JP7313607B2 - 電気測定型表面プラズモン共鳴センサ、電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップ、及び表面プラズモン共鳴変化の検出方法 - Google Patents

電気測定型表面プラズモン共鳴センサ、電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップ、及び表面プラズモン共鳴変化の検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、電気測定型表面プラズモン共鳴センサ、それに用いる電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップ、及びこれらを用いた表面プラズモン共鳴変化の検出方法に関する。
表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）とは、金属の表面で自由電子が集団的振動運動（プラズマ振動）を起こしている状態であり、金属表面を伝搬する伝搬型表面プラズモン共鳴（ＰＳＰＲ：Ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）と、ナノメートルサイズの金属構造に局在する局在型表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ：Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）とがある。伝搬型表面プラズモン共鳴は、プラズマ振動を起こした自由電子の周囲に発生した電場と入射した光との相互作用による共鳴が発生した状態であり、前記プラズマ振動と界面に沿って進む電磁波とが結合した電子疎密波（表面プラズモンポラリトン、ＳＰＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｐｏｌａｒｉｔｏｎ）が金属表面に沿って伝搬する。他方、局在型表面プラズモン共鳴は、前記プラズマ振動によって前記金属ナノ粒子等の金属ナノ構造が分極・誘起されて電気双極子が生成した状態のことである。
表面プラズモン共鳴は、標的物質の吸着の有無や前記相互作用の強さを検出するアフィニティセンサ等のセンサに利用されており、例えば、特開２０１１－１４１２６５号公報（特許文献１）には、平面部を有する基材と、前記平面部上に形成され、金属で形成された表面を有し、標的物質が配置される特定の突起を含む回折格子とを備えるセンサチップが記載されている。しかしながら、特許文献１に記載されているようなセンサチップでは、金属表面に存在する標的物質の濃度変化による表面プラズモン共鳴角の変化を光学系で検出する必要があるために装置が高額になったり大型化したりする傾向にあり、また、集積化や同時に多数のサンプルを処理するハイスループット化が困難であるといった問題を有していた。
さらに、特開２０００－３５６５８７号公報（特許文献２）には、基板と、前記基板の表面に凝集させずに互いに離隔した状態にある単膜として固定された金属微粒子とを有して構成されるセンサユニットを有する局在プラズモン共鳴センサが記載されている。しかしながら、特許文献２に記載の局在プラズモン共鳴センサは、前記金属微粒子への標的物質の吸着や堆積による該金属微粒子表面近傍の媒質の屈折率変化を前記金属微粒子間を透過した光の吸光度を測定することによって検出するため、前記金属微粒子のサイズや配列を厳密に制御する必要がある、検出信号が吸光度であるためにその強度を十分に増強させることが困難である、といった問題を有していた。
また、特開２０１８－１８９５２３号公報（特許文献３）には、所定の波長の光を透過可能な半導体基板と、前記半導体基板との界面でショットキー障壁を構成し、前記所定の波長の光が照射された際に表面プラズモン共鳴を起こすアンテナ部を有する金属層と、前記金属層の表面に形成され、特定の検出物質と反応可能に構成された反応層と、を備える計測用デバイスが記載されている。しかしながら、特許文献３に記載の計測用デバイスでは、センサ精度や感度が未だ十分ではないという問題があった。
さらに、表面プラズモン共鳴は、光電変換素子において、光電変換効率を向上させるためにも利用されており、例えば、特開２０１２－３８５４１号公報（特許文献４）には、透明基板、透明電極層、金属微粒子層、ｎ型半導体からなる半導体薄膜、色素の吸着層が順に積層されたアノード電極と、これに酸化還元種を含む電解質を介して配置されたカソード電極と、を備えるプラズモン共鳴型光電変換素子が記載されている。
しかしながら、特許文献４に記載されているような光電変換素子をセンサに応用した場合には、金属微粒子の制御が必要であり、センサ感度を向上させることが困難であることに加えて、電解質の酸化・還元反応を介するため、測定対象であるサンプル自体を酸化還元してしまい、センサ精度に影響を与えてしまうという問題があった。そのため、国際公開第２０１９／０３１５９１号（特許文献５）には、小型化やハイスループット化が容易であり、かつ、十分なセンサ精度を有する電気測定型表面プラズモン共鳴センサとして、透明電極、ｎ型透明半導体膜、及びプラズモン共鳴膜電極がこの順で配置されているセンサチップと、プリズムとが配置されたプラズモンポラリトン増強センサチップと、前記透明電極及び前記プラズモン共鳴膜電極から電流又は電圧を直接測定する電気的測定装置と、を備える電気測定型表面プラズモン共鳴センサが記載されている。
特開２０１１－１４１２６５号公報 特開２０００－３５６５８７号公報 特開２０１８－１８９５２３号公報 特開２０１２－３８５４１号公報 国際公開第２０１９／０３１５９１号
本発明者らが特許文献５に記載の電気測定型表面プラズモン共鳴センサについてさらなる検討をおこなったところ、プラズモンポラリトン増強センサチップと電気的測定装置とを備える電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップにおいて、さらなる高水準の感度が要求される場合があることを見出した。
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、小型化やハイスループット化が容易であり、かつ、従来よりも高いセンサ感度を有する電気測定型表面プラズモン共鳴センサ及びそれに用いる電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップ、並びに、これらを用いた表面プラズモン共鳴変化の検出方法を提供することを目的とする。
電極、半導体膜、及びプラズモン共鳴膜電極がこの順で配置された電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップ（以下、場合により、単に「センサチップ」という）及びこれとプリズムとを組み合わせて用いた電気測定型表面プラズモン共鳴センサ（以下、場合により、単に「センサ」という）においては、プリズムの側からプラズモン共鳴膜電極に光を照射し、プリズムを通過した光が、前記プラズモン共鳴膜電極と前記半導体膜との間において全反射すると、全反射した面の裏側にエネルギーの染み出し（エバネッセント波）が生じる。そのため、光の前記界面に対する入射角度が臨界角（以下、「全反射角度」という）以上であると、全反射した場所において生じたエバネッセント波と、この裏側に接する前記プラズモン共鳴膜とが相互作用して上記の表面プラズモンポラリトンが励起される。このとき、プリズムによって、入射する光の入射角度を上記の全反射をする角度となるように制御することができるため、発生する表面プラズモンポラリトンが十分に増強される。次いで、この表面プラズモンポラリトンによって前記プラズモン共鳴膜電極が十分に分極することでホットエレクトロンが放出され、ホットホールが形成されるが、放出されたホットエレクトロンは前記半導体膜を経て対極である電極へとスムーズに移動することができる。そのため、前記センサチップ及びセンサにおいては、前記表面プラズモンポラリトンを前記プラズモン共鳴膜電極及び前記電極から電気信号として十分に検出することができるものと本発明者らは推察する。
さらに、前記センサチップ及びセンサにおいては、前記プラズモン共鳴膜電極近傍における屈折率の変化が、上記の全反射する場所、すなわち、表面プラズモンポラリトンを生じさせる入射角度（プリズムの側から入射する光の入射角度）の範囲、並びに、生じる表面プラズモンポラリトンの強さを変化させる。また、光の入射により前記プラズモン共鳴膜電極に生じる電場は前記表面プラズモンポラリトンによって増強されるため、その電場変化に応じて変化する電気信号の強度は、表面プラズモンポラリトンの強さによって変化する。したがって、前記プラズモン共鳴膜電極近傍のサンプルの屈折率変化を十分な精度で測定することができるものと本発明者らは推察する。そのため、前記センサチップ及びセンサによれば、前記サンプルの濃度変化や状態変化を高精度でモニタすることができ、また、検出信号が電気信号であるため、その強度を電気的に容易に増強することや電流として容易に測定することが可能となるものと本発明者らは推察する。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、かかるセンサチップ及びセンサにおいて、前記半導体膜としてシリコン半導体膜を用いることにより、検出される電気信号が従来よりも著しく増大し、センサにおいて高い感度を達成できることを見出した。また、シリコン半導体は光が照射されることによって光吸収をして発電する（ホットエレクトロンを発生する）が、本発明者らは、前記電気信号の増大効果が、驚くべきことに、シリコン半導体による発電によって増大される感度の理論値を越えるものであることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本開示の電気測定型表面プラズモン共鳴センサは、
電極、シリコン半導体膜、及びプラズモン共鳴膜電極がこの順で配置されているセンサチップと、プリズムとが、前記プリズム、前記電極、前記シリコン半導体膜、及び前記プラズモン共鳴膜電極の順で配置されたプラズモン共鳴増強センサチップと、
前記電極及び前記プラズモン共鳴膜電極から電流又は電圧を直接測定する電気的測定装置と、
を備えるものである。
上記電気測定型表面プラズモン共鳴センサの好ましい一形態としては、前記センサチップにおいて、前記プラズモン共鳴膜電極の厚さが２００ｎｍ以下（ただし０を含まない）であることが好ましい。
また、上記電気測定型表面プラズモン共鳴センサの好ましい一形態としては、前記センサチップにおいて、前記プラズモン共鳴膜電極と前記電極との間で整流特性を示すことが好ましく、前記プラズモン共鳴膜電極と前記シリコン半導体膜との組み合わせがショットキー障壁を形成する組み合わせであることや、前記シリコン半導体膜中でｐｎ接合が形成されていることがより好ましい。
さらに、上記電気測定型表面プラズモン共鳴センサの好ましい一形態としては、前記センサチップにおいて、前記シリコン半導体膜と前記プラズモン共鳴膜電極との間にさらに接着層を備えることが好ましく、前記シリコン半導体膜と前記電極との間で整流特性を示すことがより好ましく、前記シリコン半導体膜と前記電極との界面においてショットキー障壁による整流特性を示すことがさらに好ましい。
また、上記電気測定型表面プラズモン共鳴センサの好ましい一形態としては、前記シリコン半導体膜の、波長４００～７００ｎｍの光透過率が１～７０％であることが好ましい。
本開示の電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップは、上記の電気測定型表面プラズモン共鳴センサに用いるセンサチップであり、かつ、電極、シリコン半導体膜、及びプラズモン共鳴膜電極がこの順で配置されているものである。前記電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップの好ましい一形態としては、前記シリコン半導体膜と前記プラズモン共鳴膜電極との間にさらに接着層を備えることが好ましい。
本開示の表面プラズモン共鳴の変化を検出する方法は、電極、シリコン半導体膜、及びプラズモン共鳴膜電極がこの順で配置されているセンサチップと、プリズムとが、前記プリズム、前記電極、前記シリコン半導体膜、及び前記プラズモン共鳴膜電極の順で配置されたプラズモン共鳴増強センサチップと、
前記電極及び前記プラズモン共鳴膜電極から電流又は電圧を直接測定する電気的測定装置と、
を備える電気測定型表面プラズモン共鳴センサを用いて表面プラズモン共鳴の変化を検出する方法であり、
前記プリズムの側から光を照射し、前記プリズム、前記電極、及び前記シリコン半導体膜を通過した光を、前記プラズモン共鳴膜電極と前記シリコン半導体膜との間で全反射させることで前記プラズモン共鳴膜電極と相互作用させて表面プラズモン共鳴を発生せしめると共に、前記プリズム及び前記電極を通過した光及び前記全反射した光を、シリコン半導体膜で光吸収させてホットエレクトロンを発生せしめ、
前記シリコン半導体膜で光吸収により発生したホットエレクトロン、又は、前記シリコン半導体膜で光吸収により発生したホットエレクトロン及び前記表面プラズモン共鳴によって生じ前記シリコン半導体膜に移動したホットエレクトロン、を前記電極から電気信号として取り出し、
前記電極と前記プラズモン共鳴膜電極との間の電流又は電圧の変化を前記電気的測定装置によって測定することで表面プラズモン共鳴の変化を検出する方法である。
上記表面プラズモン共鳴変化の検出方法の好ましい一形態としては、前記プリズムの側から照射する光の波長が４００～７００ｎｍであることが好ましい。
本発明によれば、小型化やハイスループット化が容易であり、かつ、従来よりも高いセンサ感度を有する電気測定型表面プラズモン共鳴センサ及びそれに用いる電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップ、並びに、これらを用いた表面プラズモン共鳴変化の検出方法を提供することが可能となる。
プラズモン共鳴増強センサチップの好適な実施形態１を示す概略縦断面図である。 電気測定型表面プラズモン共鳴センサの好適な実施形態１を示す概略縦断面図である。 センサチップに光を入射して電流値を測定したときの入射角度と電流値との関係の一例を示すグラフである。 シリコンにおける光の吸収率と、表面プラズモン共鳴が発生し、発電量が最小値を示す光の入射角度（ＳＰＲ角）での発電量の減少率の理論値と、の関係を示すグラフである。 プラズモン共鳴増強センサチップの好適な実施形態２を示す概略縦断面図である。 プラズモン共鳴増強センサチップの好適な実施形態３を示す概略縦断面図である。 プラズモン共鳴増強センサチップの好適な実施形態４を示す概略縦断面図である。 プラズモン共鳴増強センサチップの好適な実施形態５を示す概略縦断面図である。 プラズモン共鳴増強センサチップの好適な実施形態６を示す概略縦断面図である。 プラズモン共鳴増強センサチップの好適な実施形態７を示す概略縦断面図である。 プラズモン共鳴増強センサチップの好適な実施形態８を示す概略縦断面図である。 プリズムの側から入射する光の入射角度（θ°）を示す模式図である。 試験例１の電流測定方法を示す模式図である。 実施例１及び比較例１で得られたプリズム付きチップについて、それぞれ、試験例１を実施して得られた入射角度と電流値との関係を示すグラフである。 実施例１で得られたプリズム付きチップについて試験例２を実施して得られた各溶液毎の入射角度と電流値との関係を示すグラフである。 実施例１で用いたシリコン膜と同様のシリコン膜について試験例３を実施して得られた光透過率の結果を示すグラフである。 実施例２で得られたプリズム付きチップについて試験例１を実施して得られた入射角度と電流値との関係を示すグラフである。 実施例１、３、及び比較例１で得られたプリズム付きチップについて試験例１を実施して得られた入射角度と電流値との関係を示すグラフである。
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。本開示の電気測定型表面プラズモン共鳴センサは、
電極、シリコン半導体膜、及びプラズモン共鳴膜電極がこの順で配置されているセンサチップと、プリズムとが、前記プリズム、前記電極、前記シリコン半導体膜、及び前記プラズモン共鳴膜電極の順で配置されたプラズモン共鳴増強センサチップと、
前記電極及び前記プラズモン共鳴膜電極から電流又は電圧を直接測定する電気的測定装置と、
を備えるものである。また、本開示の電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップは、上記本開示の電気測定型表面プラズモン共鳴センサに用いるセンサチップであり、かつ、電極、シリコン半導体膜、及びプラズモン共鳴膜電極がこの順で配置されているものである。
以下、図面を参照しながら電気測定型表面プラズモン共鳴センサ（以下、「センサ」）、プラズモン共鳴増強センサチップ（以下、「増強センサチップ」）、及び電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップ（以下、「センサチップ」）の好ましい形態を例に挙げてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図１Ａには、増強センサチップの第１の好ましい形態（好適な実施形態１；増強センサチップ１１０）を示す。図１Ａに示すように、好適な実施形態１において、増強センサチップ１１０は、プリズム（以下、プリズム１）上に、電極（以下、電極２）、シリコン半導体膜（以下、シリコン半導体膜３）、及びプラズモン共鳴膜電極（以下、プラズモン共鳴膜電極４）からなるセンサチップ（光電変換部；好適な実施形態１ではセンサチップ１０１）が、プリズム１、電極２、シリコン半導体膜３、及びプラズモン共鳴膜電極４の順になるように積層されたものである。
また、図１Ｂには、センサの第１の好ましい形態（好適な実施形態１；センサ５１０）を示す。図１Ｂに示すように、好適な実施形態１において、センサ５１０は、プリズム１及びセンサチップ１０１を備える増強センサチップ１１０と、センサチップ１０１の電極２及びプラズモン共鳴膜電極４と外部回路（外部回路３１及び３１’）を通じて電気的に接続された電気的測定装置（電気的測定装置２１）と、を備える。
（プリズム）
プリズム１は、シリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４との間において入射光を全反射させる機能を有するものである。すなわち、本開示の実施形態においてプリズム１は、シリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４との間における全反射条件を満たすように（シリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４との間で入射光が全反射するように）、入射光の角度を制御する。そして、プリズム１により角度が制御された入射光は、シリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４との間、すなわち、プラズモン共鳴膜電極４とシリコン半導体膜３との界面において全反射する。なお、下記の接着層をさらに備える場合には、プリズム１により角度が制御された入射光は、プラズモン共鳴膜電極４と接着層との界面、又は接着層とシリコン半導体膜３との界面において全反射する。さらに、下記の接着層が２層以上ある場合には、プリズム１により角度が制御された入射光は、プラズモン共鳴膜電極４と接着層との界面、又は接着層とシリコン半導体膜３との界面、又は隣接する２つの接着層の界面において全反射する。プリズム１としては、三角柱の形状をした三角プリズム（直角プリズム（４５°の角を持つ直角二等辺三角形、６０°及び３０°の角を持つ直角三角形）、正三角形プリズム等）；台形柱の形状をした台形プリズム；円柱の１側面が平面の形状をした円筒プリズム（前記平面（長方形）と円柱の上面及び底面とのなす辺（短辺）の長さは前記上面及び底面の円の直径未満であってよい）；球体の１側面が平面の形状をした球プリズム（前記平面（円）の直径は前記球体の直径未満であってもよい）；五角柱の形状をしたペンタプリズム等が挙げられる。これらの中でも、プリズム１としては、プリズムに入射した入射光がより効率よくプラズモン共鳴膜電極４に到達する傾向にあるという観点から、図１Ａに示すような三角プリズムの他、台形プリズム、前記円筒プリズム又は前記球プリズムであることが好ましく、直角プリズム；前記短辺の長さが前記上面及び底面の円の直径に等しい半円筒プリズム；又は前記平面の円の直径が前記球体の直径に等しい半球プリズムであることがより好ましい。
センサとしては、１つのセンサチップ（光電変換部）に対して、１つのプリズム１が配置されていても２以上の複数のプリズム１がアレイ状に配置されていてもよく、また、２以上の複数の光電変換部に対して、１つのプリズム１が配置されていてもよい。
プリズム１の大きさとしては、特に制限されず、センサチップに接する面が多角形である場合には最も長い辺、又は、それ以外の場合にはセンサチップに接する面の外接円の直径の長さが、１０ｎｍ～１０ｃｍであることが好ましく、５０ｎｍ～５ｃｍであることがより好ましく、１００ｎｍ～３ｃｍであることがさらに好ましい。なお、ナノメートルサイズ～マイクロメートルサイズのプリズムは、レーザーアブレーション、電子ビームリソグラフィ、ナノインプリントリソグラフィ、光学干渉リソグラフィ等のパターニング技術を利用して成形することが可能であり、マイクロメートル以上のサイズのプリズムは、切削の後に光学研磨をすることで得ることが可能である。プリズム１の大きさが前記下限未満であると、製造困難性が増してプリズムとしての性能が低下することにより、センサとしての性能が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、センサとしての小型化が困難となる傾向にある。
プリズム１が三角プリズムである場合には、図１Ａに示すように、前記三角柱の側面上に、電極２、シリコン半導体膜３、及びプラズモン共鳴膜電極４が配置されることが好ましく、光は前記斜面以外の面から入射されることが好ましい。また、プリズム１が台形プリズムである場合には、台形柱の側面のうち、台形の下底辺をなす面（下底面）の面上に、電極２、シリコン半導体膜３、及びプラズモン共鳴膜電極４が配置されることが好ましく、光は台形の斜辺をなす面から入射されることが好ましい。
前記三角プリズム及び前記台形プリズムとしては、各プリズムの入射光が入射する面と、センサチップ（好適な実施形態１ではセンサチップ１０１）と接する面とがなす角度が、５～８５°であることが好ましく、１５～７５°であることがより好ましく、２５～６５°であることがさらに好ましい。
さらに、プリズム１が円筒プリズム又は球プリズムである場合には、これらの有する前記平面上に、それぞれ、電極２、シリコン半導体膜３、及びプラズモン共鳴膜電極４が配置されることが好ましく、光は曲面から入射されることが好ましい。
前記円筒プリズムとしては、円筒の直径を１とした場合において、前記平面を底面としたとき、該底面の中心から垂直方向に伸ばした直線と円弧との交点における前記底面の中心から前記円弧の交点までの距離（以下、「プリズム高さ」という）と前記円筒の直径との比率（プリズム高さ／円筒の直径）が、１未満（０を含まない）であることが好ましく、０．２以上０．８未満であることがより好ましく、０．４以上０．６未満であることがさらに好ましい。
前記球プリズムとしては、球の直径を１とした場合において、前記平面を底面としたとき、該底面の中心からの高さ（以下、「プリズム高さ」という）と前記球の直径との比率（プリズム高さ／球の直径）が、１未満（０を含まない）であることが好ましく、０．２以上０．８未満であることがより好ましく、０．４以上０．６未満であることがさらに好ましい。
前記三角プリズム、前記円筒プリズム、前記球プリズムにおいて、前記角度若しくは前記プリズム高さが前記下限未満、又は、前記上限を超えると、表面プラズモン共鳴（特に表面プラズモンポラリトン）を励起し得る入射光角度で光を入射させることが困難となったり、プリズム内部で光が複数回反射することによってセンサの感度や精度が低下したりする傾向にある。
また、プリズム１がペンタプリズムである場合には、五角柱の側面のうち、いずれかの側面上に、電極２、シリコン半導体膜３、及びプラズモン共鳴膜４が配置されることが好ましく、光は残りの４面のうちのいずれかの面から入射されることが好ましい。
プリズム１の材質としては、特に制限されず、例えば、ガラス、高分子ポリマー（ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリエチレン、エポキシ、ポリエステル等）、硫黄、ルビー、サファイア、ダイヤモンド、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）、臭化カリウム（ＫＢｒ）、臭沃化タリウム、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）が挙げられる。また、プリズム１の材質としては、液体であってもよく、水、オイル、グリセロール、ジヨードメタン、α－ブロモナフタレン、トルエン、イソオクタン、シクロヘキサン、２，４－ジクロロトルエン、エチルベンゼン、ジベンジルエーテル、アニリン、スチレン、有機化合物溶液（ショ糖溶液等）、無機化合物溶液（塩化カリウム溶液、硫黄含有溶液）が挙げられ、これらのうちの１種を単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、プリズム１の形状、材質に関わらず、プリズム１の内部に入射光の光源が配置されていてもよい。
（電極）
電極２は、主に、シリコン半導体膜３で光吸収により発生したホットエレクトロン（電子）、又は、シリコン半導体膜３で光吸収により発生したホットエレクトロン及びプラズモン共鳴膜電極４で生じた表面プラズモン共鳴に伴って放出されシリコン半導体膜３を移動してきたホットエレクトロン（好ましくは、シリコン半導体膜３で光吸収により発生したホットエレクトロン及びプラズモン共鳴膜電極４で生じた表面プラズモン共鳴に伴って放出されシリコン半導体膜３を移動してきたホットエレクトロン）を電気信号として取り出す機能を有するものであり、プラズモン共鳴膜電極４の対極として機能し、プラズモン共鳴膜電極４と、電気的測定装置（好適な実施形態１では電気的測定装置２１）及び必要に応じて外部回路（導線、電流計等；好適な実施形態１では外部回路３１及び３１’）を介して電気的に接続される。また、電極２は、少なくとも光を透過できることが必要である。
電極２の材質としては、半導体分野において電極として従来から用いられているものの中から適宜選択して用いることができ、例えば、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、亜鉛（Ｚｎ）、クロム（Ｃｒ）、アルミ（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＦＴＯ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ－ｄｏｐｅｄ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、及び他元素（アルミニウムやガリウム等）をドープしたＺｎＯ等の金属酸化物などの透明導電性材料、及びこれらの積層体からなる薄膜や網状の形状が挙げられる。この場合の電極２の光透過率としては、できるだけ光を多く透過できることが好ましく、電極２の一方の面に対して波長４００～１５００ｎｍのうちの少なくともいずれかの波長の光を垂直に入射させたときの光透過率が４０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましく、６０％以上であることがさらに好ましい。
また、電極２としては、下記のシリコン半導体膜３が電極２を兼ねていてもよい。この場合の電極２の光透過率としては、下記のシリコン半導体膜としての機能も供える観点から、電極２の一方の面に対して波長４００～１５００ｎｍのうちの少なくともいずれかの波長の光を垂直に入射させたときの光透過率が１～８０％であることが好ましく、５～７０％であることがより好ましく、５～５０％であることがさらに好ましい。さらに、この場合の電極２の光透過率としては、波長４００～７００ｎｍの光透過率、好ましくは波長６７５ｎｍの光透過率が、１～７０％であることがさらにより好ましく、５～７０％であることが特に好ましく、５～５０％であることがとりわけ好ましい。
電極２の厚さとしては、通常、１～１０００ｎｍである。下記のシリコン半導体膜３が電極２を兼ねる場合には、５～７５０ｎｍであることが好ましく、１０～５００ｎｍであることがより好ましい。なお、膜、電極、層及び基板などの界面及び厚さは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察で判別及び測定することができる。
（シリコン半導体膜）
シリコン半導体膜３は、シリコン半導体からなる膜である。シリコン半導体膜３は、主に、シリコン半導体膜３に入射してきた光（入射光、さらには、プラズモン共鳴膜電極４による反射光）を吸収してそれ自体が発電をする機能、又は、前記機能及びプラズモン共鳴膜電極４で励起された表面プラズモン共鳴によって該プラズモン共鳴膜電極４が十分に分極されることで放出されるホットエレクトロンを受け取る機能を有するが、本発明においては、増強センサチップに半導体膜としてシリコン半導体膜を用いることによって、驚くべきことに、シリコン半導体による発電量から算出される理論値を越えて、プラズモン共鳴膜電極４から測定される電流又は電圧値（好ましくは電流値）の変化量の絶対値が増大する。
すなわち、先ず、本発明において、センサ感度は、一例として、センサチップの電極（又は透明基板）の表面に対する入射角度（θ）が０～９０°となる範囲内で前記センサチップに光を入射して電流値を測定したときの、前記入射角度（θ）と電流値（Ａ）との関係を示すグラフの波形で示される（図２）。このときの入射角度（θ）の範囲は、プラズモン共鳴膜電極と半導体膜との間で入射光が全反射するとき（ＳＰＲ（ＰＳＰＲ）が発生するとき）の入射角度（全反射角度（θｃｐ））の±２５°の範囲内で、θｃｐよりも数度小さい入射角度（θｓｔａｒｔ）から、全反射角度方向に角度を増加させ、電流値が極小値（Ａｍｉｎ）となるときの入射角度（共鳴角度（θＡｍｉｎ））を超えて、電流値の変化量が一定となる入射角度（θｅｎｄ）までの範囲である。なお、Ａは、θｓｔａｒｔよりも入射角度が小さい範囲では一定の値を示す。センサチップに光を入射して電流値を測定した際において、プラズモン共鳴が発生した場合には、図２に示すように、電流値（Ａ）が極小値（Ａｍｉｎ）として観察される。このとき、得られた波形における最大値（Ａｍａｘ）と極小値（Ａｍｉｎ）との差、すなわち、前記極小値の落ち込み（ΔＩ）が大きい程、センサ感度が高いことを示す。図２では、Ａが最大値（Ａｍａｘ）となる入射角度θＡｍａｘはθＡｍｉｎより小さいが、θｃｐの±２５°の範囲内であれば、Ａｍａｘに応じて、θＡｍｉｎより大きくてもよい。なお、上記グラフの波形は上下逆転していてもよく、この場合のセンサ感度を示すΔＩは、電流値（Ａ）が極大値として観察されるときの、該極大値の隆起の大きさで表される。
例えば、図４に示す下記の増強センサチップ１２０において、次の（１）～（６）の条件：
（１）シリコン半導体膜３による光の吸収率をａとする；
（２）入射光の光強度を１とする；
（３）プリズム１の側から光を照射し、プリズム１、透明基板５、電極２、及びシリコン半導体膜３を通過した光が、プラズモン共鳴が発生しないとした場合、入射角度が全反射角度（θｃｐ）以上では、シリコン半導体膜３の電極２の接する側とは逆側の界面で１００％反射するとする（反射光強度＝１－ａ）；
（４）シリコン半導体膜３内部における発電量は膜内で一定とする（吸収率＝発電量とする：入射光による発電量＝１×ａ＝ａ、反射光による発電量＝（１－ａ）×ａ＝（１－ａ）ａ）；
（５）プラズモン共鳴膜電極４における、共鳴角度（ＳＰＲ角：θＡｍｉｎ）での入射光の減少率をＸとする；
（６）シリコン半導体膜３内部における発電量はプラズモン共鳴膜電極４内部における発電量よりも十分に多いとする（プラズモン共鳴膜電極４自体による発電を無視）；
とした場合に、シリコン半導体膜３における入射光及び反射光による総発電量はａ＋（１－ａ）ａ、ＳＰＲ角でプラズモン共鳴膜電極４による光の減少が起こったとき（プラズモン共鳴が発生したとき）の総発電量はａ＋（１－Ｘ）（１－ａ）ａであるから、ＳＰＲ角での発電量の減少率は、｛ａ＋（１－ａ）ａ｝－｛ａ＋（１－Ｘ）（１－ａ）ａ｝で示される。このとき、仮に、シリコンにおける光の吸収率（ａ、％）及びＳＰＲ角での光の減少率（％）として、それぞれ下記の表１に記載の値を用いると、シリコンにおける光の吸収率（％）とＳＰＲ角での発電量の減少率の理論値（発電減少率、％）との関係は図３のように示される。
図３から、ＳＰＲ角での発電量の減少率の理論値は最大で２５％であるが、本開示のシリコン半導体膜を備えるセンサチップを用いた増強センサにより電流値を測定すると、シリコン半導体を用いない場合に比較して、センサ感度（ΔＩ）が、当該理論値の最大値（２５％）を超えて大きくなる（例えば、実施例１と比較例１との比較では、およそ６５％増大）。
シリコン半導体膜３の材質であるシリコン半導体としては、ｎ型半導体であってもｐ型半導体であってもよく、ドープされていないシリコン（ノンドープシリコン、例えば、純度９９．９９％以上の高純度シリコン）であってもよく、これらのうち１種を単独であっても２種以上の複合素材であってもよい。前記ｎ型半導体としては、リン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）、ヒ素（Ａｓ）によってドープされたものが挙げられ、前記ｐ型半導体としては、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）によってドープされたものが挙げられる。
これらの中でも、前記シリコン半導体としては、プラズモン共鳴膜電極４との間のショットキー障壁による整流特性を利用する場合には、プラズモン共鳴膜電極４との界面（接着層６をさらに備える場合には該接着層６との界面）においてショットキー障壁を形成しやすい傾向にある観点から、ｎ型半導体又はノンドープシリコンであることが好ましく、ｎ型半導体であることがより好ましい。さらに、電極２との間のショットキー障壁による整流特性を利用する場合には、ｎ型半導体又はノンドープシリコンであることが好ましい。また、ｐｎ接合による整流特性を利用する場合には、ｎ型半導体、ｐ型半導体、及びノンドープシリコンの中から２種以上の組み合わせであることが好ましく、ｎ型半導体とｐ型半導体との組み合わせであることがより好ましい。またこの際、積層の順序は特に限定されないが、電極２、ｎ型半導体からなる膜、ｐ型半導体からなる膜、プラズモン共鳴膜電極４の順で積層されることが好ましい。
また、シリコン半導体膜３としては、プラズモン共鳴を発生させつつセンサ感度を増大させる観点から、少なくとも光を透過できることが必要である。このようなシリコン半導体膜３の光透過率としては、シリコン半導体膜３の一方の面に対して波長４００～１５００ｎｍのうちの少なくともいずれかの波長の光を垂直に入射させたときの光透過率が１～８０％であることが好ましく、５～７０％であることがより好ましく、５～５０％であることがさらに好ましい。さらに、シリコン半導体膜３の光透過率としては、波長４００～７００ｎｍの光透過率、好ましくは波長６７５ｎｍの光透過率が、１～７０％であることがさらにより好ましく、５～７０％であることが特に好ましく、５～５０％であることがとりわけ好ましい。
シリコン半導体膜３の厚さとしては、１０００ｎｍ以下（ただし０を含まない）であることが好ましく、１～１０００ｎｍであることがより好ましく、５～７５０ｎｍであることがさらに好ましく、１０～５００ｎｍであることがさらにより好ましい。前記厚さが前記下限未満であると、前記シリコン半導体が膜として存在できず、半導体としての十分な機能を果たせなくなる傾向にある。他方、前記上限を超えると、光透過率が減少してプラズモン共鳴膜電極に到達する光強度が小さくなり、プラズモン共鳴が発生しにくくなる傾向にある。
（プラズモン共鳴膜電極）
プラズモン共鳴膜電極４は、入射してきた光（入射光）を表面プラズモン共鳴（特に表面プラズモンポラリトン）に変換する機能を有するものであり、光との相互作用によって表面プラズモン共鳴を発生可能なプラズモニック材料からなる膜である。また、前記表面プラズモン共鳴を電気信号として取り出す機能を有するものであり、電極２の対極として機能し、電極２と、電気的測定装置（好適な実施形態１では電気的測定装置２１）及び必要に応じて外部回路（導線、電流計等；好適な実施形態１では外部回路３１及び３１’）を介して電気的に接続される。
前記プラズモニック材料としては、例えば、金属、金属窒化物、及び金属酸化物が挙げられ、これらのうちの１種を単独であっても２種以上の複合材料であってもよい。中でも、前記プラズモニック材料として好ましいものとして、前記金属としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、亜鉛（Ｚｎ）、及びナトリウム（Ｎａ）を挙げることができ、前記金属窒化物としては窒化チタン（ＴｉＮ）を、前記金属酸化物としてはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＦＴＯ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ－ｄｏｐｅｄ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、及び他元素（アルミニウムやガリウム等）をドープしたＺｎＯを、それぞれ挙げることができる。中でも、前記プラズモニック材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、及びＴｉＮからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましく、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ及びＰｔからなる群から選択される少なくとも１種であることがより好ましい。
プラズモン共鳴膜電極４の厚さとしては、２００ｎｍ以下（ただし０を含まない）であることが好ましく、１～２００ｎｍであることがより好ましく、１～１５０ｎｍであることがさらに好ましく、５～１００ｎｍであることがさらにより好ましく、１０～６０ｎｍであることがさらにより好ましい。前記厚さが前記下限未満であると、前記プラズモン共鳴膜電極が膜として存在できなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、光が入射してきた面の反対側の面に到達するエバネッセント波が弱くなり、十分な表面プラズモン共鳴（特に表面プラズモンポラリトン）を励起できなくなる傾向にある。また、プラズモン共鳴膜電極４の厚さとしては、測定対象であるサンプルの屈折率としてより広範囲の屈折率（好ましくは、１．３３～１．４０）を測定可能となる傾向にあるという観点からは、１０～３４ｎｍであることが特に好ましく、屈折率の変化に対して電流値の変化率を大きくするという観点からは、３５～６０ｎｍであることが特に好ましい。
図４には、増強センサチップの第２の好ましい形態（好適な実施形態２）を示す。増強センサチップを構成するセンサチップとしては、本発明の効果を阻害しない範囲において、さらに別の層を備えていてもよく、例えば、図４に示すセンサチップ（光電変換部）１０２のように、プリズム１と電極２との間に、センサチップ１０１を支持することを主な目的として、透明基板５をさらに備えていてもよい（増強センサチップ１２０）。透明基板５の材質としては、光を透過できるものであれば特に制限されず、例えば、ガラス；プラスチックやフィルム等の高分子有機化合物が挙げられ、透明基板５としては、これらのうちの１種を含む単層であってもかかる単層が２種以上積層された複層であってもよい。透明基板５をさらに備える場合、その厚さとしては、通常、０．０１～２ｍｍである。
また、透明基板５をさらに備える場合、プリズム１と透明基板５との間には、透明基板５を密着させることを主な目的として、中間層（図示せず）をさらに備えていてもよい。前記中間層の材質としては、光を透過できるものであれば特に制限されず、例えば、グリセロール、水、高分子ポリマー（ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリエチレン、エポキシ、ポリエステル等）、オイル、ジヨードメタン、α－ブロモナフタレン、トルエン、イソオクタン、シクロヘキサン、２，４－ジクロロトルエン、有機化合物溶液（ショ糖溶液等）、無機化合物溶液（塩化カリウム溶液、硫黄含有溶液）、エチルベンゼン、ジベンジルエーテル、アニリン、スチレンが挙げられ、これらのうちの１種を単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記の場合の透明基板５及び前記中間層の光透過率としては、それぞれ独立に、できるだけ光を多く透過できることが好ましく、透明基板５又は中間層の一方の面に対して波長４００～１５００ｎｍのうちの少なくともいずれかの波長の光を垂直に入射させたときの光透過率が、それぞれ、４０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましく、６０％以上であることがさらに好ましい。
図５には、増強センサチップの第３の好ましい形態（好適な実施形態３）を示す。増強センサチップを構成するセンサチップとしては、図５に示すセンサチップ（光電変換部）１０３のように、シリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４との間に、プラズモン共鳴膜電極４をより強固に固定することを主な目的として、接着層６をさらに備えていてもよい（増強センサチップ１３０）。接着層６の材質としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）が挙げられ、シリコン半導体膜３がノンドープシリコン以外のシリコン半導体からなる場合には、ノンドープシリコン（Ｓｉ）も挙げられる。前記接着層としては、これらのうちの１種を含む単層であってもかかる単層が２種以上積層された複層であってもよい。また、接着層６は、シリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４との境界面を全て覆っていなくともよい。ただし、光が入射してきた面の反対側の面に到達するエバネッセント波が弱くなり、十分な強さの表面プラズモンポラリトンを励起できなくなる傾向にあることから、センサチップにおいては、シリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４とが互いに近傍に配置されていることが好ましく、シリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４との間の距離が２５ｎｍ以下であることが好ましく、１～１０ｎｍであることがより好ましい。したがって、接着層６をさらに備える場合、その厚さとしては、２５ｎｍ以下であることが好ましく、１～２５ｎｍであることがより好ましく、１～１０ｎｍであることがさらに好ましい。
接着層６をさらに備える場合、当該接着層６としては、オーミック接続層であることが特に好ましい。本発明において、「オーミック接続層」とは、２層間（本発明ではシリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４との間）の整流特性を無くす機能を有する層を示す。従来、プラズモン共鳴を起こす金属層、半導体層、及び電極をこの順で配置した場合、前記半導体と前記電極との間のショットキー障壁は低いため、この間では整流特性を示さないと考えられていたが（例えば、特許文献３の図３、図４における５と３４との間）、本発明においては、シリコン半導体膜３の電極２と反対の側に接着層６をさらに備え、かつ、これを前記オーミック接続層として、シリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４との間のショットキー障壁を無くし、この間の接合を整流特性の無い接合（オーミック接合）とすることにより、シリコン半導体膜３と電極２との間のショットキー障壁が相対的に高くなり、その結果、測定される電流値の変化量がさらに大きく、すなわち感度がさらに高くなることを本発明者らは見出した。
前記オーミック接続層としての接着層６の材質としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、窒化チタン（ＴｉＮ）が挙げられ、シリコン半導体膜３がノンドープシリコン以外のシリコン半導体からなる場合には、ノンドープシリコン（Ｓｉ）も挙げられる。前記オーミック接続層としての接着層６としては、これらのうちの１種を含む単層であってもかかる単層が２種以上積層された複層であってもよい。また、オーミック接続層としての接着層６としては、シリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４との境界面を全て覆っていることが好ましく、また、その厚さとしては、１～５０ｎｍであることが好ましく、１～２５ｎｍであることがより好ましい。
図６には、増強センサチップの第４の好ましい形態（好適な実施形態４）を示す。増強センサチップにおいては、図６に示すように、プラズモン共鳴膜電極４の露出面を保護することを主な目的として、当該露出面上（シリコン半導体膜３と反対の面上）に、保護膜７をさらに備えていてもよい（増強センサチップ１４０）。保護膜７の材質としては、例えば、ガラス、プラスチック、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、ダイヤモンドライクカーボン、シリコンカーバイドが挙げられ、保護膜７としては、これらのうちの１種を含む単層であってもかかる単層が２種以上積層された複層であってもよい。ただし、前記プラズモン共鳴膜電極４において発生する表面プラズモンポラリトンが及ぶ範囲が該プラズモン共鳴膜電極表面から３００ｎｍ程度以内であることから、保護膜７をさらに備える場合、その厚さとしては、３００ｎｍ以下であることが好ましく、２００ｎｍ以下であることがより好ましく、１００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。保護膜７の厚さの下限値としては、通常、１ｎｍである。
図７には、増強センサチップの第５の好ましい形態（好適な実施形態５）を示す。増強センサチップにおいては、図７に示すように、プラズモン共鳴膜電極４により生じた表面プラズモン共鳴による電場変化を内部で共鳴させることを主な目的として、反射共鳴膜８をさらに備えていてもよい。増強センサチップの好ましい形態としては、保護膜７及び反射共鳴膜８のうちのいずれかを備える。反射共鳴膜８は、より具体的には、プラズモン共鳴膜電極４により生じた表面プラズモン共鳴によって、内部で電場変化が引き起こされ、かつ、この電場変化が伝搬されてプラズモン共鳴膜電極４とは反対側の界面で反射することにより、該反射共鳴膜内部で該電場変化の共鳴を起こし、これにより、生じた表面プラズモン共鳴を増幅させる機能を有するものである。
反射共鳴膜８の材質としては、例えば、金属酸化物（例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化鉄（ＩＩ）（ＦｅＯ）、酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ２Ｏ３）；二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等のガラス）、前記金属酸化物以外の半導体（例えば、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、及びそのドープ体）、有機物（例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ジメチルポリシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ、アクリル樹脂）等の合成樹脂；セルロース、エチレングリコール等の高分子ポリマー）が挙げられ、これらのうちの１種を単独であっても２種以上の複合材料であってもよい。中でも、反射共鳴膜８の屈折率が高い程、その厚さを薄くすることができる傾向にあるという観点から、反射共鳴膜８の材質としては、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２等の金属酸化物、及びＳｉ等の半導体からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましく、ＴｉＯ２等の金属酸化物、及びＳｉ等の半導体からなる群から選択される少なくとも１種であることがより好ましい。
反射共鳴膜８の厚さとしては、特に十分なセンサ感度の向上が達成れる観点から、次式（１）：
｜Δθ｜≦２°・・・（１）
で示される条件を満たす厚さであることが好ましい。
前記式（１）中、｜Δθ｜は、上記の図２において、電流値（Ａ）が最大値（Ａｍａｘ）となる入射角度（θＡｍａｘ）と電流値が極小値（Ａｍｉｎ）となる入射角度（θＡｍ ｉｎ）との差の絶対値（角度変化量）を示す。
例えば、センサチップのプリズムと接する面に対する入射角度（θ）が０～９０°となる範囲内で前記センサチップに光を入射して電流値を測定した場合には、図２のように、θｃｐの±２５°の範囲内で電流値の変化がピークとして観察されるが、このとき、前記ピークがシャープ、すなわちピークの傾斜が急であることも、センサ感度が高いことを示し、反射共鳴膜８を備えることにより、該ピークはよりシャープになる。かかるピークのシャープさを示す｜Δθ｜としては、前記式（１）のように２°以下であることが好ましく、１．５°以下であることがより好ましく、１°以下であることがさらに好ましい。
図８には、増強センサチップの第６の好ましい形態（好適な実施形態６）を示す。増強センサチップにおいては、反射共鳴膜８をさらに備える場合、図８に示すように、プラズモン共鳴膜電極４と反射共鳴膜８との間に、反射共鳴膜８をプラズモン共鳴膜電極４に直接積層することによって生じる電流値低下を防止することを主な目的として、酸化膜９をさらに備えていてもよい（増強センサチップ１６０）。
酸化膜９の材質としては、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）が挙げられ、これらのうちの１種を単独であっても２種以上の複合材料であってもよい。中でも、酸化膜としての安定性の観点から、酸化膜９の材質としては、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、及びＣｒ２Ｏ３からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましく、ＴｉＯ２及びＳｉＯ２からなる群から選択される少なくとも１種であることがより好ましい。また、酸化膜９としては、これらのうちの少なくとも１種を含む単層であってもかかる単層が２種以上積層された複層であってもよい。
酸化膜９をさらに備える場合、その厚さとしては、厚くなるにしたがってプラズモン共鳴膜電極４により生じる表面プラズモン共鳴の強度が減少する傾向にあるという観点からは、３００ｎｍ以下であることが好ましく、２００ｎｍ以下であることがより好ましく、１００ｎｍ以下であることがさらに好ましく、５０ｎｍ以下であることがさらにより好ましい。酸化膜９の厚さの下限値としては、通常、１ｎｍである。
図９には、増強センサチップの第７の好ましい形態（好適な実施形態７）を示す。増強センサチップにおいては、反射共鳴膜８をさらに備える場合、図９に示すように、バイオ分子等を結合しやすくすることを主な目的として、反射共鳴膜８のプラズモン共鳴膜４と反対側の面上に、分子結合膜１０をさらに備えていてもよい（増強センサチップ１７０）。
分子結合膜１０の材質としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が挙げられ、これらのうちの１種を単独であっても２種以上の複合材料であってもよい。中でも、反射共鳴膜８においてプラズモン共鳴膜電極４により生じた電場変化をより効率的に反射させるという観点から、分子結合膜１０の材質としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、及びＰｔからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましく、大気や溶液に接した際の安定性がより高いという観点からは、Ａｕ及びＰｔからなる群から選択される少なくとも１種であることがより好ましい。また、分子結合膜１０としては、これらのうちの少なくとも１種を含む単層であってもかかる単層が２種以上積層された複層であってもよい。
分子結合膜１０をさらに備える場合、その厚さとしては、厚くなるにしたがってプラズモン共鳴膜電極４により生じる表面プラズモン共鳴の強度が減少する傾向にあるという観点からは、１～１００ｎｍであることが好ましく、１～５０ｎｍであることがより好ましく、１～２５ｎｍであることがさらに好ましい。
図１０には、増強センサチップの第８の好ましい形態（好適な実施形態８）を示す。増強センサチップにおいては、測定対象であるサンプルを保持することを主な目的として、プラズモン共鳴膜電極４のシリコン半導体膜３と反対の面上、又は上記の保護膜７、又は上記の分子結合膜１０（図１０では示さず）上に、サンプル層１１をさらに備えていてもよい（増強センサチップ１８０）。なお、サンプル層１１としては、前記サンプルが任意の流速で供給されるように配置されたものであっても、前記サンプルが一定容積で含まれるようにセル状に区分して配置されたものであってもよい。
また、増強センサチップ及びセンサチップとしては、上記増強センサチップの実施形態１～８（増強センサチップ１１０～１８０、センサチップ１０１～１０３）に制限されるものではなく、例えば、透明基板５及びサンプル層１１をいずれも備えるなど、これらの任意の組み合わせであってもよい（図示せず）。さらに、増強センサチップとしては、１つを単独で用いても、複数個を列又は平面に並べて配置して用いてもよい。
増強センサチップを構成するセンサチップにおいては、プラズモン共鳴膜電極４と電極２との間で整流特性を示すことが好ましい。前記整流特性としては、プラズモン共鳴膜電極４と電極２との間のうちのいずれかで整流特性を示していればよく、前記オーミック接続層としての接着層６を備えない場合には、シリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４（前記オーミック接続層以外の接着層６をさらに備える場合には該接着層６）との間で整流特性を示すことが好ましく、他方、前記オーミック接続層としての接着層６をさらに備える場合には、シリコン半導体膜３と電極２との間で整流特性を示すことが好ましく、この場合にはさらに、プラズモン共鳴膜電極４とシリコン半導体膜３との間では整流特性を示さないことがより好ましい。
前記整流特性をショットキー障壁により得る場合は、シリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４（前記オーミック接続層以外の接着層６をさらに備える場合には該接着層６）との組み合わせが、又は、前記オーミック接続層としての接着層６をさらに備える場合には、シリコン半導体膜３と電極２との組み合わせが、ショットキー障壁を形成する組み合わせであることが好ましい。また、前記整流特性は、シリコン半導体膜３のｐｎ接合により得てもよく、前記整流特性をｐｎ接合により得る場合は、シリコン半導体膜３が、ｎ型半導体、ｐ型半導体、及びノンドープシリコンの中から２種以上の組み合わせであることが好ましく、ｎ型半導体とｐ型半導体との組み合わせであることがより好ましい。
センサチップが整流特性を示すことは、センサチップの電極２を半導体アナライザ等の電圧印加手段の作用極に、プラズモン共鳴膜電極４を前記電圧印加手段の対極及び参照電極に、それぞれ接続して、作用極に－１．５～＋１．５Ｖの範囲で電圧を印加したときの電流値を測定することにより確認することができる。その電流値としては、０Ｖ以上＋１．５Ｖ以下における電流値の絶対値のうちの最大値が－１．５Ｖ以上０Ｖ未満における電流値の絶対値のうちの最大値に対して５分の１以下であることが好ましく、１０分の１以下であることがより好ましく、２０分の１以下であることがさらに好ましい。この比率が前記上限値を超えると、整流特性が減弱するため、測定時のノイズが大きくなり、センサの感度や精度が減少する傾向にある。
また、上記のシリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４との間でショットキー障壁を形成する組み合わせは、シリコン半導体膜３の仕事関数をφＳ、プラズモン共鳴膜電極４（又は接着層６）の仕事関数をφＭとしたときに、次式：φＳ＜φＭで示される条件を満たす組み合わせである。
さらに、上記のシリコン半導体膜３と電極２との間でショットキー障壁を形成する組み合わせは、シリコン半導体膜３の仕事関数をφＳ、電極２の仕事関数をφＭとしたときに、次式：φＳ＜φＭで示される条件を満たす組み合わせである。
各材質における仕事関数の値は公知であり、シリコンの仕事関数（φＳ）としては、例えば、（Ｉ）日本化学会編、「化学便覧 基礎編 改訂４版」Ｉ－５８９において、４．８であることが記載されている。ただし、シリコンではドープ種やドープ量によって仕事関数（φＳ）が増減することから、シリコン半導体膜３においては、これらを調整することにより、所望の仕事関数（φＳ）を得ることが可能である。また、プラズモン共鳴膜電極４（又は接着層６）の仕事関数（φＭ）としては、例えば、（ＩＩ）日本化学会編、「化学便覧 基礎編 改訂４版」、ＩＩ－４８９において、それぞれ、金（Ａｕ）：５．１～５．４７、銀（Ａｇ）：４．２６～４．７４、アルミニウム（Ａｌ）：４．０６～４．４１、銅（Ｃｕ）：４．４８～４．９４、白金（Ｐｔ）：５．６４～５．９３、パラジウム（Ｐｄ）：５．５５、亜鉛（Ｚｎ）：３．６３、クロム（Ｃｒ）：４．５であることが記載されている。また、（ＩＩＩ）Ｔａｋａｓｈｉ Ｍａｔｓｕｋａｗａら、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、２０１４年、５３、０４ＥＣ１１において、窒化チタン（ＴｉＮ）：４．４～４．６であることが記載されている。さらに、澤田 豊 監修、ＣＭＣテクニカルライブラリー２７３、「透明導電膜，第２巻」、第１９５頁において、ＩＴＯ、ＦＴＯ、及び他元素（アルミニウムやガリウム等）をドープしたＺｎＯ等の金属酸化物などの透明導電性材料は、およそ４．５～５．５であることが記載されている。
したがって、ショットキー障壁を形成するシリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４（又は接着層６）との組み合わせ、又は、シリコン半導体膜３と電極２との組み合わせとしては、これらの仕事関数（φＳ、φＭ）の中から、上記条件を満たす組み合わせを選択して適宜採用することができる。
さらに、上記のｐｎ接合を形成する組み合わせは、ｎ型半導体とｐ型半導体との組み合わせであり、これはドープする元素によって決定される。シリコンでは、ｎ型半導体とするには、リン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）、ヒ素（Ａｓ）をドープし、ｐ型半導体とするには、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）をドープする。これらの中から、それぞれ、１種以上ドープすることが好ましく、広く用いられており、かつ、安価であるという観点から、ｎ型半導体ではリン又はアンチモンを、ｐ型半導体ではホウ素又はアルミニウムを、それぞれドープすることがより好ましく、ｎ型半導体ではリンを、ｐ型半導体ではホウ素を、それぞれドープすることがより好ましい。
（電気的測定装置（電気的測定手段））
本開示のセンサは、プリズム１及び前記センサチップ（例えば、好適な実施形態１ではセンサチップ１０１）を備える前記増強センサチップ（例えば、好適な実施形態１では増強センサチップ１１０）と、前記センサチップの電極２及びプラズモン共鳴膜電極４から電流又は電圧を直接測定する電気的測定装置（例えば、好適な実施形態１では電気的測定装置２１）と、を備える。電極２及びプラズモン共鳴膜電極４と前記電気的測定装置とは、外部回路（例えば、好適な実施形態１では外部回路３１及び３１’）を通じて接続されることが好ましい。前記外部回路の材質としては、特に限定されず、導線の材質として公知のものを適宜利用することができ、例えば、白金、金、パラジウム、鉄、銅、アルミニウム等の金属が挙げられる。また、前記電気的測定装置としても、電圧値又は電流値を測定できるものであれば特に制限されず、例えば、半導体デバイス・アナライザ、電流測定器、電圧測定器が挙げられる。
本開示のセンサにおいては、プリズム１の側から光が照射され、プリズム１、並びに、電極２及びシリコン半導体膜３を通過した光（入射光）が、前記プラズモン共鳴膜電極４とシリコン半導体膜３との間において全反射することにより、プラズモン共鳴膜電極４と相互作用して表面プラズモン共鳴を発生する。より具体的には、シリコン半導体膜３を通過した光（ただし、一部はシリコン半導体膜３に吸収される）が、シリコン半導体膜３とプラズモン共鳴膜電極４との界面、又は接着層を備える場合にはプラズモン共鳴膜電極４と当該接着層との界面、若しくは当該接着層とシリコン半導体膜３との界面、又は接着層を２層以上備える場合には、プラズモン共鳴膜電極４と当該接着層との界面、若しくは当該接着層とシリコン半導体膜３との界面、若しくは当該接着層における隣接する２つの層の界面で全反射し、当該全反射により生じたエバネッセント波がプラズモン共鳴膜電極４と相互作用して表面プラズモン共鳴が発生する。また、プリズム１、及び電極２を通過した光（入射光）、さらには、プラズモン共鳴膜電極４により反射された光（反射光）によって、シリコン半導体膜３内部では、ホットエレクトロンが発生する。
発生した表面プラズモン共鳴によってプラズモン共鳴膜電極４が十分に分極されることでホットエレクトロンが生じ、該ホットエレクトロンはシリコン半導体膜３に移動し、シリコン半導体膜３で発生したホットエレクトロンと共に、電極２から電気信号として取り出される。このとき、電極２は前記外部回路を通じてプラズモン共鳴膜電極４と電気的に接続され、電極２とプラズモン共鳴膜電極４との間の電流変化を前記電気的測定装置によって測定することで表面プラズモン共鳴の変化を検出することができる。このように電気信号として観測されるホットエレクトロンは、上記のように、シリコン半導体膜３で発生したホットエレクトロンとプラズモン共鳴膜電極４内部の前記界面近傍で生じたホットエレクトロンとであると考えられる。また、プラズモン共鳴膜電極４の近傍（好ましくはプラズモン共鳴膜電極４の表面から３００ｎｍ以内）に測定対象となるサンプルを配置することにより、前記サンプルの屈折率変化（濃度変化、状態変化）による表面プラズモン共鳴の変化を電気信号として検出することができるため、前記電気信号を測定することで、サンプルの状態変化をモニタすることができる。
プリズム１の側から入射する光の波長が長くなると、表面プラズモン共鳴を生じさせる入射光の入射角度の範囲がより狭くなり、他方、生じる表面プラズモン共鳴（特に、表面プラズモンポラリトン）の強さが増強される。そのため、プリズム１に入射させる光（プリズム１の側から照射する光）としては、目的に応じて特に限定されないが、可視光の波長領域の光又は近赤外光の波長領域の光が挙げられ、４００～１５００ｎｍの波長であることが好ましく、５００～１０００ｎｍの波長であることがより好ましく、６００～９００ｎｍの波長であることがさらに好ましい。また、シリコン半導体膜３で光吸収によってホットエレクトロンを発生せしめるためには、プリズム１に入射させる光としては、シリコン半導体膜３で吸収できる波長であることが好ましく、前記波長としては、４００～７００ｎｍの光であることが好ましい。
また、プリズム１の側から入射する光の強さが強くなると、表面プラズモン共鳴により生じる電流量が増大する。そのため、プリズム１に入射させる前記光の強さとしては、目的に応じて特に限定されないが、０．０１～５００ｍＷであることが好ましく、０．１～５０ｍＷであることがより好ましく、０．１～５ｍＷであることがさらに好ましい。前記光の強さが前記下限未満であると、表面プラズモン共鳴により生じる電流量が少なくなりすぎて十分なセンサ精度が得られなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、プラズモン共鳴膜電極４において熱が発生して測定感度を低下させる恐れが生じる傾向にある。
本開示のセンサにおいては、測定するサンプルに応じて前記プリズム１の側から入射する光の入射角度を変えることで、センサ精度をさらに十分に向上させることができる。なお、プリズム１の側から照射された光は、例えば、図１１の（ａ）に示すようにプリズム１の面に対して垂直に入射した場合には直進する（入射光４００）が、図１１の（ｂ）に示すように、垂直以外の角度で入射した場合にはプリズム１によって屈折する（入射光４００）。そのため、本明細書においては、図１１の（ａ）、（ｂ）に示すように、プリズムの側から入射する光の入射角度（θ°）を、光電変換部（図１１ではセンサチップ１０１）のプリズム１と接する面に対する入射角度として定義する。入射光の光源が前記プリズム内にある場合も同様である。
センサは、プラズモン共鳴膜電極４のシリコン半導体膜３と反対の面上、又は保護膜７上、又は分子結合膜１０上、好ましくは、サンプル層１１内に保持された、標的物質及び媒体を含むサンプルについて、前記標的物質の濃度変化や状態変化による表面プラズモン共鳴の変化を電気信号として検出することができる。この場合、前記標的物質としては、特に制限されず、抗体、核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡ等）、タンパク質、細菌、薬剤などの小分子化合物；イオン；気体状態にある小分子化合物や揮発性物質等が挙げられる。また、前記媒体としては、溶液及びガスが挙げられ、前記溶液としては水；緩衝液、強電解質溶液等の電解質溶液が、前記ガスとしては窒素ガスやヘリウムガス等の不活性ガスが、それぞれ挙げられる。
本開示のセンサ、並びに、プリズム１及びセンサチップを備える前記増強センサチップの製造方法は特に制限されないが、好ましくは、プリズム１上に、電極２、シリコン半導体膜３、及びプラズモン共鳴膜電極膜４を、この順で順次形成して積層する方法が好ましい。前記形成方法としては、特に制限されないが、電極２、シリコン半導体膜３、及びプラズモン共鳴膜電極膜４を形成する方法としては、例えば、それぞれ独立に、スパッタリング法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、原子層体積法、真空蒸着法、化学蒸着法、及びメッキ法が挙げられる。増強センサチップが他の層をさらに備える場合、それらの層はそれぞれ、従来公知の方法又はそれに準じた方法によって適宜形成することができる。また、センサの製造方法において、センサチップの電極２及びプラズモン共鳴膜電極４と前記電気的測定装置とを外部回路を通じて電気的に接続する方法としても特に制限されず、従来公知の方法を適宜採用して接続することができる。
以下、実施例及び比較例をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
先ず、ガラス基板の一方の面上にＩＴＯ膜（酸化インジウム・スズ）からなる電極が形成されたＩＴＯ基板（ガラス基板：Ｓ－ＴＩＨ１１、ガラス基板厚さ：１．１ｍｍ、面積：１９．６×１９．６ｍｍ、ＩＴＯ膜：高耐久透明導電膜 ５Ω、ジオマテック株式会社製）のＩＴＯ膜上に、シリコン半導体（ｎ型半導体）からなる膜（シリコン膜、抵抗値＜５０Ω、厚さ：１００ｎｍ、ドーパント：リン、株式会社協同インターナショナル製）が形成された基板を準備した。次いで、スパッタリング装置（ＱＡＭ－４、株式会社ＵＬＶＡＣ製）を用い、ターゲットとしてＡｕ（９９．９９％、株式会社高純度化学研究所製）を用いて、前記シリコン膜上に、Ａｕからなる厚さ５０ｎｍの膜（Ａｕ膜）を形成し、ガラス基板、ＩＴＯ膜、シリコン膜、Ａｕ膜がこの順に積層されたチップ（光電変換部（センサチップ））を得た。
次いで、得られたチップの前記ガラス基板のＩＴＯ膜と反対の面上にジヨードメタン（一級、富士フィルム和光純薬株式会社製）を塗布し、直角プリズム（Ｓ－ＴＩＨ１１、株式会社ときわ光学製、屈折率：１．７７）の斜面を密着させ、プリズム、ジヨードメタン、ガラス基板、ＩＴＯ膜、シリコン膜、Ａｕ膜がこの順に積層されたチップ（プリズム付きチップ）を得た。
（比較例１）
先ず、実施例１と同様のＩＴＯ基板のＩＴＯ膜上に、前記スパッタリング装置を用い、ターゲットとしてＴｉＯ２（Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｄｉｏｘｉｄｅ、９９．９％、フルウチ化学株式会社製）を用いて、ＴｉＯ２からなる厚さ２００ｎｍの膜（ＴｉＯ２膜）を形成した。これを前記ＩＴＯ基板及びシリコン膜に代えて用いたこと以外は、実施例１と同様にして、プリズム、ジヨードメタン、ガラス基板、ＩＴＯ膜、ＴｉＯ２膜、Ａｕ膜がこの順に積層されたチップ（プリズム付きチップ）を得た。
＜試験例１＞
実施例１及び比較例１で得られたプリズム付きチップのＩＴＯ膜と電流測定器（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｎａｌｙｚｅｒ Ｍｏｄｅｌ ８０２Ｄ、ＡＬＳ／ＣＨ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｉｎｃ．製）の作用極とを、Ａｕ膜と前記電流測定器の対極とを、それぞれ、導線を介して電気的に接続した。次いで、６７０ｎｍのレーザー光（光源：ＣＰＳ６７０Ｆ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ社製）を、偏光子（ＣＭＭ１－ＰＢＳ２５１／Ｍ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ社製）を通してｐ偏光のレーザー光とし、この強度をパワーメータ（Ｍｏｄｅｌ８４３－Ｒ、Ｎｅｗｐｏｒｔ社製）で測定して４．０ｍＷとなるように調整した。これを入射光として、図１２に示すように、各センサチップ（センサチップ１０２）のプリズム（プリズム１）の側からガラス基板表面に対する入射角度（θ、Ａｎｇｌｅ（ｄｅｇｒｅｅｓ））が２０～４０°となるように照射し、ＩＴＯ膜－Ａｕ膜（プラズモン共鳴膜電極）間の電流値（Ｃｕｒｒｅｎｔ（μＡ））を測定した。得られた結果を図１３に示す。
図１３に示した結果から明らかなように、半導体膜としてシリコン膜を用いた場合（例えば、実施例１）には、ＴｉＯ２膜を用いた場合（例えば、比較例１）に比較して、およそ１０倍大きい電流値が得られた。また、半導体膜としてシリコン膜を用いた場合（例えば、実施例１）にも、図２に示すような、表面プラズモン共鳴が発生した場合に特徴的な光入射角度依存的な電流値の変化が観察され、プラズモン共鳴が発生していることが確認された。さらに、この電流値の変化量（ΔＩ）が著しく大きく、特に高感度に光入射角度依存的に電気信号を検出可能であることが確認された。
＜試験例２＞
実施例１で得られたチップがセンサチップとして機能することを確認した。すなわち、先ず、実施例１で得られたプリズム付きチップのＡｕ膜の表面（シリコン膜と反対の面）に接するようにサンプル層を配置し、前記サンプル層の中に超純水を満たした。また、試験例１と同様にして、実施例１で得られたプリズム付きチップのＩＴＯ膜と前記電流測定器の作用極とを、Ａｕ膜と前記電流測定器の対極及び参照極とを、それぞれ、導線を介して電気的に接続した。
次いで、試験例１と同様にして、ｐ偏光のレーザー光をセンサチップのプリズムの側から照射した。ｐ偏光のレーザー光（入射光）のガラス基板面に対する入射角度（θ°）を４０～８０°の間で変化させ、各入射角度におけるＩＴＯ膜－Ａｕ膜間の電流値（Ｃｕｒｒｅｎｔ（μＡ））を測定した。また、溶液として、前記超純水に代えて、下記の１０～５０％濃度のグリセロールをそれぞれ用いたこと以外は上記と同様にして、各溶液について、各入射角度におけるＩＴＯ膜－Ａｕ膜間の電流値を測定した。結果（各溶液毎の入射角度（θ、Ａｎｇｌｅ（ｄｅｇｒｅｅｓ））とＩＴＯ膜－Ａｕ膜間の電流値（Ｃｕｒｒｅｎｔ（μＡ））との関係を示すグラフ）を図１４に示す。また、各溶液の２２．０℃における屈折率を下記の表２に示す。
図１４に示した結果から明らかなように、プリズム及びセンサチップを備える増強センサチップ（例えば、実施例１）においては、上記溶液をＡｕ膜に接触させた場合、プリズムに入射する光の入射角度（θ°）が５０～７５°の間で特に電流値の変化量が大きくなることが確認された。なお、図１４においては、試験例１の場合（図１３）と電流値の変化が観察される入射角度（θ°）が相違するが、これはＡｕ膜表面に水溶液を接触させたことで表面プラズモン共鳴を生じさせる入射角度が変化したためと本発明者らは推察する。さらに、表２及び図１４に示すように、前記電流値は、前記溶液の屈折率に応じて変化することが確認された。これは、シリコン膜内部で光吸収により発生する電流量とシリコン膜の近傍に配置されるＡｕ膜で電場変化によって発生する電流量とは、プリズムを用いたことで入射光がシリコン膜のＡｕ膜との間の界面において全反射して生じた表面プラズモン共鳴によって変化するが、この変化をもたらす表面プラズモン共鳴の強さが前記溶液の屈折率によって変化するため、その結果、前記電流量が変化したものと本発明者らは推察する。したがって、本開示の増強センサチップを用いることにより、Ａｕ膜近傍のサンプルの屈折率変化を十分な精度で測定することができることが確認された。一般に、前記屈折率は該屈折率を有するサンプルの濃度や状態に相当するため、本開示のセンサチップ及びこれとプリズムとを組み合わせて用いたセンサは、前記サンプルの濃度変化や状態変化を測定可能なセンサチップ及びセンサとして十分な精度を有することが確認された。
＜試験例３＞
上記実施例１におけるシリコン膜と同様のシリコン膜を調製し、その光透過率を測定した。先ず、ガラス基板（Ｓ－ＴＩＨ１１、ガラス基板厚さ：１．１ｍｍ、面積：１９．６×１９．６ｍｍ）上に、スパッタリング装置（ＱＡＭ－４、株式会社ＵＬＶＡＣ製）を用い、ターゲットとしてｎ型シリコン（９９．９９９％ Ｓｉ（Ｎ型Ｐドープ）、抵抗値５０－５００Ω・ｃｍ、株式会社高純度化学研究所製）を用い、光透過率測定用のシリコン膜（厚さ１００ｎｍ又は２００ｎｍ）を得た。次いで、測定器（ＵＳＢ２０００＋、Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ社製）を用いて、各シリコン膜の一方の面から、積分時間：３６５ｍｓｅｃ、平均回数：５回、開始波長：３３９．５２３ｎｍ、終了波長：１０２８．６６２ｎｍの条件で、開始波長から終了波長までの光を照射し、各波長における光透過率（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ（％））を測定した。得られた結果（シリコン膜の厚さ：１００ｎｍ、２００ｎｍ）を図１５に示す。また、照射した光が波長６７５ｎｍのときの光透過率（％）をそれぞれ下記の表３に示す。
（実施例２）
前記ＴｉＯ２に代え、ターゲットとしてノンドープシリコン（９９．９９９％ Ｓｉ、株式会社高純度化学研究所製）を用い、前記ＩＴＯ膜上にピュアシリコンからなる厚さ２００ｎｍの膜（ノンドープシリコン膜）を形成したこと以外は、比較例１と同様にして、プリズム、ジヨードメタン、ガラス基板、ＩＴＯ膜、ノンドープシリコン膜、Ａｕ膜がこの順に積層されたチップ（プリズム付きチップ）を得た。
実施例１で得られたプリズム付きチップに代えて実施例２で得られたプリズム付きチップを用いたこと以外は試験例１と同様にして、ＩＴＯ膜－Ａｕ膜（プラズモン共鳴膜電極）間の電流値（Ｃｕｒｒｅｎｔ（μＡ））を測定した。得られた結果を図１６に示す。なお、図１６には、測定された電流値の最大値を１００％として、該最大値に対する各電流値の比（Ｒａｔｉｏ ｏｆ Ｃｕｒｒｅｎｔ（％））を示す。また、併せて、参考として、実施例１で得られたプリズム付きチップを用いて測定されたＩＴＯ膜－Ａｕ膜（プラズモン共鳴膜電極）間の電流値についても、測定された電流値の最大値に対する比を示す。
図１６に示した結果から明らかなように、半導体膜としてノンドープシリコン膜を用いた場合（実施例２）にも、表面プラズモン共鳴が発生した場合に特徴的な光入射角度依存的な電流値の変化が観察され、プラズモン共鳴が発生していることが確認された。なお、ノンドープシリコンを用いた場合には、実施例１の場合とは逆に光入射角度依存的な電流値は増加方向に変化したが、電流値の増減が逆であっても、バイオセンサに用いることは可能である。
（実施例３）
先ず、実施例１と同様のＩＴＯ基板を準備し、前記スパッタリング装置を用い、ターゲットとしてｎ型シリコン（９９．９９９％ Ｓｉ（Ｎ型Ｐドープ）、抵抗値５０－５００Ω・ｃｍ、株式会社高純度化学研究所製）を用いて、前記ＩＴＯ基板上にＳｉからなる厚さ１００ｎｍの膜（シリコン膜）を形成した。次いで、Ｔｉ（９９．９９％、株式会社豊島製作所製）を用いて、前記シリコン膜上に、Ｔｉからなる厚さ１０ｎｍの膜（Ｔｉ膜）を形成した。次いで、前記スパッタリング装置を用い、ターゲットとしてＡｕ（９９．９９％、株式会社高純度化学研究所製）を用いて、前記Ｔｉ膜上に、Ａｕからなる厚さ５０ｎｍの膜（Ａｕ膜）を形成し、ガラス基板、ＩＴＯ膜、シリコン膜、Ｔｉ膜、Ａｕ膜がこの順に積層されたチップ（光電変換部（センサチップ））を得た。
次いで、得られたチップの前記ガラス基板のＩＴＯ膜と反対の面上にジヨードメタン（一級、富士フィルム和光純薬株式会社製）を塗布し、直角プリズム（Ｓ－ＴＩＨ１１、株式会社ときわ光学製、屈折率：１．７７）の斜面を密着させ、プリズム、ジヨードメタン、ガラス基板、ＩＴＯ膜、シリコン膜、Ｔｉ膜、Ａｕ膜がこの順に積層されたチップ（プリズム付きチップ）を得た。
実施例１で得られたプリズム付きチップに代えて実施例３で得られたプリズム付きチップを用いたこと以外は試験例１と同様にして、ＩＴＯ膜－Ａｕ膜間の電流値（Ｃｕｒｒｅｎｔ（μＡ））を測定した。得られた結果を図１７に示す。図１７には、実施例１で得られたプリズム付きチップを用いた結果及び比較例１で得られたプリズム付きチップを用いた結果も併せて示す。また、入射角度２０°のときの電流値（μＡ）をそれぞれ下記の表４に示す。
図１７及び表４に示した結果から明らかなように、接着層（Ｔｉ膜）をさらに備える場合（実施例３）には、電流値の変化量（絶対値）がさらに大きくなることが確認された。なお、接着層（Ｔｉ膜）をさらに備える場合には、実施例１の場合とは逆に光入射角度依存的な電流値は増加方向に変化したが、電流値の増減が逆であっても、バイオセンサに用いることは可能である。
以上説明したように、本開示の電気測定型表面プラズモン共鳴センサ及びそれに用いるセンサチップによれば、従来よりも高いセンサ感度を有する電気測定型表面プラズモン共鳴センサ及びそれに用いるセンサチップを提供することが可能となる。また、本開示のセンサ及びセンサチップは表面プラズモン共鳴を電気信号として検出することができるため、小型化やハイスループット化が容易である。さらに、本開示のセンサ及びセンサチップにおいては、サンプルに影響を与えないため、より正確な測定が可能となる。したがって、本開示のセンサ及びセンサチップは今後の医療や食品、環境技術の発展において非常に有用である。
１…プリズム、２…電極、３…シリコン半導体膜、４…プラズモン共鳴膜電極、５…透明基板、６…接着層、７…保護膜、８…反射共鳴膜、９…酸化膜、１０…分子結合膜、１１…サンプル層、１０１、１０２、１０３…センサチップ（光電変換部）、２１…電気的測定装置、３１、３１’…外部回路、１１０…増強センサチップ（実施形態１）、１２０…増強センサチップ（実施形態２）、１３０…増強センサチップ（実施形態３）、１４０…増強センサチップ（実施形態４）、１５０…増強センサチップ（実施形態５）、１６０…増強センサチップ（実施形態６）、１７０…増強センサチップ（実施形態７）、１８０…増強センサチップ（実施形態８）、２００…光源、３００…偏光子、４００…入射光、５１０…センサ（実施形態１）。

Claims (13)

  1. 電極、シリコン半導体膜、及びプラズモン共鳴膜電極がこの順で配置されているセンサチップと、プリズムとが、前記プリズム、前記電極、前記シリコン半導体膜、及び前記プラズモン共鳴膜電極の順で配置されたプラズモン共鳴増強センサチップと、
    前記電極及び前記プラズモン共鳴膜電極から電流又は電圧を直接測定する電気的測定装置と、
    を備える電気測定型表面プラズモン共鳴センサ。
  2. 前記センサチップにおいて、前記プラズモン共鳴膜電極の厚さが２００ｎｍ以下（ただし０を含まない）である、請求項１に記載の電気測定型表面プラズモン共鳴センサ。
  3. 前記センサチップにおいて、前記プラズモン共鳴膜電極と前記電極との間で整流特性を示す、請求項１又は２に記載の電気測定型表面プラズモン共鳴センサ。
  4. 前記センサチップにおいて、前記プラズモン共鳴膜電極と前記シリコン半導体膜との組み合わせがショットキー障壁を形成する組み合わせである、請求項３に記載の電気測定型表面プラズモン共鳴センサ。
  5. 前記センサチップにおいて、前記シリコン半導体膜中でｐｎ接合が形成されている、請求項３に記載の電気測定型表面プラズモン共鳴センサ。
  6. 前記センサチップにおいて、前記シリコン半導体膜と前記プラズモン共鳴膜電極との間にさらに接着層を備える、請求項１～３のうちのいずれか一項に記載の電気測定型表面プラズモン共鳴センサ。
  7. 前記センサチップにおいて、前記シリコン半導体膜と前記電極との間で整流特性を示す、請求項６に記載の電気測定型表面プラズモン共鳴センサ。
  8. 前記センサチップにおいて、前記シリコン半導体膜と前記電極との界面においてショットキー障壁による整流特性を示す、請求項７に記載の電気測定型表面プラズモン共鳴センサ。
  9. 前記シリコン半導体膜の、波長４００～７００ｎｍの光透過率が１～７０％である、請求項１～８のうちのいずれか一項に記載の電気測定型表面プラズモン共鳴センサ。
  10. 請求項１～９のうちのいずれか一項に記載の電気測定型表面プラズモン共鳴センサに用いるセンサチップであり、かつ、電極、シリコン半導体膜、及びプラズモン共鳴膜電極がこの順で配置されている、電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップ。
  11. 前記シリコン半導体膜と前記プラズモン共鳴膜電極との間にさらに接着層を備える、請求項１０に記載の電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップ。
  12. 電極、シリコン半導体膜、及びプラズモン共鳴膜電極がこの順で配置されているセンサチップと、プリズムとが、前記プリズム、前記電極、前記シリコン半導体膜、及び前記プラズモン共鳴膜電極の順で配置されたプラズモン共鳴増強センサチップと、
    前記電極及び前記プラズモン共鳴膜電極から電流又は電圧を直接測定する電気的測定装置と、
    を備える電気測定型表面プラズモン共鳴センサを用いて表面プラズモン共鳴の変化を検出する方法であり、
    前記プリズムの側から光を照射し、前記プリズム、前記電極、及び前記シリコン半導体膜を通過した光を、前記プラズモン共鳴膜電極と前記シリコン半導体膜との間で全反射させることで前記プラズモン共鳴膜電極と相互作用させて表面プラズモン共鳴を発生せしめると共に、前記プリズム及び前記電極を通過した光及び前記全反射した光を、シリコン半導体膜で光吸収させてホットエレクトロンを発生せしめ、
    前記シリコン半導体膜で光吸収により発生したホットエレクトロン、又は、前記シリコン半導体膜で光吸収により発生したホットエレクトロン及び前記表面プラズモン共鳴によって生じ前記シリコン半導体膜に移動したホットエレクトロン、を前記電極から電気信号として取り出し、
    前記電極と前記プラズモン共鳴膜電極との間の電流又は電圧の変化を前記電気的測定装置によって測定することで表面プラズモン共鳴の変化を検出する、
    表面プラズモン共鳴変化の検出方法。
  13. 前記プリズムの側から照射する光の波長が４００～７００ｎｍである、請求項１２に記載の表面プラズモン共鳴変化の検出方法。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113167727A (zh) * 2019-10-18 2021-07-23 Imra日本公司 电测定型表面等离子体激元共振传感器、电测定型表面等离子体激元共振传感器芯片和表面等离子体激元共振变化的检测方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008075542A1 (ja) 2006-12-20 2008-06-26 Nec Corporation フォトダイオード、光通信デバイスおよび光インタコネクションモジュール
WO2019031591A1 (ja) 2017-08-10 2019-02-14 イムラ・ジャパン株式会社 電気測定型表面プラズモン共鳴センサ及びそれに用いる電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップ

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5155617A (en) * 1991-06-13 1992-10-13 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Electro-optic attenuated total internal reflection modulator and method
JP2666889B2 (ja) * 1995-03-27 1997-10-22 工業技術院長 光電変換方法および光電変換素子
US5633492A (en) * 1995-04-17 1997-05-27 Ceram Optec Industries, Inc. Real time monitoring of changes in objects or media
US5591407A (en) * 1995-04-21 1997-01-07 American Research Corporation Of Virginia Laser diode sensor
JP3452837B2 (ja) 1999-06-14 2003-10-06 理化学研究所 局在プラズモン共鳴センサー
JP2001194295A (ja) * 2000-01-11 2001-07-19 Ntt Advanced Technology Corp 表面プラズモン共鳴測定用金属薄膜一体型フローセル及びその製造方法
KR20030047567A (ko) * 2001-12-11 2003-06-18 한국전자통신연구원 표면 플라즈몬 공명 센서 시스템
JP4076962B2 (ja) * 2003-04-23 2008-04-16 独立行政法人科学技術振興機構 差動式表面プラズモン共鳴現象測定装置及びその測定方法
CN1777801A (zh) * 2003-04-23 2006-05-24 独立行政法人科学技术振兴机构 差动式表面等离子体激元共振现象测定装置及其测定方法
WO2005078415A1 (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Omron Corporation 表面プラズモン共鳴センサー
KR100876608B1 (ko) * 2007-08-20 2008-12-31 한국생명공학연구원 회전거울을 이용한 표면 플라즈몬 공명 센서
WO2009070665A1 (en) * 2007-11-27 2009-06-04 Massachusetts Institute Of Technology Near field detector for integrated surface plasmon resonance biosensor applications
JP5589656B2 (ja) 2009-12-11 2014-09-17 セイコーエプソン株式会社 センサーチップ、センサーカートリッジ及び分析装置
JP2012038541A (ja) 2010-08-06 2012-02-23 Asahi Glass Co Ltd プラズモン共鳴型光電変換素子の製造方法、およびプラズモン共鳴型光電変換素子
CN102042972B (zh) * 2010-10-29 2013-01-16 清华大学 用于生物分子相互作用实时检测的干涉成像方法及其系统
CN102183507B (zh) * 2011-03-01 2012-11-21 吉林大学 一种长程表面等离子体激励表面增强拉曼散射的方法
CN103502798A (zh) * 2011-04-05 2014-01-08 集成等离子光子学公司 集成等离子激元感测装置和设备
JP2015502658A (ja) * 2011-11-14 2015-01-22 パシフィック インテグレイテッド エナジー， インコーポレイテッド 電磁エネルギー収集のためのデバイス、システム、および方法
US10444179B2 (en) * 2016-08-10 2019-10-15 Multerra Bio, Inc. Apparatuses and methods for detecting molecules and binding energy
US20210190772A1 (en) * 2017-01-23 2021-06-24 University Of Louisville Research Foundation, Inc. Electrically-modulated surface waves and an electrode interface comprising a metallic bilayer
JP6928931B2 (ja) 2017-05-08 2021-09-01 国立大学法人電気通信大学 計測用デバイス及び計測センサ
US20190056389A1 (en) * 2017-08-15 2019-02-21 Aykutlu Dana System and method for determining the presence or absence of adsorbed biomolecules or biomolecular structures on a surface
JP7172693B2 (ja) * 2019-02-12 2022-11-16 株式会社アイシン 電気測定型表面プラズモン共鳴センサ、電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップ、及び表面プラズモンポラリトン変化検出方法
CN113167727A (zh) * 2019-10-18 2021-07-23 Imra日本公司 电测定型表面等离子体激元共振传感器、电测定型表面等离子体激元共振传感器芯片和表面等离子体激元共振变化的检测方法
CN112014358B (zh) * 2020-08-31 2024-01-23 南京师范大学 一种双程表面等离子共振的光学薄膜气体传感器及其制法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008075542A1 (ja) 2006-12-20 2008-06-26 Nec Corporation フォトダイオード、光通信デバイスおよび光インタコネクションモジュール
WO2019031591A1 (ja) 2017-08-10 2019-02-14 イムラ・ジャパン株式会社 電気測定型表面プラズモン共鳴センサ及びそれに用いる電気測定型表面プラズモン共鳴センサチップ

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