined as d1 and d2, respectively. . The dimension of the metal microstructure 40 in the third direction (Z direction) is defined as d3.

金属微細構造40の第3方向(高さ方向)の寸法d3は、高さ方向に垂直な平面によって金属微細構造40を切ることができる区間の長さを指し、1nm以上300nm以下である。また、金属微細構造40の高さ方向に直交する第1方向の寸法d2は、第1方向に垂直な平面によって金属微細構造40を切ることができる区間の長さを指し、5nm以上300nm以下である。また、金属微細構造40の高さ方向に直交する第2方向の寸法d2は、第2方向に垂直な平面によって金属微細構造40を切ることができる区間の長さを指し、5nm以上300nm以下である。なお、図6(d)に示すように、例えば、金属微細構造40の形状が高さ方向を中心軸とする楕円柱である場合には、楕円柱を平面的に見た場合の楕円の長軸が第1方向に対して傾いている場合等であっても、寸法d1、d2及びd3は、上記のように定義される。   The dimension d3 in the third direction (height direction) of the metal microstructure 40 refers to the length of a section in which the metal microstructure 40 can be cut by a plane perpendicular to the height direction, and is 1 nm or more and 300 nm or less. Further, the dimension d2 in the first direction orthogonal to the height direction of the metal microstructure 40 refers to the length of a section in which the metal microstructure 40 can be cut by a plane perpendicular to the first direction, and is 5 nm or more and 300 nm or less is there. The dimension d2 in the second direction orthogonal to the height direction of the metal microstructure 40 refers to the length of a section in which the metal microstructure 40 can be cut by a plane perpendicular to the second direction, and is 5 nm or more and 300 nm or less is there. As shown in FIG. 6D, for example, when the shape of the metal fine structure 40 is an elliptic cylinder whose central axis is in the height direction, the length of the oval when the elliptic cylinder is viewed in plan Even if the axis is inclined with respect to the first direction, the dimensions d1, d2 and d3 are defined as described above.

例えば、金属微細構造40の形状が高さ方向を中心軸とする楕円柱である場合には、金属微細構造40の高さ方向の大きさ(楕円柱の高さ)は、10nm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。また楕円柱を平面的に見た場合の楕円の長軸が第1方向に平行である場合には、金属微細構造40の第1方向の寸法d1は、楕円の長軸の長さに等しく、例えば、10nm以上300nm以下、好ましくは20nm以上200nm以下、より好ましくは30nm以上150nm以下である。さらに、楕円柱を平面的に見た場合の楕円の長軸が第1方向に平行である場合(すなわち、楕円柱を平面的に見た場合の楕円の短軸が第2方向に平行である場合)には、金属微細構造40の第2方向の寸法d2は、楕円の短軸の長さに等しく、例えば、1nm以上300nm以下、好ましくは20nm以上200nm以下、より好ましくは30nm以上150nm以下である。   For example, when the shape of the metal fine structure 40 is an elliptic cylinder whose central axis is in the height direction, the size in the height direction of the metal fine structure 40 (the height of the elliptic cylinder) is 10 nm to 300 nm, Preferably they are 20 nm or more and 100 nm or less, more preferably 30 nm or more and 50 nm or less. When the major axis of the ellipse in plan view of the elliptic cylinder is parallel to the first direction, the dimension d1 of the metal microstructure 40 in the first direction is equal to the length of the major axis of the ellipse, For example, it is 10 nm or more and 300 nm or less, preferably 20 nm or more and 200 nm or less, and more preferably 30 nm or more and 150 nm or less. Furthermore, when the major axis of the ellipse in plan view of the elliptic cylinder is parallel to the first direction (ie, the minor axis of the ellipse in plan view of the elliptic cylinder is parallel to the second direction) In the case where the dimension d2 of the metal microstructure 40 in the second direction is equal to the length of the minor axis of the ellipse, for example, 1 nm to 300 nm, preferably 20 nm to 200 nm, more preferably 30 nm to 150 nm is there.

そして、本実施形態の電場増強素子100では、d1>d2(すなわち、d1/d2>1)の関係を満たすように、d1及びd2が選ばれる。すなわち、本実施形態の電場増強素子100では、金属微細構造40が、金属微細構造列41の延びる方向(ピッチの狭い方向)に長手を有するような異方的な形状を有する。また、d1/d2の値は、1.5以上5.5以下であればより高い電場増強度が得られ、さらに好ましくは、d1/d2が2.5以上5以下である。   Then, in the electric field enhancing element 100 of the present embodiment, d1 and d2 are selected so as to satisfy the relationship of d1> d2 (that is, d1 / d2> 1). That is, in the electric field enhancing element 100 of the present embodiment, the metal microstructures 40 have an anisotropic shape having a longitudinal direction in the direction in which the metal microstructure rows 41 extend (the direction in which the pitch is narrow). In addition, when the value of d1 / d2 is 1.5 or more and 5.5 or less, a higher degree of electric field enhancement can be obtained, and more preferably, d1 / d2 is 2.5 or more and 5 or less.

また、本実施形態の電場増強素子100において、1.1<(d1/d3)の関係とな
るようにすれば、増強電場の強度をさらに高めることができる。さらに、d1>d3>d2の関係を満たすようにすると、増強電場の強度をさらに高めることができる。また、これらの関係を満たすようにする場合、波長600nm〜700nmの光を含む励起光、好ましくは、610nm〜680nmの光を含む励起光、より好ましくは波長620nm〜500nmの光を含む励起光、さらに好ましくは、波長633nmの光を含む励起光、特に好ましくは、波長632.8nmの光を含む励起光を用いると、増強電場の強度をさらに高めることができる点で好ましい。
Further, in the electric field enhancing element 100 of the present embodiment, if the relationship of 1.1 <(d1 / d3) is satisfied, the strength of the enhancing electric field can be further enhanced. Further, by satisfying the relationship d1>d3> d2, the strength of the enhanced electric field can be further enhanced. When satisfying these relationships, excitation light including light of wavelength 600 nm to 700 nm, preferably excitation light including light of 610 nm to 680 nm, more preferably excitation light including light of wavelength 620 nm to 500 nm, It is more preferable to use excitation light including light having a wavelength of 633 nm, particularly preferably using light having a wavelength of 632.8 nm, since the intensity of the enhanced electric field can be further increased.

金属微細構造40の材質は、励起光の照射によって、局在型プラズモンを生じうる限り任意である。可視光付近の光によって局在型プラズモンを生じうる材質としては、金、銀、アルミニウム、銅、白金、及びそれらの合金等を挙げることができる。これらの中でも、金属微細構造40の材質としては、Au又はAgであることがより好ましい。このようにすれば、より強いLSP共鳴が得られ、素子全体の増強度を強めることができる。   The material of the metal fine structure 40 is arbitrary as long as localized plasmons can be generated by irradiation of excitation light. Examples of the material that can generate localized plasmons by light near visible light include gold, silver, aluminum, copper, platinum, alloys thereof, and the like. Among these, as a material of the metal microstructure 40, Au or Ag is more preferable. In this way, stronger LSP resonance can be obtained, and the degree of enhancement of the entire device can be enhanced.

金属微細構造40は、例えば、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、マイクロコンタクトプリント法、ナノインプリント法などによって形成することができる。また、金属微細構造40は、コロイド化学的手法によって形成することができ、これを適宜の手法によって金属層10から離間した位置に配置してもよい。   The metal microstructure 40 can be formed by, for example, a method of forming a thin film by sputtering, vapor deposition or the like and then performing patterning, a micro contact printing method, a nanoimprinting method or the like. Also, the metal microstructure 40 can be formed by a colloid chemical method, and may be disposed at a position separated from the metal layer 10 by an appropriate method.

金属微細構造40は、本実施形態の電場増強素子100において局在型プラズモンを発生させる機能を有している。金属微細構造40に、後述する条件で励起光を照射することにより、金属微細構造40の周辺に局在型プラズモンを発生させることができる。金属微細構造40に発生した局在型プラズモンは、上述の金属層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。   The metal microstructure 40 has a function of generating localized plasmons in the electric field enhancing element 100 of the present embodiment. By irradiating the metal fine structure 40 with excitation light under the conditions to be described later, localized plasmons can be generated around the metal fine structure 40. The localized plasmons generated in the metal fine structure 40 can interact (hybridize) with the propagating plasmons generated in the metal layer 10 described above under certain conditions.

(金属微細構造の配置)
図1〜図5に示すように、金属微細構造40は、複数が並んで金属微細構造列41を構成している。金属微細構造40は、金属微細構造列41において、金属層10の厚さ方向(第3方向)と直交する第1方向に並んで配置される。言換えると金属微細構造列41は、金属微細構造40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。金属微細構造40が並ぶ第1方向は、金属微細構造40が長手を有する形状の場合(異方性を有する形状の場合)、その長手方向とは一致しなくてもよい。1つの金属微細構造列41に並ぶ金属微細構造40の数は、複数であればよく、好ましくは10個以上である。
(Arrangement of metal microstructures)
As shown in FIGS. 1 to 5, a plurality of metal microstructures 40 are arranged side by side to constitute a metal microstructure row 41. The metal microstructures 40 are arranged side by side in the first direction orthogonal to the thickness direction (third direction) of the metal layer 10 in the metal microstructure row 41. In other words, the metal microstructure row 41 has a structure in which a plurality of metal microstructures 40 are arranged in the first direction orthogonal to the height direction. The first direction in which the metal microstructures 40 are arranged may not coincide with the longitudinal direction when the metal microstructures 40 have a longitudinal shape (in the case of an anisotropic shape). The number of metal microstructures 40 arranged in one metal microstructure column 41 may be plural, preferably 10 or more.

ここで金属微細構造列41内における第1方向の金属微細構造40の重心間の距離をピッチP1と定義する(図2〜図5参照)。第1方向に延びる金属微細構造列41内における2つの金属微細構造40の粒子間距離は、ピッチP1から金属微細構造40の寸法d1を差引いた長さに等しい。この粒子間距離が小さいと、粒子間に働く局在型プラズモンの強度が増大する傾向がある。粒子間距離は、1nm以上530nm以下であり、好ましくは5nm以上200nm以下、より好ましくは5nm以上150nm以下とすることができる。   Here, the distance between the centers of gravity of the metal microstructures 40 in the first direction in the metal microstructure column 41 is defined as a pitch P1 (see FIGS. 2 to 5). The interparticle distance of the two metal microstructures 40 in the metal microstructure row 41 extending in the first direction is equal to the pitch P1 minus the dimension d1 of the metal microstructure 40. When the interparticle distance is small, the intensity of localized plasmons acting between particles tends to increase. The distance between particles is 1 nm or more and 530 nm or less, preferably 5 nm or more and 200 nm or less, and more preferably 5 nm or more and 150 nm or less.

金属微細構造列41内における第1方向の金属微細構造40のピッチP1は、6nm以上535nm以下であり、好ましくは10nm以上400nm以下、より好ましくは20nm以上350nm以下である。   The pitch P1 of the metal microstructures 40 in the first direction in the metal microstructure column 41 is 6 nm or more and 535 nm or less, preferably 10 nm or more and 400 nm or less, and more preferably 20 nm or more and 350 nm or less.

金属微細構造列41内における第1方向の金属微細構造40のピッチP1が、20nm以上350nm以下であると、400nm以上700nm未満の波長λの励起光(励起光)を用いて、1100cm−1未満のラマンシフトを示す試料を測定する際に、励起光及びラマン散乱光の両者を十分に増強することができる。 Pitch P1 of the first direction of the metal microstructure 40 in the metal microstructure column 41 and is 20nm or 350nm or less, by using the pumping light of the wavelength lambda i of less than 400 nm 700 nm (excitation light), 1100 cm -1 Both excitation light and Raman scattered light can be sufficiently enhanced when measuring a sample that exhibits less than a Raman shift.

金属微細構造列41は、第1方向にピッチP1で並ぶ複数の金属微細構造40によって構成されるが、金属微細構造40に発生される局在型プラズモンの分布・強度等は、この金属微細構造40の配列にも依存する。したがって、金属層10に発生する伝搬型プラズモンと相互作用する局在型プラズモンは、単一の金属微細構造40に発生する局在型プラズモンだけでなく、金属微細構造列41における金属微細構造40の配列を考慮した局在型プラズモンである。   The metal microstructure row 41 is constituted by a plurality of metal microstructures 40 arranged at a pitch P1 in the first direction, but the distribution, strength, etc. of localized plasmons generated in the metal microstructure 40 are the metal microstructure It also depends on 40 sequences. Therefore, the localized plasmons interacting with the propagating plasmons generated in the metal layer 10 are not only localized plasmons generated in the single metallic microstructure 40 but also the metallic microstructures 40 in the metallic microstructure row 41. It is a localized plasmon in consideration of the arrangement.

図1〜図5に示すように、金属微細構造列41は、金属層10の厚さ方向及び第1方向と交差する第2方向にピッチP2で並んで配置される。金属微細構造列41が並ぶ数は、複数であればよく、好ましくは10列以上である。   As shown in FIGS. 1 to 5, the metal microstructure rows 41 are arranged side by side at a pitch P2 in the thickness direction of the metal layer 10 and in a second direction intersecting the first direction. The number of the metal microstructure rows 41 may be plural, as long as it is plural, preferably ten or more.

ここで、隣合う金属微細構造列41の第2方向における重心間の距離をピッチP2と定義する。ピッチP2は、金属微細構造列41が、複数の列から構成される場合には、複数の列の第2方向における重心の位置と、隣の金属微細構造列41の複数の列の第2方向における重心の位置と、の間の距離を指す。   Here, the distance between the centers of gravity in the second direction of the adjacent metal microstructure rows 41 is defined as a pitch P2. When the metal microstructure row 41 includes a plurality of rows, the pitch P2 indicates the position of the center of gravity in the second direction of the plurality of rows and the second direction of the plurality of rows of the metal microstructure row 41 adjacent to each other. Point to the distance between the position of the center of gravity at.

金属微細構造列41間のピッチP2は、金属微細構造40間のピッチP1よりも大きい。すなわち、ピッチP1及びピッチP2の間には、P1<P2の関係がある。係る関係を有することにより、電場増強素子100における金属微細構造40の配置は、透光層20の厚さ方向から見た場合に、異方性を有することとなる。   The pitch P 2 between the metal microstructure rows 41 is larger than the pitch P 1 between the metal microstructures 40. That is, there is a relationship of P1 <P2 between the pitch P1 and the pitch P2. By having such a relationship, the arrangement of the metal microstructures 40 in the electric field enhancing element 100 has anisotropy when viewed from the thickness direction of the light transmitting layer 20.

金属微細構造列41間のピッチP2は、以下の「1.4.伝搬型プラズモン及び局在型プラズモン」で述べる条件に従い設定され得るが、例えば、10nm以上10μm以下であり、好ましくは20nm以上2μm以下、より好ましくは30nm以上1500nm以下、さらに好ましくは60nm以上1310nm以下、特に好ましくは60nm以上660nm以下である。   The pitch P2 between the metal fine structure rows 41 can be set according to the conditions described in “1.4. Propagation-type plasmons and localized-type plasmons” below, for example, 10 nm or more and 10 μm or less, preferably 20 nm or more and 2 μm The thickness is more preferably 30 nm or more and 1500 nm or less, still more preferably 60 nm or more and 1310 nm or less, and particularly preferably 60 nm or more and 660 nm or less.

金属微細構造列41間のピッチP2が、60nm以上660nm以下であると、400nm以上700nm未満の波長λの励起光を用いて、1100cm−1未満のラマンシフトを示す試料を測定する際に、励起光及びラマン散乱光の両者を十分に増強することができる。 When measuring a sample showing a Raman shift of less than 1100 cm −1 using excitation light with a wavelength λ i of 400 nm or more and less than 700 nm as the pitch P2 between the metal microstructure rows 41 is 60 nm or more and 660 nm or less Both excitation light and Raman scattered light can be sufficiently enhanced.

なお、金属微細構造列41の伸びる第1方向の線と、隣合う金属微細構造列41にそれぞれ属する2つの金属微細構造40であって、互いに最も近接する2つの金属微細構造40を結ぶ線と、がなす角は、特に限定されず、直角であってもなくてもよい。例えば、図2に示すように、両者がなす角が直角であってもよいし、図5に示すように、両者がなす角が直角でなくてもよい。すなわち、厚さ方向から見た金属微細構造40の配列を、金属微細構造40の位置を格子点とした二次元格子とみなした場合に、既約基本単位格子は、長方形の形状であっても、平行四辺形の形状であってもよい。また、金属微細構造列41の伸びる第1方向の線と、隣合う金属微細構造列41にそれぞれ属する2つの金属微細構造40であって、互いに最も近接する2つの金属微細構造40を結ぶ線と、がなす角が直角でない場合には、隣合う金属微細構造列41にそれぞれ属する2つの金属微細構造40であって、互いに最も近接する2つの金属微細構造40の間の距離をピッチP2としてもよい。   Note that a line in the first direction in which the metal microstructure row 41 extends, and a line connecting the two metal microstructures 40 which are two metal microstructures 40 respectively belonging to the adjacent metal microstructure row 41 and which are closest to each other The angle formed by is not particularly limited, and may or may not be a right angle. For example, as shown in FIG. 2, the angle formed by the two may be a right angle, and as shown in FIG. 5, the angle formed by both may not be a right angle. That is, even if the irreducible basic unit lattice has a rectangular shape when the arrangement of the metal microstructures 40 viewed from the thickness direction is regarded as a two-dimensional lattice in which the positions of the metal microstructures 40 are lattice points It may be in the shape of a parallelogram. In addition, a line in the first direction in which the metal microstructure row 41 extends, and a line connecting two metal microstructures 40 which are two metal microstructures 40 respectively belonging to the adjacent metal microstructure row 41 and which are closest to each other In the case where the angle formed by is not perpendicular, two metal microstructures 40 respectively belonging to the adjacent metal microstructure structure row 41 and the distance between the two metal microstructures 40 closest to each other is also taken as a pitch P 2 Good.

1.4.伝搬型プラズモン及び局在型プラズモン
まず、伝搬型プラズモンについて説明する。図7は、励起光及び金の分散曲線を示す分散関係のグラフである。通常は、金属層10に光を0〜90度の入射角(照射角θ)で入射しても伝搬型プラズモンは発生しない。例えば、金属層10がAuからなる場合には、
図7に示すように、ライトライン(LightLine)とAuのSPPの分散曲線が交点を持たないからである。また、光が通過する媒体の屈折率が変化しても、AuのSPPも周辺の屈折率に応じて変化するため、やはり交点を持たないことになる。交点を持たせ伝搬型プラズモンを起こさせるためには、クレッチマン配置のようにプリズム上に金属層を設け、プリズムの屈折率により励起光の波数を増加させる方法や、回折格子によりライトラインの波数を増加させる方法がある。なお図7はいわゆる分散関係を示すグラフ(縦軸を角振動数[ω(eV)]、横軸を波数ベクトル[k(eV/c)]としたもの)である。
1.4. Propagation Type Plasmon and Localized Plasmon First, the propagation type plasmon will be described. FIG. 7 is a graph of dispersion relation showing dispersion curves of excitation light and gold. Normally, even if light is incident on the metal layer 10 at an incident angle (irradiation angle θ) of 0 to 90 degrees, no propagation type plasmon is generated. For example, when the metal layer 10 is made of Au,
This is because, as shown in FIG. 7, the dispersion curve of the light line (LightLine) and the SPP of Au does not have an intersection point. In addition, even if the refractive index of the medium through which light passes changes, the SPP of Au also changes according to the refractive index of the periphery, so there is also no intersection point. In order to give rise to a propagation type plasmon with an intersection point, a metal layer is provided on the prism as in the Kretschmann arrangement, and the wave number of excitation light is increased by the refractive index of the prism, or the wave number of the light line is determined by the diffraction grating. There is a way to increase it. FIG. 7 is a graph showing a so-called dispersion relation (the vertical axis represents angular frequency [ω (eV)] and the horizontal axis represents wave number vector [k (eV / c)].

また、図7のグラフの縦軸の角振動数ω(eV)は、波長λ(nm)=1240/ω(eV)の関係があり、波長に換算することができる。また、同グラフの横軸の波数ベクトルk(eV/c)は、k(eV/c)=2π・2/[波長λ(nm)/100]の関係がある。したがって、例えば、波長λ=600nmのとき、k=2.09(eV/c)となる。また、照射角は、励起光の照射角であって、金属層10若しくは透光層20の厚さ方向、又は金属微細構造40の高さ方向からの傾斜角である。   Further, the angular frequency ω (eV) on the vertical axis of the graph of FIG. 7 has a relationship of wavelength λ (nm) = 1240 / ω (eV), and can be converted to wavelength. Also, the wave number vector k (eV / c) on the horizontal axis of the graph has a relationship of k (eV / c) = 2π · 2 / [wavelength λ (nm) / 100]. Therefore, for example, when the wavelength λ = 600 nm, k = 2.09 (eV / c). The irradiation angle is an irradiation angle of the excitation light, and is an inclination angle from the thickness direction of the metal layer 10 or the light transmitting layer 20 or the height direction of the metal fine structure 40.

図7にはAuのSPPの分散曲線を示したが、一般には、金属層10に入射される励起光の角振動数をω、真空中の光速をc、金属層10を構成する金属の誘電率をε(ω)、周辺の誘電率をεとしたとき、その金属のSPPの分散曲線は、式(3)
SPP=ω/c[ε・ε(ω)/(ε+ε(ω))]1/2 ・・・(3)
で与えられる。なお、本明細書の式における「・」又は「×」は、積の演算子を意味する。
The dispersion curve of SPP of Au is shown in FIG. 7. Generally, the angular frequency of the excitation light incident on the metal layer 10 is ω i , the speed of light in vacuum is c, and the metal constituting the metal layer 10 is Assuming that the dielectric constant is ε 1 (ω) and the peripheral dielectric constant is ε 2 , the dispersion curve of SPP of the metal is
K SPP = ω i / c [ε 2 · ε 1i ) / (ε 2 + ε 1i ))] 1/2 (3)
Given by Note that “·” or “x” in the formulas of the present specification means a product operator.

一方、励起光の照射角であって金属層10若しくは透光層20の厚さ方向、又は金属微細構造40の高さ方向からの傾斜角をθとし、間隔Qを有する仮想的な回折格子を通過した光の波数Kは、式(4)
K=n・(ω/c)・sinθ+m・2π/Q (m=±1,±2,,) ・・・(4)
で表すことができ、この関係は、分散関係のグラフ上には、曲線ではなく直線で現れる。
On the other hand, a virtual diffraction grating having an interval Q, where θ represents the irradiation angle of excitation light and the inclination angle from the thickness direction of the metal layer 10 or the light transmission layer 20 or the height direction of the metal fine structure 40 is θ. The wavenumber K of the passed light is given by equation (4)
K = n 2 · (ω i / c) · sin θ + m · 2π / Q (m = ± 1, ± 2,,) (4)
The relationship appears as a straight line, not a curve, on the graph of the dispersion relation.

なお、nは、周辺屈折率であり、消光係数をκとすれば、光の振動数における比誘電率εの実数部ε’と虚数部ε”は、それぞれ、ε’=n −κ 、ε”=2nκで与えられ、周辺の物質が透明であれば、κ〜0であるから、εは実数で、ε=n となり、n=ε 1/2で与えられる。mは回折光の次数を示す。 Here, n 2 is the peripheral refractive index, and assuming that the extinction coefficient is 、, the real part ε 2 ′ and the imaginary part ε 2 ′ ′ of the relative permittivity ε 2 at the light frequency are respectively ε 2 ′ = n 2 22 2, given by ε 2 "= 2n 2 κ 2 , if the surrounding material transparent, since it is κ 2 ~0, ε 2 are real, ε 2 = n 2 2 next , N 2 = ε 2 1/2 . m represents the order of diffracted light.

分散関係のグラフにおいて、金属のSPPの分散曲線(上記式(3))と回折光の直線(上記式(4))とが交点を有する場合に、伝搬型プラズモンが励起される。すなわち、KSPP=Kの関係が成立すると、金属層10に伝搬型プラズモンが励起される。 In the dispersion relationship graph, when the dispersion curve of the metal SPP (the above equation (3)) and the straight line of the diffracted light (the above equation (4)) have an intersection, the propagation plasmon is excited. That is, when the relationship of K SPP = K is established, propagation type plasmons are excited in the metal layer 10.

したがって、上記式(3)及び式(4)から、以下の式(5)が得られ、
(ω/c)・{ε・ε(ω)/(ε+ε(ω))}1/2=ε 1/2・(ω/c)・sinθ+2mπ/Q (m=±1,±2,,) ・・・(5)
この式(5)の関係を満たせば、金属層10に伝搬型プラズモンが励起されることが理解される。この場合、図7のAuのSPPの例でいえば、θ及びmを変化させることにより、ライトラインの傾き及び/又は切片を変化させることができ、AuのSPPの分散曲線に対してライトラインの直線を交差させることができる。
Therefore, the following formula (5) is obtained from the above formulas (3) and (4),
i / c) · {ε 2 · ε 1i ) / (ε 2 + ε 1i ))} 1/2 = ε 2 1/2 · (ω i / c) · sin θ + 2 mπ / Q ( m = ± 1, ± 2,,) (5)
It is understood that propagating plasmons are excited in the metal layer 10 if the relationship of the equation (5) is satisfied. In this case, in the example of SPP of Au shown in FIG. 7, the inclination and / or intercept of the light line can be changed by changing θ and m, and the light line relative to the dispersion curve of SPP of Au The straight lines of can be crossed.

なお、金属微細構造40の列に励起される局在型プラズモンの角振動数をω、金属層10を構成する金属の誘電率をε(ω)、金属微細構造40の周辺の誘電率をε、真空中の
光速をc、励起光の照射角であって金属層10の厚さ方向からの傾斜角をθ、とすれば、(ω/c)・{ε・ε(ω)/(ε+ε(ω))}1/2=ε1/2・(ω/c)・sinθ+2aπ/Q (a=±1,±2,,) ・・・(2)
の関係となる。
The angular frequency of the localized plasmon excited in the row of the metal microstructure 40 is ω, the dielectric constant of the metal constituting the metal layer 10 is ε (ω), and the dielectric constant of the periphery of the metal microstructure 40 is ε If the speed of light in vacuum is c, the irradiation angle of the excitation light is θ, and the inclination angle from the thickness direction of the metal layer 10 is θ, then (ω / c) · {ε · ε (ω) / (ε + ε) (Ω)) 1/2 = ε 1/2 · (ω / c) · sin θ + 2aπ / Q (a = ± 1, ± 2,,) (2)
Relationship.

次に、局在型プラズモンについて説明する。   Next, localized plasmons will be described.

金属微細構造40に局在型プラズモンを生じさせる条件は、誘電率の実数部により、
Real[ε(ω)]=−2ε ・・・(6)
で与えられる。周辺の屈折率nを1とすると、ε=n −κ =1なので、Real[ε(ω)]=−2、となる。
The conditions for generating localized plasmons in the metal microstructure 40 are determined by the real part of the dielectric constant:
Real [ε 1 (ω)] = − 2ε 2 (6)
Given by Assuming that the refractive index n 2 at the periphery is 1, ε 2 = n 2 2 −κ 2 2 = 1 and thus Real [ε 1 (ω)] = − 2.

図8は、Agの誘電率と波長の関係を示すグラフである。例えば、Agの誘電率は、図8のようであり、約400nm以上の波長で局在型プラズモンが励起されることになるが、複数のAg粒子がナノオーダーで近づく場合や、Ag粒子と金属層10(Au膜等)が透光層20(SiO等)によって隔てられて配置された場合には、そのギャップの影響により、局在型プラズモンの励起ピーク波長はレッドシフト(長波長側へシフト)する。このシフト量は、Ag径、Ag厚さ、Ag粒子間隔、誘電体層厚さ等のディメンジョンに依るが、例えば500nm〜900nmに局在型プラズモンがピークとなる波長特性を示すことになる。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the dielectric constant of Ag and the wavelength. For example, the dielectric constant of Ag is as shown in FIG. 8, and localized plasmons are excited at a wavelength of about 400 nm or more. When the layer 10 (Au film or the like) is separated by the light transmission layer 20 (SiO 2 or the like), the excitation peak wavelength of the localized plasmon is red-shifted (longer wavelength side) due to the influence of the gap. shift. The amount of shift depends on the dimensions of Ag diameter, Ag thickness, Ag particle spacing, dielectric layer thickness, etc., but exhibits wavelength characteristics where localized plasmon peaks at, for example, 500 nm to 900 nm.

また、局在型プラズモンは、伝搬型プラズモンと異なり、速度を持たず、移動しないプラズモンであり、分散関係のグラフにプロットすると、傾きがゼロ、すなわち、ω/k=0となる。   In addition, localized plasmons, unlike propagating plasmons, are plasmons that have no velocity and do not move, and when plotted on a dispersion relationship graph, the slope is zero, that is, ω / k = 0.

図9は、金属の分散曲線、局在型プラズモン及び励起光の分散関係の一例を示すグラフである。本実施形態の電場増強素子100は、伝搬型プラズモンと局在型プラズモンを電磁的に結合(Electromagnetic Coupling)させることにより、電場の極めて大きい増強度を得るものである。すなわち、本実施形態の電場増強素子100は、分散関係のグラフにおいて、回折光の直線と金属のSPPの分散曲線との交点を、任意の点とするのではなく、金属微細構造40(金属微細構造列41)に生じる局在型プラズモンにおいて最大又は極大の増強度を与える点の近傍で両者を交差させることを特徴の一つとしている(図9参照)。   FIG. 9 is a graph showing an example of a dispersion curve of a metal, localized plasmons, and a dispersion relationship of excitation light. The electric field enhancing element 100 of the present embodiment obtains an extremely large degree of enhancement of the electric field by electromagnetically coupling (propagating plasmons and localized plasmons). That is, in the graph of the dispersion relation, the electric field enhancing element 100 of the present embodiment does not set the intersection of the straight line of the diffracted light and the dispersion curve of the metal SPP as an arbitrary point, One of the features is to make both intersect in the vicinity of the point giving the maximum or maximum enhancement in localized plasmons generated in the structural array 41) (see FIG. 9).

換言すると、本実施形態の電場増強素子100では、分散関係のグラフにおいて、金属のSPPの分散曲線と、金属微細構造40(金属微細構造列41)に生じる局在型プラズモンにおいて最大又は極大の増強度を与える励起光の角振動数(図9の分散関係のグラフ上で、LSPと付した横軸に平行な線)との交点の近傍を、回折光の直線が通過するように設計される。   In other words, in the field enhancement device 100 of the present embodiment, in the dispersion relationship graph, enhancement of maximum or maximum in the dispersion curve of SPP of metal and localized plasmons generated in the metal fine structure 40 (metal fine structure row 41) It is designed so that the straight line of diffracted light passes near the point of intersection with the angular frequency of excitation light (the line parallel to the horizontal axis attached to LSP in the dispersion relation graph of FIG. 9) giving .

ここで、交点の近傍とは、波長に換算した場合に、励起光の波長の±10%程度の長さの波長の範囲内であり、又は、励起光の波長の±P1(金属微細構造40の金属微細構造列41内におけるピッチP1)程度の長さの波長の範囲内である。   Here, the vicinity of the intersection point, when converted to the wavelength, is within a wavelength range of about ± 10% of the wavelength of the excitation light, or ± P1 of the wavelength of the excitation light (metal fine structure 40 Of the length of the pitch P1) in the metal micro-structure row 41 of FIG.

上記式(3)、式(4)及び式(5)では、金属層10に入射される励起光の角振動数をωとして、伝搬型プラズモンの励起される条件を示したが、局在型プラズモンと伝搬型プラズモンとのハイブリッド(相互作用)を生じさせるためには、本実施形態の電場増強素子100では、上記式(3)、式(4)及び式(5)におけるωは、金属微細構造40(金属微細構造列41)に生じる局在型プラズモンにおいて最大又は極大の増強度を与える励起光の角振動数もしくはその近傍の角振動数となる。 In the above equations (3), (4) and (5), the angular frequency of the excitation light incident on the metal layer 10 is ω i to indicate the conditions under which the propagation type plasmon is excited. In the electric field enhancing element 100 of the present embodiment, ω i in the above formulas (3), (4) and (5) is given by: This is the angular frequency of the excitation light that gives the maximum or maximum enhancement in localized plasmons generated in the metal fine structure 40 (the metal fine structure array 41) or the angular frequency in the vicinity thereof.

したがって、金属微細構造列41に励起される局在型プラズモンの角振動数をωとした場合に、上記式(5)を満たせば、局在型プラズモンと伝搬型プラズモンとのハイブリッドを生じさせることができる。   Therefore, when the angular frequency of the localized plasmon excited in the metal fine structure row 41 is ω, if the above equation (5) is satisfied, a hybrid of the localized plasmon and the propagating plasmon is generated. Can.

よって、ピッチP1で金属微細構造40が並んだ金属微細構造列41に発生する局在型プラズモンの角振動数をωとし、分散関係のグラフにおいて、金属のSPPの分散曲線のωの位置の近傍に、照射角θで間隔Qの仮想的な回折格子に入射して回折された回折光(次数mdiff)の直線が通るようにすれば(式(5)を満足させれば)、局在型プラズモンと伝搬型プラズモンとのハイブリッドを生じさせることができ、極めて大きい増強度を得ることができる。言換えると、図8に示す分散関係のグラフにおいて、ライトラインの傾き及び/又は切片を変化させて、SPPとLSPとの交点の近傍を通るようにライトラインを変化させることにより、局在型プラズモンと伝搬型プラズモンとのハイブリッドを生じさせることができ、極めて大きい増強度を得ることができる。 Therefore, the angular frequency of the localized plasmon generated in the metal micro-structure row 41 in which the metal micro-structures 40 are arranged at the pitch P1 is ω, and in the graph of the dispersion relationship, the vicinity of the position of ω of the dispersion curve of metal SPP If a straight line of diffracted light (order m diff ) diffracted by being incident on a virtual diffraction grating with an interval Q at an irradiation angle θ passes (if equation (5) is satisfied), localization It is possible to generate a hybrid of the type plasmon and the propagation type plasmon and to obtain an extremely large degree of enhancement. In other words, in the graph of the dispersion relation shown in FIG. 8, by changing the inclination and / or intercept of the light line and changing the light line to pass near the intersection of SPP and LSP, localized type Hybrids of plasmons and propagating plasmons can be generated, and an extremely large degree of enhancement can be obtained.

金属微細構造列41の間のピッチP2は、次のように設定される。垂直入射(入射角θ=0)で、かつ、1次の回折光(m=1)を用いる場合には、ピッチP2を間隔Qとすれば式(5)を満たすことができる。しかし、選択する入射角θ及び回折光の次数mにより、式(5)を満たすことのできる間隔Qは、幅を有することになる。なお、この場合の入射角θは、厚さ方向から第2方向への傾斜角であることが好ましいが、第1方向の成分を含む方向への傾斜角としてもよい。   The pitch P2 between the metal microstructure rows 41 is set as follows. When the first-order diffracted light (m = 1) is used at normal incidence (incident angle θ = 0), equation (5) can be satisfied by setting the pitch P2 to the interval Q. However, depending on the selected incident angle θ and the order m of the diffracted light, the interval Q which can satisfy the equation (5) will have a width. In this case, the incident angle θ is preferably a tilt angle from the thickness direction to the second direction, but may be a tilt angle in the direction including the component in the first direction.

したがって、上記の交点近傍であること(±P1の幅)を考慮して、局在型プラズモンと伝搬型プラズモンとのハイブリッドを生じさせることのできるピッチP2の範囲は、式(1)、
Q−P1≦P2≦Q+P1 ・・・(7)
となる。
Therefore, the range of the pitch P2 that can generate a hybrid of the localized plasmon and the propagating plasmon in consideration of the fact that it is near the intersection point (width of ± P1) is the formula (1),
Q−P1 ≦ P2 ≦ Q + P1 (7)
It becomes.

一方、ピッチP2は、金属微細構造列41間の第2方向のピッチであるが、隣合う金属微細構造列41に属する2つの金属微細構造40の間のピッチは、2つの金属微細構造40の選び方によって、これらを結ぶ線は第2方向に対して傾けることができる。すなわち、ピッチP2よりも長い間隔を有するように、隣合う金属微細構造列41に属する2つの金属微細構造40を選ぶことができる。図2には、このことを説明する補助線が描かれており、第2方向に対して傾いた方向に沿って、ピッチP2よりも長い距離で離間した2つの金属微細構造40を、隣合う金属微細構造列41から選択することができる。既に述べたように、隣合う金属微細構造列41は、互いに同じ金属微細構造列41であるため、厚さ方向から見た金属微細構造40の配列を、金属微細構造40の位置を格子点とした二次元格子とみなすことができる。そうすると、この二次元格子には、ピッチP2よりも長い間隔(回折格子)が存在することになる。   On the other hand, although the pitch P2 is the pitch in the second direction between the metal microstructure rows 41, the pitch between the two metal microstructures 40 belonging to the adjacent metal microstructure rows 41 is that of the two metal microstructures 40. Depending on the choice, the line connecting them can be tilted with respect to the second direction. That is, two metal microstructures 40 belonging to the adjacent metal microstructure array 41 can be selected so as to have a distance longer than the pitch P2. In FIG. 2, an auxiliary line for describing this is drawn, and along a direction inclined to the second direction, two metal microstructures 40 separated by a distance longer than the pitch P2 are adjacent to each other. It can be selected from the metal microstructure column 41. As described above, since the adjacent metal microstructure rows 41 are the same metal microstructure rows 41, the arrangement of the metal microstructures 40 viewed from the thickness direction is the position of the metal microstructure 40 as a grid point. It can be regarded as a two-dimensional grid. Then, in this two-dimensional grating, there is an interval (diffraction grating) longer than the pitch P2.

したがって、ピッチP1及びピッチP2で配列された金属微細構造40のマトリックスは、そのピッチP2よりも大きい間隔を有する回折格子による回折光が期待できる。そのため、上記式(7)の左側の不等式は、P1<P2とすることができる。換言すると、式(7)において、ピッチP2が、Q−P1よりも小さい場合でも、式(5)を満たすことのできる間隔Qを有する回折格子が存在しうるため、局在型プラズモンと伝搬型プラズモンとのハイブリッドを生じさせることができる。したがってピッチP2は、Q−P1よりも小さい値であってもよく、P1<P2の関係を満たせばよいことになる。   Therefore, in the matrix of the metal microstructures 40 arranged at the pitch P1 and the pitch P2, diffracted light can be expected from the diffraction grating having a distance larger than the pitch P2. Therefore, the inequality on the left side of the equation (7) can be P1 <P2. In other words, even in the case where the pitch P2 is smaller than Q-P1 in the equation (7), there may exist a diffraction grating having the interval Q which can satisfy the equation (5). Hybrids with plasmons can be generated. Therefore, the pitch P2 may be smaller than Q-P1, and the relationship P1 <P2 may be satisfied.

以上のことから、本実施形態の電場増強素子100における金属微細構造列41の間のピッチP2は、下記式(1)
P1<P2≦Q+P1 ・・・(1)
の関係を満たせば、局在型プラズモンと伝搬型プラズモンとの良好なハイブリッドを生じさせることができることになる。
From the above, the pitch P2 between the metal fine structure rows 41 in the electric field enhancing element 100 of the present embodiment is given by the following formula (1)
P1 <P2 ≦ Q + P1 (1)
By satisfying the following relationship, it is possible to generate a good hybrid of localized plasmon and propagating plasmon.

1.5.励起光
電場増強素子100に入射される励起光の波長λは、局在型プラズモンを生じ、かつ、上述の式(5)又は式(2)の関係を満足させることができる限り、限定されず、紫外光、可視光、赤外光を含む、電磁波とすることができる。本実施形態では、励起光は、第1方向と同じ方向の直線偏光光であって、波長λの光である。本実施形態では、励起光は、電場が電場増強素子100の第1方向(金属微細構造列41の伸びる方向)と同じ方向の直線偏光光である。このようにすれば、電場増強素子100によって非常に大きい光の増強度を得ることができる。
1.5. Excitation light The wavelength λ i of the excitation light incident on the electric field enhancing element 100 is limited as long as it generates localized plasmons and can satisfy the relationship of the above equation (5) or equation (2). Alternatively, it can be an electromagnetic wave including ultraviolet light, visible light, and infrared light. In this embodiment, the excitation light is a linearly polarized light in the same direction as the first direction, the light of the wavelength lambda i. In the present embodiment, the excitation light is linearly polarized light in the same direction as the first direction of the electric field enhancing element 100 (the extending direction of the metal microstructure row 41) of the electric field. In this way, the electric field enhancing element 100 can obtain a very large degree of light enhancement.

励起光の波長λは、例えば、400nm以上800nm以下、好ましくは500nm以上800nm以下、より好ましくは630nm以上700nm以下とすることができる。このようにすれば、ラマンシフト1100cm−1の試料を測定する際に、励起光及びラマン散乱光の両者の増強度をより高めることができる。 The wavelength λ i of the excitation light can be, for example, 400 nm or more and 800 nm or less, preferably 500 nm or more and 800 nm or less, more preferably 630 nm or more and 700 nm or less. In this way, when measuring a sample with a Raman shift of 1100 cm −1 , it is possible to further enhance the degree of enhancement of both the excitation light and the Raman scattered light.

1.6.増強度
FDTD計算のメッシュ位置により、X方向(第1方向)の電場ExとZ方向(厚さ方向)の電場Ezの大きさの関係、つまりベクトルが変化する。X方向の直線偏光光を励起光として用いた場合、Y方向(第2方向)の電場Eyはほとんど無視できる。そのため、増強度はExとEzの二乗和の平方根、即ちSQRT(Ex+Ez)を用いて把握することができる。このようにすれば、局所電場のスカラーとして互いに比較することができる。
1.6. Enhancement The relationship between the electric field Ex in the X direction (first direction) and the magnitude of the electric field Ez in the Z direction (thickness direction), that is, the vector changes according to the mesh position of FDTD calculation. When linearly polarized light in the X direction is used as excitation light, the electric field Ey in the Y direction (second direction) can be almost ignored. Therefore, the degree of enhancement can be grasped using the square root of the sum of squares of Ex and Ez, that is, SQRT (Ex 2 + Ez 2 ). In this way, they can be compared to one another as scalars of the local electric field.

なお、本明細書の実験例や図等において、第1方向をX方向と称する場合があり、その方向のことを「X」なる表記によって表現する場合がある。また、第2方向をY方向と称する場合があり、その方向のことを「Y」なる表記によって表現する場合がある。また、素子の厚さ方向をZ方向と称する場合があり、その方向のことを「Z」なる表記によって表現する場合がある。   In the experimental examples and figures in the present specification, the first direction may be referred to as the X direction, and that direction may be expressed by the notation “X”. Also, the second direction may be referred to as the Y direction, and that direction may be expressed by the notation “Y”. Also, the thickness direction of the element may be referred to as the Z direction, and that direction may be expressed by the notation “Z”.

SERS(Surface Enhancement Raman Scattering)効果は、SERS EF(Enhancement Factor)として、励起光の波長における電場増強度をEi、ラマン散乱後の波長における電場増強度をEsとし、ホットスポット密度(HSD)を用いて、下記式(a)
SERS EF=Ei×Es×HSD ・・・(a)
で表される。
SERS (Surface Enhancement Raman Scattering) effect uses Hot Spot Density (HSD) as SERS EF (Enhancement Factor), where the electric field enhancement degree at the wavelength of excitation light is Ei, the electric field enhancement degree at the wavelength after Raman scattering is Es The following formula (a)
SERS EF = Ei 2 × Es 2 × HSD (a)
Is represented by

電場増強素子100の増強度を考える場合には、いわゆるホットスポット密度(HSD)を考慮する必要がある。すなわち、電場増強素子100による光の増強度は、電場増強素子100の単位面積あたりの金属微細構造層30の数に依存する。本実施形態の電場増強素子100においては、上述の式(1)、式(2)の関係が満たされるようにピッチP1、ピッチP2が配置される。したがって、HSDを考慮すると、電場増強素子100のSERS増強度は、(Ei+Es)/(P1・P2)に比例することになる。なお、後述の実験例においては、同一のHSDにおける比較のため、上記式(a)に関し、簡単のため、SERS EF=Ei×Esと定義している。 When considering the degree of enhancement of the electric field enhancing element 100, it is necessary to consider so-called hot spot density (HSD). That is, the degree of light enhancement by the electric field enhancing element 100 depends on the number of metal microstructure layers 30 per unit area of the electric field enhancing element 100. In the electric field enhancing element 100 of the present embodiment, the pitch P1 and the pitch P2 are arranged such that the relationship of the above-mentioned equation (1) and equation (2) is satisfied. Therefore, in consideration of HSD, the degree of SERS enhancement of the electric field enhancing element 100 is proportional to (Ei 2 + Es 2 ) / (P1 · P2). In the experimental examples described below, for comparison in the same HSD, the above equation relates to (a), for simplicity, is defined as SERS EF = Ei 2 × Es 2 .

1.7.その他
上記説明では、金属微細構造を楕円柱としたが、形状は限定されず、角柱、回転楕円体
、ランダム形状であっても、d1、d2、d3を同様に定義することができる。また、複数の金属微細構造のサイズは、互いに必ずしも厳密に揃える必要はない。また、金属微細構造の第1方向の寸法(d1)は入射光(励起光)の波長より小さければよい。さらに、金属微細構造と金属層の材質は、表面プラズモン共鳴を持つものであればよく、互いに同じでも異なってもよい。さらに、基板の各要素(金属層、透光層、金属微細構造)の製造方法は限定されない。
1.7. Others In the above description, the metal fine structure is an elliptic cylinder, but the shape is not limited, and even if it is a prism, a spheroid, or a random shape, d1, d2, and d3 can be similarly defined. Also, the sizes of the plurality of metal microstructures do not have to be exactly the same. Further, the dimension (d1) in the first direction of the metal microstructure may be smaller than the wavelength of the incident light (excitation light). Furthermore, the materials of the metal fine structure and the metal layer may be the same as or different from each other as long as they have surface plasmon resonance. Furthermore, the manufacturing method of each element (a metal layer, a light transmission layer, a metal fine structure) of a substrate is not limited.

2.分析装置
本実施形態の分析装置は、上述の電場増強素子と、光源と、検出器と、を備える。以下、分析装置がラマン分光装置である場合を例として説明する。
2. Analyzer The analyzer of the present embodiment includes the above-described electric field enhancing element, a light source, and a detector. Hereinafter, the case where the analyzer is a Raman spectrometer will be described as an example.

図10は、本実施形態に係るラマン分光装置200を模式的に示す図である。ラマン分光装置200は、標的物質からのラマン散乱光を検出して分析(定性分析、定量分析)するものであって、図10に示すように、光源210と、気体試料保持部110と、検出部120と、制御部130と、検出部120及び制御部130を収容している筐体140と、を含む。気体試料保持部110は、本発明に係る電場増強素子を含む。以下では、上述の電場増強素子100を含む例について説明する。   FIG. 10 is a view schematically showing a Raman spectroscopy apparatus 200 according to the present embodiment. The Raman spectroscopy apparatus 200 detects and analyzes Raman scattered light from a target substance (qualitative analysis, quantitative analysis), and as shown in FIG. 10, a light source 210, a gas sample holding unit 110, and detection It includes a unit 120, a control unit 130, and a case 140 in which the detection unit 120 and the control unit 130 are accommodated. The gas sample holder 110 includes the electric field enhancing element according to the present invention. Hereinafter, an example including the above-described electric field enhancing element 100 will be described.

気体試料保持部110は、電場増強素子100と、電場増強素子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 an electric field enhancing element 100, a cover 112 covering the electric field enhancing element 100, a suction flow channel 114, and a discharge flow channel 116. The detection unit 120 includes a light source 210, lenses 122a, 122b, 122c, and 122d, a half mirror 124, and a light detector 220. The control unit 130 includes a detection control unit 132 that processes the signal detected by the light detector 220 to control the light detector 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.

ラマン分光装置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及び排出流路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及び排出流路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、電場増強素子100の金属微細構造40と接触する。   In the Raman spectroscopy apparatus 200, when the suction mechanism 117 provided in the discharge flow channel 116 is operated, the pressure in the suction flow channel 114 and the discharge flow channel 116 becomes negative pressure, and the target substance to be detected is detected from the suction port 113. The contained gas sample is aspirated. The dust removal filter 115 is provided in the suction port 113, and can remove comparatively large dust, a part of water vapor, and the like. The gas sample passes through the suction channel 114 and the discharge channel 116 and is discharged from the discharge port 118. The gas sample contacts the metal microstructures 40 of the electric field enhancing element 100 as it passes through such a path.

吸引流路114及び排出流路116の形状は、外部からの光が電場増強素子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。流路114,116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 flow channel 114 and the discharge flow channel 116 are such that light from the outside does not enter the electric field enhancing element 100. As a result, since light which is noise other than the Raman scattered light does not enter, it is possible to improve the S / N ratio of the signal. The material constituting the flow channels 114 and 116 is, for example, a material or a color that hardly reflects light.

吸引流路114及び排出流路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、流路114,116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 shapes of the suction channel 114 and the discharge channel 116 are such that the fluid resistance to the gas sample is reduced. This enables highly sensitive detection. For example, by making the shapes of the channels 114 and 116 as smooth as possible by eliminating the corners, it is possible to eliminate the retention of the gas sample at the corners. As the suction mechanism 117, for example, a fan motor or a pump having a static pressure and an air volume according to the flow path resistance is used.

ラマン分光装置200では、光源210は、電場増強素子100に励起光を照射する。光源210は、電場増強素子100の第1方向(金属微細構造40の並ぶ方向であって、金属粒子列31の伸びる方向)に直線偏光した光(第1方向と同じ方向の直線偏光光)を照射できるように配置される。図示しないが、光源210から照射される励起光の入射角θは、電場増強素子100の表面プラズモンの励起条件に応じて適宜変化させることができるようにしてもよい。光源210は、図示しないゴニオメーター等に設置されてもよい
In the Raman spectrometer 200, the light source 210 irradiates the electric field enhancing element 100 with excitation light. The light source 210 is light (linearly polarized light in the same direction as the first direction) linearly polarized in the first direction of the electric field enhancing element 100 (the direction in which the metal microstructures 40 are aligned and the metal particle row 31 extends). It is arranged to be able to irradiate. Although not shown, the incident angle θ of the excitation light emitted from the light source 210 may be appropriately changed according to the excitation condition of the surface plasmon of the electric field enhancing element 100. The light source 210 may be installed in a goniometer or the like (not shown).

光源210が照射する光は、「1.5.励起光」の項で述べたと同様である。具体的には、光源210としては、半導体レーザー、気体レーザー、ハロゲンランプ、高圧水銀灯、キセノンランプなどに、適宜、波長選択素子、フィルター、偏光子などを設けたものを例示することができる。   The light emitted by the light source 210 is the same as described in the section “1.5. Excitation light”. Specifically, as the light source 210, a semiconductor laser, a gas laser, a halogen lamp, a high pressure mercury lamp, a xenon lamp, etc. can be appropriately provided with a wavelength selection element, a filter, a polarizer and the like.

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及びレンズ122bを介して、電場増強素子100に入射する。電場増強素子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、及びレンズ122c,122dを介して、光検出器220に至る。すなわち、光検出器220は、電場増強素子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。   The light emitted from the light source 210 is condensed by the lens 122a, and then enters the electric field enhancing element 100 through the half mirror 124 and the lens 122b. From the electric field enhancing element 100, SERS light is emitted, and the light reaches the light detector 220 through the lens 122b, the half mirror 124, and the lenses 122c and 122d. That is, the light detector 220 detects the light emitted from the electric field enhancing element 100. Since the SERS light includes Rayleigh scattered light of 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 light detector 220. The light from which the Rayleigh scattered light is removed is received as a Raman scattered light by the light receiving element 128 via the spectroscope 127 of the light detector 220. As the light receiving element 128, for example, a photodiode is used.

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 light detector 220 is formed of, for example, an etalon or the like using Fabry-Perot resonance, and can make the passing wavelength band variable. A Raman spectrum specific to the target substance is obtained by the light receiving element 128 of the light detector 220. For example, the signal strength of the target substance may be detected by comparing the obtained Raman spectrum with data held in advance. it can.

なお、ラマン分光装置200は、電場増強素子100、光源210、及び光検出器220を含み、電場増強素子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 Raman spectroscopy apparatus 200 includes the electric field enhancing element 100, the light source 210, and the light detector 220, and if the target substance can be adsorbed to the electric field enhancing element 100 and the Raman scattered light can be acquired, It is not limited.

また、レイリー散乱光を検出する場合は、ラマン分光装置200は、フィルター126を有さず、分光器によって、レイリー散乱光とラマン散乱光とを分光してもよい。   Moreover, when detecting Rayleigh scattered light, the Raman spectroscopy apparatus 200 may not have the filter 126, and may split Rayleigh scattered light and Raman scattered light by a spectrometer.

ラマン分光装置200では、上述の電場増強素子100を含む。このようなラマン分光装置200(分析装置)によれば、増強度(反射率)スペクトルにおいて、非常に高い増強度が得られ、標的物質を高感度に検出・分析することができる。   The Raman spectroscopy apparatus 200 includes the electric field enhancing element 100 described above. According to such a Raman spectroscopy apparatus 200 (analyzer), a very high degree of enhancement can be obtained in the enhancement degree (reflectance) spectrum, and the target substance can be detected and analyzed with high sensitivity.

3.電子機器
次に、本実施形態に係る電子機器300について、図面を参照しながら説明する。図11は、本実施形態に係る電子機器300を模式的に示す図である。電子機器300は、本発明に係る分析装置(ラマン分光装置)を含むことができる。以下では、本発明に係る分析装置として上述のラマン分光装置200を含む例について説明する。
3. Electronic Device Next, an electronic device 300 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a view schematically showing an electronic device 300 according to the present embodiment. The electronic device 300 can include the analysis device (Raman spectroscopy device) according to the present invention. Hereinafter, an example including the above-described Raman spectrometer 200 as an analyzer according to the present invention will be described.

電子機器300は、図11に示すように、ラマン分光装置200と、光検出器220からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部310と、健康医療情報を記憶する記憶部320と、健康医療情報を表示する表示部330と、を含む。   As shown in FIG. 11, the electronic device 300 includes a Raman spectroscopy apparatus 200, a computing unit 310 that computes health care information based on detection information from the light detector 220, and a storage unit 320 that stores health care information. And a display unit 330 for displaying health and medical information.

演算部310は、例えば、パーソナルコンピューター、携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistance)であり、光検出器220から送出される検出情報(信号等)を受け取る。演算部310は、光検出器220からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する。演算された健康医療情報は、記憶部320に記憶される。   The calculation unit 310 is, for example, a personal computer or a personal digital assistant (PDA), and receives detection information (signals and the like) transmitted from the light detector 220. The calculation unit 310 calculates health care information based on the detection information from the light detector 220. The calculated health care information is stored in the storage unit 320.

記憶部320は、例えば、半導体メモリー、ハードディスクドライブ等であり、演算部310と一体的に構成されてもよい。記憶部320に記憶された健康医療情報は、表示部330に送出される。   The storage unit 320 is, for example, a semiconductor memory, a hard disk drive, or the like, and may be configured integrally with the calculation unit 310. The health care information stored in the storage unit 320 is sent to the display unit 330.

表示部330は、例えば、表示板(液晶モニター等)、プリンター、発光体、スピーカー等により構成されている。表示部330は、演算部310によって演算された健康医療情報等に基づいて、ユーザーがその内容を認識できるように、表示又は発報する。   The display unit 330 is configured of, for example, a display plate (such as a liquid crystal monitor), a printer, a light emitter, a speaker, and the like. The display unit 330 displays or issues a notification so that the user can recognize the content based on the health care information or the like calculated by the calculation unit 310.

健康医療情報としては、細菌、ウィルス、タンパク質、核酸、及び抗原・抗体からなる群より選択される少なくとも1種の生体関連物質、又は、無機分子及び有機分子から選択される少なくとも1種の化合物の有無若しくは量に関する情報を含むことができる。   Health-care information includes at least one biological substance selected from the group consisting of bacteria, viruses, proteins, nucleic acids, and antigens and antibodies, or at least one compound selected from inorganic molecules and organic molecules. It can contain information about the presence or absence or quantity.

電子機器300では、上述のラマン分光装置200を含む。そのため、電子機器300では、微量物質の検出を高感度で効率よく行うことができ、高精度な健康医療情報を提供することができる。   The electronic device 300 includes the above-described Raman spectrometer 200. Therefore, in the electronic device 300, detection of a trace substance can be efficiently performed with high sensitivity, and highly accurate health care information can be provided.

例えば、本発明に係る電場増強素子は、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着を高感度に検出することができる。   For example, the electric field enhancing element according to the present invention can also be used as an affinity sensor or the like which detects the presence or absence of adsorption of a substance, such as the presence or absence of adsorption of an antigen in an antigen-antibody reaction. The affinity sensor injects white light into the sensor, measures the wavelength spectrum with a spectrometer, and detects the shift amount of the surface plasmon resonance wavelength due to adsorption, thereby making the adsorption of the detection substance on the sensor chip highly sensitive. It can be detected.

4.実験例
以下に実験例を示し、本発明をさらに説明するが、本発明は以下の例によってなんら限定されるものではない。
4. EXPERIMENTAL EXAMPLES Experimental examples will be shown below to further explain the present invention, but the present invention is not limited at all by the following examples.

実験例1−3では、FDTDシミュレーションで近接場解(増強電場の分布)を求めた。計算はRsoft社(現サイバネットシステム株式会社)のFDTD soft FullWAVEを用いた。励起光は、X方向の直線偏光光とし、Z方向(基板の厚さ方向)に平行な垂直入射とした。   In Experimental Example 1-3, a near-field solution (distribution of enhanced electric field) was obtained by FDTD simulation. The calculation was performed using FDTD soft FullWAVE of Rsoft (currently Cybernet Systems Co., Ltd.). The excitation light was linearly polarized light in the X direction, and was vertically incident in parallel to the Z direction (the thickness direction of the substrate).

また、金属層として、光が透過しない程度に十分厚い金(Au)層を用い、当該金属層(金)上に、透光層として、屈折率1.46のSiO層(実験例1、2)、及び屈折率1.64のAl層(実験例3)を用い、透光層上に金属微細構造として、楕円柱状の金を一定の周期で形成したGSPP(Gap type Surface Plasmon Polariton)モデルとした。なお、金属層、金属微細構造の材質は、限定されず、励起光の波長領域において、誘電率の実数部が負で大きく、虚数部が実数部より小さい金属であればプラズモンを生じさせることができる。なお、金属微細構造の寸法は、LSPとPSPとの相互作用が大きくなるように選んだ。 In addition, a gold (Au) layer thick enough to prevent light transmission is used as the metal layer, and a SiO 2 layer with a refractive index of 1.46 is formed as the light transmitting layer on the metal layer (gold) (Experimental Example 1, 2) and GSPP (Gap type Surface Plasmon) in which gold of elliptical columnar shape is formed at a constant period as a metal fine structure on a light transmitting layer using an Al 2 O 3 layer (Experimental Example 3) having a refractive index of 1.64 It was a Polariton model. The material of the metal layer and the metal fine structure is not limited, and in the wavelength region of excitation light, it is possible to generate plasmons if the real part of the dielectric constant is large and negative and the imaginary part is smaller than the real part. it can. The dimensions of the metal microstructure were selected so as to increase the interaction between LSP and PSP.

図12に各実験例で使用した計算モデルを示す。図12(a)及び図12(b)に模式的に示すように、金属微細構造は、X幅がd1、金属微細構造Y幅がd2、金属微細構造の高さがd3である。   FIG. 12 shows a calculation model used in each experimental example. As schematically shown in FIGS. 12A and 12B, the metal microstructure has an X width of d1, a metal microstructure Y width of d2, and a height of the metal microstructure of d3.

実験例1〜3の共通のパラメーターを示す。
・金属層は、厚さ150nmの金とした。
・X方向(第1方向)におけるピッチP1は140nm、Y方向(第2方向)におけるピッチP2は400nmとした。
・金属微細構造の材質は金とした。
・金の屈折率は、ローレンツドルーデモデルを用いた。
The common parameter of Experimental example 1-3 is shown.
The metal layer was gold 150 nm thick.
The pitch P1 in the X direction (first direction) is 140 nm, and the pitch P2 in the Y direction (second direction) is 400 nm.
The material of the metal microstructure is gold.
・ The refractive index of gold used the Lorentz Dolde model.

SERSの増強効果は、励起光の波長における電場増強度をEi、ラマン散乱後の波長における電場増強度をEsとし、Ei×Esに比例することが知られている。実験例1〜3は、励起波長を633nmとし、散乱波長677nmに対して、Ei×Esが最も高くなるように設計した。このように設計すれば、ラマンシフトがおよそ1100cm−1未満のラマンピークを増幅可能である。 The enhancement effect of SERS is known to be proportional to Ei 2 × Es 2, where E i is the electric field enhancement degree at the wavelength of excitation light and Es is the electric field enhancement degree at the wavelength after Raman scattering. In Experimental Examples 1 to 3, the excitation wavelength was set to 633 nm, and Ei 2 × Es 2 was designed to be the highest with respect to the scattering wavelength 677 nm. This design can amplify a Raman peak whose Raman shift is less than about 1100 cm −1 .

4.1.実験例1 (d1/d2を変化)
図12の計算モデルで、透光層の誘電体の屈折率を1.46(SiOを想定)とし、d3=30nm、及び50nmに対して、d1/d2=2、3、4・・・と変化させた。この時、d1/d2の比を維持しながらd1とd2の寸法を変え、また、透光層の膜厚を変えて、Ei×Esが最大となる条件を求めた。また、比較として、d1/d2=1としたモデル(円柱モデル)を計算した。
4.1. Experimental example 1 (change d1 / d2)
In the calculation model of FIG. 12, assuming that the refractive index of the dielectric of the light transmitting layer is 1.46 (assuming SiO 2 ), d1 / d2 = 2, 3, 4 ... for d3 = 30 nm and 50 nm. And changed. At this time, while maintaining the ratio of d1 / d2, the dimensions of d1 and d2 were changed, and the film thickness of the light transmitting layer was changed, to obtain a condition under which Ei 2 × Es 2 is maximized. Further, as a comparison, a model (cylindrical model) with d1 / d2 = 1 was calculated.

図13及び図14にd3=30nmとした場合の結果を示す。また、表1には各パラメーターの数値を示す。図13は、d1/d2に対してEi×Esをプロットしたグラフである(d3=30nmで固定)。図14は、d1/d2に対してd1/d3をプロットしたグラフである。 FIGS. 13 and 14 show the results when d3 = 30 nm. Table 1 shows the numerical values of each parameter. FIG. 13 is a graph in which Ei 2 × Es 2 is plotted against d1 / d2 (fixed at d3 = 30 nm). FIG. 14 is a graph in which d1 / d3 is plotted against d1 / d2.

図13をみると、d1/d2の値が大きくなるに従って、Ei×Esの値は増加し、ある値で減少に転じることがわかる。しかし、d1/d2=1(円柱状の金属微細構造)に比べれば、d1/d2=6程度までは、より高い電場増強度が得られることが判明した。 It can be seen from FIG. 13 that the value of Ei 2 × Es 2 increases as the value of d1 / d2 increases, and turns to decrease at a certain value. However, it has been found that a higher degree of electric field enhancement can be obtained up to about d1 / d2 = 6 as compared to d1 / d2 = 1 (cylindrical metal fine structure).

また、図14をみると、d1/d2の値が大きくなるにつれて、d1/d3の値が単調に小さくなることが分かった。両者の値は、線形的に相関しており、関係式は、図14中に示した破線のようになった。これは、表1に示すように、Ei×Esが最大となる条件を追求した結果、d1/d2が大きくなるほど、d1の値が小さくなるためである。すなわち金属微細構造の形状が、第1方向に延びる(細長くなる)につれて、プラズモン共鳴波長が長波長にシフトするため、d1を減少させて共鳴波長を維持したことによる。 Further, it is understood from FIG. 14 that the value of d1 / d3 monotonously decreases as the value of d1 / d2 increases. The two values are linearly correlated, and the relationship is as shown by the broken line in FIG. This is because, as shown in Table 1, as a result of pursuing the condition that Ei 2 × Es 2 is maximized, the value of d 1 decreases as d 1 / d 2 increases. That is, as the shape of the metal fine structure extends (is elongated) in the first direction, the plasmon resonance wavelength shifts to a longer wavelength, so d1 is decreased to maintain the resonance wavelength.

図15及び図16には、d3=50nmとした場合の結果を示す。また、表2には各パラメーターの数値を示す。図15は、d1/d2に対してEi×Esをプロットしたグラフである(d3=50nmで固定)。図16は、d1/d2に対してd1/d3をプロットしたグラフである。 15 and 16 show the results when d3 = 50 nm. Table 2 shows the numerical values of each parameter. FIG. 15 is a graph plotting Ei 2 × Es 2 against d1 / d2 (fixed at d3 = 50 nm). FIG. 16 is a graph in which d1 / d3 is plotted against d1 / d2.

図15をみると、d3=50nmとした場合も、d3=30nmの場合と同様に、d1/d2の値が大きくなるに従って、Ei×Esの値は増加し、ある値で減少に転じることがわかる。しかし、d1/d2=1(円柱状の金属微細構造)に比べれば、d1/d2=6程度までは、より高い電場増強度が得られることが判明した。 Referring to FIG. 15, also in the case of d3 = 50 nm, the value of Ei 2 × Es 2 increases as the value of d1 / d2 increases as in the case of d3 = 30 nm, and decreases at a certain value. I understand that. However, it has been found that a higher degree of electric field enhancement can be obtained up to about d1 / d2 = 6 as compared to d1 / d2 = 1 (cylindrical metal fine structure).

また、図16をみると、d3=50nmとした場合も、d3=30nmの場合と同様に、d1/d2の値が大きくなるにつれて、d1/d3の値が単調に小さくなることが分かった。両者の値は、線形的に相関しており、関係式は、図16中に示した破線のようになった。これは、表2に示すように、Ei×Esが最大となる条件を追求した結果、d1/d2が大きくなるほど、d1の値が小さくなるためである。すなわち金属微細構造の形状が、第1方向に延びる(細長くなる)につれて、プラズモン共鳴波長が長波長にシフトするため、d1を減少させて共鳴波長を維持したことによる。 Further, it can be seen from FIG. 16 that, also in the case of d3 = 50 nm, the value of d1 / d3 monotonously decreases as the value of d1 / d2 increases, as in the case of d3 = 30 nm. The two values are linearly correlated, and the relationship is as shown by the broken line in FIG. This is because, as shown in Table 2, as a result of pursuing the condition that Ei 2 × Es 2 is maximized, the value of d 1 becomes smaller as d 1 / d 2 becomes larger. That is, as the shape of the metal fine structure extends (is elongated) in the first direction, the plasmon resonance wavelength shifts to a longer wavelength, so d1 is decreased to maintain the resonance wavelength.

図13、図15、表1、表2に示したように、金属微細構造の形状が、第1方向に延びる(細長くなる)につれて、より高い電場増強度が得られる一方、第1方向に延びすぎる(非常に細長くなる)と、電場増強度が低下してしまうことが分かった。   As shown in FIGS. 13, 15, Table 1, Table 2, as the shape of the metal microstructure extends in the first direction (is elongated), higher degree of electric field enhancement can be obtained, while the shape extends in the first direction. It has been found that if it is too large (very slender), the degree of electric field enhancement decreases.

本実験例の結果から、金属微細構造の形状として、d1/d2>1(すなわちd1/>d2)の領域で、異方性のない形状の金属微細構造よりも高い電場増強度が得られることが判明した。また、d1/d2が1.5以上5.5以下であればより高い電場増強度が得られ、さらにd1/d2が2.5以上5以下であるとさらに高い電場増強度が得られることが分かった。   From the results of this experimental example, it is found that a higher degree of electric field enhancement can be obtained in the region of d1 / d2> 1 (that is, d1 / d2) as the shape of the metal fine structure than the metal fine structure of the non-anisotropic shape There was found. Further, a higher degree of electric field enhancement can be obtained when d1 / d2 is 1.5 or more and 5.5 or less, and a further higher degree of electric field enhancement can be obtained when d1 / d2 is 2.5 or more and 5 or less I understood.

また、金属微細構造の高さ(d3)についても、d1/d3>1.1以上で高い電場増強度が得られることが判明した。さらに、表1及び表3をみると、d1>d3>d2とした場合のほうが、d1>d2>d3とした場合よりも高い電場増強度が得られることがわかる。   In addition, it was also found that a high degree of electric field enhancement can be obtained at d1 / d3> 1.1 or more for the height (d3) of the metal microstructure. Furthermore, it can be seen from Tables 1 and 3 that a higher degree of electric field enhancement can be obtained when d1> d3> d2 than when d1> d2> d3.

4.2.実験例2 (d3を変化)
図12の計算モデルにて、透光層の屈折率を、1.46(SiOを想定)とし、d1/d2=2に対して、d3=20nm、30nm、40nm、50nm及び60nmとなるようにした。d1、d2及びd3の寸法及び透光層の膜厚を変え、Ei×Esが最大となる条件を求めた。図17にその結果をプロットした。また、表3には各パラメーターの数値を示す。図17は、d1/d3に対してEi×Esをプロットしたグラフである(d1/d2=2で固定)。
4.2. Experimental example 2 (change d3)
In the calculation model of FIG. 12, assuming that the refractive index of the light transmitting layer is 1.46 (assuming SiO 2 ) and d1 / d2 = 2, d3 = 20 nm, 30 nm, 40 nm, 50 nm, and 60 nm I made it. By changing the dimensions of d1, d2 and d3 and the film thickness of the light transmitting layer, conditions for maximizing Ei 2 × Es 2 were determined. The results are plotted in FIG. Table 3 shows the numerical values of each parameter. FIG. 17 is a graph in which Ei 2 × Es 2 is plotted with respect to d1 / d3 (fixed as d1 / d2 = 2).

図17及び表3から、d3を大きくすると、d3=50nmでEi×Esが最大値を示すことがわかる。d3=60nmではEi×Esは若干低下することが分かった。 From FIG. 17 and Table 3, it can be seen that, when d3 is increased, Ei 2 × Es 2 shows the maximum value at d3 = 50 nm. It was found that Ei 2 × Es 2 slightly decreased at d 3 = 60 nm.

4.3.実験例3 (実験例1、2のまとめ)
図18に、上記実験例1及び実験例2のデータを、横軸にd1/d2をとり、縦軸にd1/d3をとり、Ei×Esの相対的な強度を円の大きさで表したプロットを示す(Ei×Esの値は、各表に示した通りである。)。なお、d1/d2=1.5及びd1/d3=3のプロットは、図15及び図16のプロットから補完して得た、d3=50nmのプロットである。
4.3. Experimental Example 3 (Summary of Experimental Examples 1 and 2)
In FIG. 18, the data of the above-mentioned Experimental Example 1 and Experimental Example 2 are taken with d1 / d2 on the horizontal axis and d1 / d3 on the vertical axis, and the relative intensity of Ei 2 × Es 2 is shown by the size of a circle. It represents a shows a plot (a Ei 2 × Es 2 values are as shown in each Table.). The plots of d1 / d2 = 1.5 and d1 / d3 = 3 are plots of d3 = 50 nm obtained by complementing the plots of FIG. 15 and FIG.

図18をみると、Ei×Esの強度は、d1/d2>1の全領域で高くなっている。すなわち、図18のグラフにおけるd1/d2=1のライン上にある2点よりも、他の全ての点における電場増強度が高かった。また、d1/d3については、1.1以上の領域で電場増強度が高く、2.5以下あるいは1.7以下の領域で電場増強度が高かった。 Referring to FIG. 18, the intensity of Ei 2 × Es 2 is high in the entire region of d1 / d2> 1. That is, the degree of electric field enhancement at all other points was higher than the two points on the line of d1 / d2 = 1 in the graph of FIG. With regard to d1 / d3, the degree of electric field enhancement was high in the region of 1.1 or more, and the degree of electric field enhancement was high in the region of 2.5 or less or 1.7 or less.

図19は、上記実験例1及び実験例2のデータを、横軸にd1/d2をとり、縦軸にd1/d3をとり、Ei×Esの相対的な強度をプロットの色の濃さで表したプロットを示す(Ei×Esの値は、各表に示した通りである。)。 FIG. 19 shows the data of the above experimental example 1 and experimental example 2 with d1 / d2 taken on the horizontal axis and d1 / d3 taken on the vertical axis, and the relative intensities of Ei 2 × Es 2 plotted in the color shade (Ei 2 × Es 2 values are as indicated in each table).

図19に補助線を描いた通り、より高い電場増強度が得られる領域は、d1/d2>1、かつ、d1/d3>1.1、かつ、d1>d3>d2であることがわかった。   As shown in the auxiliary line in FIG. 19, it was found that the region where higher electric field enhancement can be obtained is d1 / d2> 1, d1 / d3> 1.1, and d1> d3> d2. .

4.4.実験例3 (透光層の屈折率を変化)
図12の計算モデルで、透光層の屈折率を、1.64(Alを想定)とし、d3=30nmに対して、d1/d2=2、3、4・・・となるようにした。ここでは、d1/d2の値を維持しながら、d1及びd2の寸法及び透光層の膜厚を変化させ、Ei×Esが最大となる条件を求めた。また、比較として、d1/d2=1としたモデル(円柱モデル)を計算した。
4.4. Experimental Example 3 (Change the refractive index of the light transmitting layer)
In the calculation model of FIG. 12, assuming that the refractive index of the light transmitting layer is 1.64 (assuming Al 2 O 3 ), d 1 / d 2 = 2, 3, 4 ··· for d 3 = 30 nm I made it. Here, while maintaining the value of d1 / d2, by changing the thickness of the dimensions and the light-transmitting layer of d1 and d2, to determine the conditions Ei 2 × Es 2 is maximized. Further, as a comparison, a model (cylindrical model) with d1 / d2 = 1 was calculated.

図20及び図21にd3=30nmとした場合の結果を示す。また、表4には各パラメーターの数値を示す。図20は、d1/d2に対してEi×Esをプロットしたグラフである(d3=30nmで固定)。図21は、d1/d2に対してd1/d3をプロットしたグラフである。 FIG. 20 and FIG. 21 show the results when d3 = 30 nm. Table 4 shows the numerical values of each parameter. FIG. 20 is a graph in which Ei 2 × Es 2 is plotted against d1 / d2 (fixed at d3 = 30 nm). FIG. 21 is a graph in which d1 / d3 is plotted against d1 / d2.

図20、図21及び表4をみると、透光層の屈折率を変えた場合でも、実験例1、2とと同様に、d1/d2の値が大きくなるに従って、Ei×Esの値は増加し、ある値で減少に転じることがわかる。しかし、d1/d2=1(円柱状の金属微細構造)に比べれば、d1/d2=5程度までは、より高い電場増強度が得られることが判明した。 Referring to FIG. 20, FIG. 21 and Table 4, even when the refractive index of the light transmitting layer is changed, the value of Ei 2 × Es 2 is obtained as the value of d1 / d2 increases as in the experimental examples 1 and 2 . The value increases, and it turns out that it turns to decrease at a certain value. However, it has been found that a higher degree of electric field enhancement can be obtained up to about d1 / d2 = 5 as compared to d1 / d2 = 1 (cylindrical metal fine structure).

また、図21をみると、d1/d2の値が大きくなるにつれて、d1/d3の値が単調に小さくなることが分かった。両者の値は、線形的に相関しており、関係式は、図21中に示した破線のようになった。これは、表4に示すように、Ei×Esが最大となる条件を追求した結果、d1/d2が大きくなるほど、d1の値が小さくなるためである。 Also, it can be seen from FIG. 21 that as the value of d1 / d2 increases, the value of d1 / d3 monotonously decreases. The two values are linearly correlated, and the relational expression is as shown by a broken line in FIG. This is because, as shown in Table 4, as a result of pursuing the condition that Ei 2 × Es 2 is maximized, the value of d 1 decreases as d 1 / d 2 increases.

透光層の屈折率が1.46(実験例1、2)から1.64に増大させた結果、d1の値は、実験例1、2の場合に比較して小さい値となった。これは、プラズモン共鳴波長が長波長シフトしたためと考えられる。   As a result of increasing the refractive index of the light transmitting layer from 1.46 (Experimental Examples 1 and 2) to 1.64, the value of d1 is smaller than that of Experimental Examples 1 and 2. This is considered to be due to the long wavelength shift of the plasmon resonance wavelength.

本実験例の結果から、透光層の屈折率を、1.64とした場合でも、金属微細構造の形状として、d1/d2>1(すなわちd1/>d2)の領域で、異方性のない形状の金属微細構造よりも高い電場増強度が得られることが判明した。また、d1/d2が1.5以上4.5以下であればより高い電場増強度が得られ、さらにd1/d2が2以上4以下であるとさらに高い電場増強度が得られることが分かった。   From the results of this experimental example, even when the refractive index of the light transmitting layer is 1.64, the shape of the metal fine structure is anisotropic in the region of d1 / d2> 1 (that is, d1 /> d2). It has been found that a higher degree of electric field enhancement can be obtained than in the case of non-shaped metal microstructures. It was also found that a higher degree of electric field enhancement can be obtained when d1 / d2 is 1.5 or more and 4.5 or less, and a further higher degree of electric field enhancement can be obtained when d1 / d2 is 2 or more and 4 or less .

また、金属微細構造の高さ(d3)についても、d1/d3>1.1以上で高い電場増強度が得られることが判明した。さらに、表4をみると、d1>d3>d2とした場合のほうが、d1>d2>d3とした場合よりも高い電場増強度が得られることがわかった。   In addition, it was also found that a high degree of electric field enhancement can be obtained at d1 / d3> 1.1 or more for the height (d3) of the metal microstructure. Furthermore, it can be seen from Table 4 that a higher degree of electric field enhancement can be obtained in the case of d1> d3> d2 than in the case of d1> d2> d3.

なお、上記実験例では、いずれも金属微細構造の形状として、楕円柱を想定しているが、d1、d2、d3を定義することができ、異方性を有すればどのような形状でもよく、例えば、楕円の長軸を軸として回転した回転楕円体(この場合長軸がd1となる。)や、葉巻型、針状、ロッド状、不定形等を組み合わせた形状であってもよい。   In each of the above experimental examples, an elliptic cylinder is assumed as the shape of the metal fine structure, but d1, d2 and d3 can be defined, and any shape may be used as long as it has anisotropy. For example, the shape may be a combination of a spheroid rotated about the major axis of an ellipse (in this case, the major axis is d1), a cigar type, a needle shape, a rod shape, an indeterminate shape, and the like.

以上の実験例から、d1、d2、d3を適切に選ぶことにより、共鳴波長の長波長化を起こさず、かつ強い増強電場をもつ構造を実現できることが判明した。   From the above experimental examples, it was found that by appropriately selecting d1, d2 and d3, it is possible to realize a structure having a strong enhanced electric field without causing an increase in resonant wavelength.

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 embodiments described above, and various modifications are possible. For example, the invention includes configurations substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations having the same function, method and result, or configurations having the same purpose and effect). The present invention also includes configurations in which nonessential parts of the configurations described in the embodiments are replaced. The present invention also includes configurations that can achieve the same effects or the same objects as the configurations described in the embodiments. Further, the present 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…透光層、30…金属微細構造層、40…金属微細構造、41…金属微細構造列、100…電場増強素子、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、300…電子機器、310…演算部、320…記憶部、330…表示部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... board | substrate, 10 ... metal layer, 20 ... light transmission layer, 30 ... metal fine structure layer, 40 ... metal fine structure, 41 ... metal fine structure row, 100 ... electric field enhancing element, 110 ... gas sample holding part, 112 ... Cover, 113: suction port, 114: suction flow channel, 115: dust removal filter, 116: discharge flow channel, 117: suction mechanism, 118: discharge port, 120: detection unit, 122a, 122b, 122c, 122d, lens, 124 ... Half mirror, 126 ... filter, 127 ... spectroscope, 128 ... light receiving element, 130 ... control unit, 132 ... detection control unit, 134 ... power control unit, 136 ... connection unit, 140 ... housing, 200 ... Raman spectroscopy device , 210: light source, 220: light detector, 300: electronic device, 310: arithmetic unit, 320: storage unit, 330: display unit

Claims (7)

金属層と、前記金属層上に設けられ励起光を透過する透光層と、前記透光層上に設けられ、第1方向に第1ピッチで配列され、前記第1方向に交差する第2方向に第2ピッチで配列された複数の金属微細構造と、を含む電場増強素子と、
前記第1方向に偏光した直線偏光光を前記励起光として前記電場増強素子に照射する光源と、
前記電場増強素子から放射される光を検出する検出器と、
を備え、
前記電場増強素子の前記金属微細構造の配置は、下記式(1)の関係を満たし、
P1<P2≦Q+P1 ・・・(1)
[ここで、P1は前記第1ピッチ、P2は前記第2ピッチ、Qは、前記金属微細構造の列に励起される局在型プラズモンの角振動数をω、前記金属層を構成する金属の誘電率をε(ω)、前記金属微細構造の周辺の誘電率をε、真空中の光速をc、前記励起光の照射角であって前記金属層の厚さ方向からの傾斜角をθ、として、下記式(2)を満たす回析格子のピッチを表す。
(ω/c)・{ε・ε(ω)/(ε+ε(ω))}1/2=ε1/2・(ω/c)・sinθ+2aπ/Q (a=±1,±2,,) ・・・(2)]
前記金属微細構造の前記第1方向及び前記第2方向の寸法をそれぞれ、d1及びd2としたとき、d1>d2の関係を満たす、分析装置。
A metal layer, a light transmitting layer provided on the metal layer and transmitting excitation light, and a second light emitting layer provided on the light transmitting layer, arranged at a first pitch in a first direction, and crossing the first direction An electric field enhancing element comprising a plurality of metal microstructures arranged at a second pitch in a direction;
A light source for irradiating the electric field intensifying element with the linearly polarized light polarized in the first direction as the excitation light;
A detector for detecting light emitted from the electric field enhancing element;
Equipped with
The arrangement of the metal microstructures of the electric field enhancing element satisfies the relationship of the following formula (1),
P1 <P2 ≦ Q + P1 (1)
[Here, P1 is the first pitch, P2 is the second pitch, and Q is the angular frequency of the localized plasmon excited in the row of the metal fine structure ω, and the metal constituting the metal layer The dielectric constant is ε (ω), the dielectric constant around the metal microstructure is ε, the speed of light in vacuum is c, the irradiation angle of the excitation light is θ, and the inclination angle from the thickness direction of the metal layer is θ, Represents the pitch of the diffraction grating that satisfies the following formula (2).
(.Omega. / C). {. Epsilon..epsilon. (. Omega.) / (. Epsilon. +. Epsilon. (. Omega.)) 1/2 = .epsilon.1 / 2 (.omega. / C) .sin .theta. + 2a.pi. / Q (a =. ± .1 ,. ± .2 ,,) ... (2)]
The analyzer which satisfy | fills the relationship of d1> d2, when the dimension of the said 1st direction of the said metal fine structure and the said 2nd direction is each set to d1 and d2.
請求項1において、
前記励起光は、620nm〜650nmの波長の光を含み、
前記金属微細構造の前記第1方向及び前記第2方向に交差する第3方向の寸法をd3としたとき、1.1<(d1/d3)の関係を満たす、分析装置。
In claim 1,
The excitation light includes light of a wavelength of 620 nm to 650 nm,
The analyzer which satisfy | fills the relationship of 1.1 <(d1 / d3) when the dimension of the 3rd direction which cross | intersects the said 1st direction of the said metal fine structure and the said 2nd direction is set to d3.
請求項1又は請求項2において、
前記透光層の屈折率は、1.4以上1.7以下である、分析装置。
In claim 1 or claim 2,
The analyzer according to claim 1, wherein a refractive index of the light transmitting layer is 1.4 or more and 1.7 or less.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、
前記金属微細構造の前記第1方向及び前記第2方向に交差する第3方向の寸法をd3としたとき、
d1>d3>d2の関係を満たす、分析装置。
In any one of claims 1 to 3,
When a dimension of a third direction intersecting the first direction and the second direction of the metal microstructure is d3
An analyzer that satisfies the relationship d1>d3> d2.
請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、
前記金属微細構造の前記第1方向及び前記第2方向に交差する第3方向の寸法をd3としたとき、
d3は、30nm以上50nm以下である、分析装置。
In any one of claims 1 to 4,
When a dimension of a third direction intersecting the first direction and the second direction of the metal microstructure is d3
d3 is an analyzer between 30 nm and 50 nm.
請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、
前記透光層の材質は、酸化シリコン又は酸化アルミニウムである、分析装置。
In any one of claims 1 to 4,
The material of the light transmitting layer is silicon oxide or aluminum oxide.
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の分析装置と、前記検出器からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部と、前記健康医療情報を記憶する記憶部と、前記健康医療情報を表示する表示部と、を備えた電子機器。   An analyzer according to any one of claims 1 to 6, an operation unit which calculates health care information based on detection information from the detector, and a storage unit which stores the health care information. An electronic device comprising: a display unit for displaying the health care information.
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