KR100723401B1 - 나노 크기의 다공성 재료를 이용한 표면 플라즈몬 공명소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다공의 크기 및 밀도를 조절하여 유전체 재료의 굴절률을 임의로 조절함으로써 높은 해상도와 감도를 갖는 최적의 표면 플라즈몬 공명 소자 및 그 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 소자는, 투명기판; 상기 투명기판의 상면에 형성된 다공성 유전체층; 상기 다공성 유전체층 위에 형성된 금속박막; 및 상기 투명기판의 하면에 부착된 프리즘;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

나노 크기의 다공성 재료를 이용한 표면 플라즈몬 공명 소자 및 그 제조방법{Long-range SPR device having nanoporous material and method for fabricating the same}

도 1은 표면 플라즈몬 공명 현상을 일으키기 위한 프리즘 구조를 도시한다.

도 2는 유전체를 이용한 장범위 표면 플라즈몬 공명 현상을 일으키기 위한 프리즘 구조를 도시한다.

도 3은 표면 플라즈몬 공명에 의한 광흡수를 나타내는 그래프이다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 소자의 제조 과정을 도시한다.

도 5는 다공성 유전체층 및 금속박막층의 두께와 반사도-감도와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 6은 반사도-감도의 정의를 설명하기 위한 그래프이다.

도 7a 내지 도 8b는 금속박막층의 두께가 고정된 상태에서 다공성 유전체층의 두께 및 굴절률과 감도와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 소자의 제조 과정을 나타내는 순서도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

20.....투명 기판 21.....다공성 유전체층

22.....다공형성물질 23.....다공

24.....금속박막층 25.....프리즘

본 발명은 나노 크기의 다공성 재료를 이용한 표면 플라즈몬 공명 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다공의 크기 및 밀도를 조절하여 유전체 재료의 굴절률을 임의로 조절함으로써 높은 해상도와 감도를 갖는 최적의 표면 플라즈몬 공명 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

지금까지 생체 시료를 검출 및 분석하는 방법으로는 형광분석 방법이 주로 사용되었으나, 형광분석 방법은 시료를 염색하는 과정이 복잡하고 형광 염료의 가격이 매우 비싸다는 문제가 있었다. 이에 따라 형광 염료 없이 생체분자들을 검출하는 방법이 제안되었는데, 그 중 하나가 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance; SPR) 현상을 이용하는 방법이다. 표면 플라즈몬이란 금속박막과 유전체의 경계 면을 따라 진행하는 표면 전자기파로서, 표면 플라즈몬 공명 현상은 금속박막 표면에서 일어나는 전자들의 집단적인 진동(charge density oscillation)에 의해 발생하는 것으로 알려져 있다.

도 1은 이러한 표면 플라즈몬 공명을 일으키기 위한 구조를 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 유리와 같은 투명기판(11)의 밑면과 상면에 각각 프리즘(10)과 금속박막(12)이 부착되어 있으며, 상기 금속박막(12) 위에는 측정될 액체 시료(analyte)(13)가 올려져 있다. 여기서 투명기판(11)과 프리즘(10)은 동일한 굴절률을 갖는 재료로 이루어진다. 이러한 구조에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 소정의 각도 이상으로 광을 입사시키면 투명기판(11)과 금속박막(12)과의 경계면에서 전반사가 일어난다. 이렇게 전반사가 일어나는 경우, 반사면에서 금속박막(12) 쪽으로 매우 짧은 유효거리를 갖는 소산파(消散波, Evanescent wave)가 발생한다. 금속박막(12)의 두께는 상기 소산파의 유효거리 보다 작게 형성되기 때문에, 소산파는 금속박막(12) 위의 액체 시료(13)에 도달할 수 있다. 이때, 입사광의 파장을 연속적으로 변화시키면, 특정 파장에서 광이 흡수되면서 금속박막(12)의 표면에서 전자들의 집단적 진동이 발생하게 된다. 이를 표면 플라즈몬이 여기되었다고 한다. 이러한 현상은 파장을 변화시키는 대신 광의 입사각을 연속적으로 변경시킬 경우에도 특정 입사각에서 발생할 수 있다. 표면 플라즈몬이 여기되는 파장 또는 입사각은 상기 액체 시료(13)의 굴절률에 의해 결정된다.

도 3은 파장의 변화에 따른 반사도의 변화를 도시하는 그래프이다. 도 3에서 A 로 표시한 반사도 곡선은 액체 시료(13)가 순수한 물인 경우로서, 약 700nm의 파장에서 표면 플라즈몬 공명이 일어나면서 반사도가 급격히 떨어지는 것을 알 수 있다. 만약 물에 임의의 생체 물질이 소량 용해되어 굴절률에 변화가 생기면, A' 로 표시한 반사도 곡선과 같이 공명 파장이 달라지게 된다. 이러한 원리를 이용하면, 액체 시료로부터 특정 생체 분자의 존재 유무 등을 검출하는 것이 가능해진다.

그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 이 방법의 경우, 반사도 곡선의 변화가 매우 작을 뿐만 아니라 곡선의 폭이 넓기 때문에, 해상도 및 감도(sensitivity)가 충분히 높지 않다. 또한, 소산파의 유효거리가 매우 짧기 때문에 비교적 큰 대상물에 대한 측정이 곤란하다는 문제가 있다.

도 2는 이러한 문제를 개선하기 위한 구조로서, 도 1의 구조에서 투명기판(11)과 금속박막(12) 사이에 유전체로 이루어진 버퍼층(14)을 삽입한 구조이다. 이렇게 투명기판(11)과 금속박막(12) 사이에 유전체 버퍼층(14)을 삽입할 경우, 소산파의 유효거리가 길어져서 비교적 큰 대상물에 대한 측정이 가능해진다는 것이 알려져 있다. 따라서 이를 장범위 표면 플라즈몬 공명(long-range SPR)이라 부른다. 또한, 도 3에 도시된 반사도 곡선(B, B')을 통해 알 수 있듯이, 폭이 매우 좁은 예리한 반사도 곡선이 형성되기 때문에, 보다 높은 해상도와 감도를 얻을 수 있다. 도 3에서 반사도 곡선(B)는 액체 시료(13)가 순수한 물인 경우이고, 반사도 곡선(B')은 물에 다른 물질이 소량 용해되어 굴절률에 변화가 생긴 경우이다. 앞서 설명한 반사도 곡선(A, A')과 비교할 때, 매우 예리한 반사도 곡선이 형성됨을 알 수 있다.

그러나, 버퍼층(14)으로서 사용할 수 있는 유전체 재료는 매우 한정되어 있다. 버퍼층(14)은 유리와 같은 투명기판(11) 위에 코팅될 수 있는 투명 재료이고, 표면 플라즈몬 공명 현상이 발생할 수 있도록 액체 시료와 유사한 범위의 굴절률을 가져야 한다. 현재까지 이 조건을 만족시킬 수 있는 물질로는 테프론(Teflon)과 불화마그네슘(MgF₂)만이 있다. 그런데, 이들은 모두 굴절률이 특정한 값으로 고정되어 있기 때문에, 액체 시료에 따라 최적의 반사도 곡선을 갖도록 설계하는 것이 불가능하다. 즉, 해상도와 감도를 높이기 위해서는 반사도 곡선이 예리할수록 좋은데, 이를 위해서는 액체 시료의 굴절률에 따라 적절한 굴절률의 버퍼층(14)을 사용하여야 하지만, 지금까지는 선택할 수 있는 버퍼층(14)의 재료가 매우 제한되어 있다. 따라서, 반사도 곡선이 예리해지더라도 외부의 환경의 교란 등으로 인한 노이즈가 높아져서 실질적인 해상도의 개선이 이루어지지는 않았다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 임의로 조절된 굴절률을 갖는 버퍼층을 구비한 표면 플라즈몬 공명 소자를 제공하는 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 나노 크기의 다공성 재료를 이용하여 버퍼층의 굴절률을 임의로 조절함으로써 최적의 검출 조건을 만족시킬 수 있는 표면 플라즈몬 공명 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 유형에 따른 표면 플라즈몬 공명 소자는, 투명기판; 상기 투명기판의 상면에 형성된 다공성 유전체층; 상기 다공성 유전체층 위에 형성된 금속박막; 및 상기 투명기판의 하면에 부착된 프리즘;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 다공성 유전체층은 내부에 형성된 다공의 밀도를 조절함으로써 굴절률이 조절된 것을 특징으로 한다. 이러한 다공성 유전체층은 유전체 재료에 다공형성물질(porogen)을 분산시킨 후, 열처리를 통해 상기 다공형성물질을 기화시킴으로써 형성될 수 있다. 상기 유전체 재료로는, 예컨대, 실란(silane) 또는 실록산 폴리머(siloxane polymer)를 포함할 수 있으며, 상기 다공형성물질로는 싸이클로덱스트린(Cyclodextrin)을 포함한다. 이렇게 형성된 상기 다공성 유전체층 내의 다공의 크기는 10nm 이하인 것이 좋다.

한편, 상기 금속박막은 금(Au)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 금속박막의 두께는 20nm 이하인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 투명기판과 상기 프리즘은 동일한 굴절률을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 한 유형에 따른 표면 플라즈몬 공명 소자의 제조 방법은, 유전체 재료에 다공형성물질(porogen)을 소정 비율로 혼합하여 분산시키는 단계; 상기 다공형성물질이 분산된 유전체 재료를 투명 기판의 상면에 소정 두께로 도포하는 단계; 열처리를 통해 상기 유전체 재료를 결정화시키는 동시에, 유전체 재료 내에 분산된 다공형성물질을 기화시켜 다공성 유전체층을 형성하는 단계; 상기 다공성 유전체층 위에 금속박막을 증착하는 단계; 및 상기 투명 기판의 하면에 프리즘을 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 유전체 재료와 다공형성물질의 혼합 비율은, 측정하고자 하는 시료에 따라 최적으로 결정된 표면 플라즈몬 공명 소자의 파라미터에 따라 결정된다. 이러한 플라즈몬 공명 소자의 파라미터는 다공성 유전체층의 굴절률, 다공성 유전체층의 두께, 투명기판의 굴절률, 프리즘의 굴절률, 금속박막의 두께 및 광원의 파장을 포함할 수 있다. 상기 유전체 재료와 다공형성물질의 혼합 비율은, 특히, 상기 다공성 유전체층의 굴절률에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 다공성 유전체층을 형성하기 위한 열처리 단계는 약 450℃에서 수행되는 것이 좋다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 장범위 표면 플라즈몬 공명(LRSPR) 소자 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.

앞서 설명한 바와 같이, 특정 액체 시료에 대해 최적의 굴절률을 가지면서 표면 플라즈몬 공명이 가능한 유전체는 아직까지 발견되지 않고 있다. 따라서, 표면 플라즈몬 공명이 가능한 유전체 물질을 적절히 처리하여 원하는 굴절률을 갖도록 할 필요가 있다. 이렇게 유전체 물질의 굴절률을 변화시키는 방법으로서, 유전체 물질이 다공성을 갖도록 하는 방법이 알려져 있다. 다공성 유전체 물질을 제조하는 방법으로는, 일반적으로 유전체 물질 내에 유기물 입자로 이루어진 다공형성물질(porogen)을 분산시킨 후, 열처리를 통해 유전체 물질 내의 상기 다공형성물질을 기화시키는 방법이 있다. 유전체 물질 내의 다수의 다공형성물질이 기화되면서 상기 다공형성물질이 있던 공간이 공동화되고, 그 결과 유전체 물질 내에 작은 크기의 다공이 형성되는 것이다. 이때, 유전체 물질과 다공형성물질의 비율에 따라, 최종적으로 제조된 다공성 유전체 물질의 굴절률이 변화하게 된다.

도 4a 내지 도 4d는 이러한 원리를 이용하는 본 발명에 따른 장범위 표면 플라즈몬 공명(LRSPR) 소자의 제조 과정을 도시하고 있다.

먼저, 도 4a를 참조하면, 예컨대, 유리와 같은 투명기판(20) 위에 다공형성물질(porogen)(22)이 분산된 유전체층(21)이 형성되어 있다. 예컨대, 물 속에 용해된 시료를 검출하고자 하는 경우, 최적의 검출 조건을 만족시키는 버퍼층의 굴절률 은 약 1 내지 1.4의 범위 내에서 찾을 수 있기 때문에, 약 3 이하의 매우 낮은 유전률을 갖는 유전체 재료를 사용하는 것이 적당하다. 이러한 유전체층(21)의 재료로서, 예컨대, 실란(silane) 또는 실록산 폴리머(siloxane polymer)를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 젤 상태의 실란 또는 실록산 폴리머에 다공형성물질(22)을 분산시켜 투명기판(20) 위에 도포함으로써 도 4a와 같은 구조를 형성할 수 있다.

그런 후, 약 450℃ 정도의 온도에서 실란 또는 실록산 폴리머과 같은 재료로 구성된 상기 유전체층(21)을 열처리하면, 유전체층(21)이 결정화되기 시작한다. 그 과정에서 유전체층(21) 내의 다공형성물질(22)이 기화되어 유전체층(21)으로부터 빠져 나가고, 유전체층(21) 내부에는 다수의 공동(23)이 형성된다. 따라서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 투명기판(20) 위에 다공성 유전체층(21)이 형성된다. 이렇게 형성된 다공성 유전체층(21)은 장범위 표면 플라즈몬 공명을 위한 버퍼층으로서 역할을 하게 된다.

다음으로, 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 다공성 유전체층(21) 위에 얇은 금속박막(24)을 증착하고, 투명기판(20)의 하면에 프리즘(25)을 부착한다. 금속박막(24)으로는 예컨대 금(Au)을 사용할 수 있다. 상기 금속박막(24)의 두께는 기판(20)과 다공성 유전체층(21)과의 계면에서 발생하는 소산파의 유효거리 보다 작은 두께를 가져야 한다. 바람직한 금속박막(24)의 두께는 약 20nm 이하이다. 이미 설명한 바와 같이, 프리즘(25)은 투명기판(20)의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는 것이 좋다. 따라서, 프리즘(25)은 투명기판(20)과 동일한 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 프리즘(25)과 투명기판(20)을 부착시키기 위한 굴절률 정합물질 (index matching fluid, transparent elastomer) 역시 이들과 같은 굴절률을 갖는 것을 사용한다.

이때, 금속박막(24)의 두께가 약 20nm 정도로 매우 얇게 형성되기 때문에, 금속박막(24)이 증착될 다공성 유전체층(21)의 표면은 매우 평탄하여야 한다. 그런데, 다공성 유전체층(21)의 표면에는 다공으로 인하여 무수히 많은 홈들이 형성되어 있다. 다공성 유전체층(21)의 표면에 형성된 홈의 크기가 클 경우, 다공성 유전체층(21) 위에 금속박막(24)이 균일하게 증착되기 어려우며, 이로 인해 빛이 입사되는 위치에 따라 표면 플라즈몬 공명 조건이 달라지거나 표면 플라즈몬 공명 현상이 일어나지 않을 수도 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해서는 유전체층(21)에 형성되는 다공의 직경이 금속박막(24)의 두께에 비하여 매우 작을 필요가 있다. 즉, 다공의 직경이 수 nm 이하가 되도록 다공성 유전체층(21)을 형성하여야 한다. 이를 위해서, 상기 다공형성물질(22)은 직경이 매우 작아야 하고, 유전체 내에 고르게 분산될 수 있는 유기물이어야 한다. 이러한 조건에 적당한 다공형성물질로서, 예컨대, 싸이클로덱스트린(Cyclodextrin)을 일반적으로 사용할 수 있다. 이 경우, 다공성 유전체층(21) 내에 형성되는 다공의 크기를 2nm 이내로 형성하는 것이 가능하다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 이렇게 형성된 다공성 유전체층(21)의 굴절률은 다공형성물질의 혼합 비율에 따라 달라지게 된다. 즉, 다공성 유전체층(21) 내의 다공의 밀도에 따라 굴절률이 변한다. 따라서, 검출하고자 하는 액체 시료에 적당한 다공성 유전체층(21)의 최적의 굴절률을 미리 결정한 다음, 소망하는 굴절률 을 갖도록 다공성 유전체층(21)을 형성하는 과정에서 다공형성물질의 비율을 조절한다. 표 1은 유전체 재료로서 CSSQ(Cyclic Silsesquioxane)를 사용하고, 다공형성물질로서 싸이클로덱스트린(CD)을 사용하는 경우, 유전체 재료와 다공형성물질의 비율에 따른 굴절률의 변화를 도시한다. 표 1을 통해 알 수 있듯이, 다공형성물질의 비율이 증가할수록(다공의 밀도가 증가할수록) 굴절률이 점차 작아지고 있다. 표 1을 보면, 순수 CSSQ의 굴절률은 1.433 이지만 싸이클로덱스트린을 50wt% 사용하여 형성된 다공성 CSSQ의 굴절률은 약 1.315까지 감소하게 된다.

시료	굴절률	밀도(g/㎤)	부피당 다공율 Porosity(%)
CSSQ	1.433	1.447	-
CSSQ/tCD 10wt%	1.398	1.311	9.4
CSSQ/tCD 20wt%	1.367	1.216	16.0
CSSQ/tCD 30wt%	1.353	1.114	23.0
CSSQ/tCD 40wt%	1.335	1.073	25.9
CSSQ/tCD 50wt%	1.315	1.017	29.7

시료에 따른 다공성 유전체층(21)의 최적의 굴절률은 시뮬레이션을 통해 미리 구하는 것이 가능하다. 도 5는 다공성 유전체층(21)의 굴절률을 고정시킨 상태에서, 다공성 유전체층(21) 및 금속박막층(24)의 두께를 변화시킬 경우 반사도-감도를 나타내는 시뮬레이션 그래프이다.

반사도-감도(reflectivity-sensitivity)는 액체 시료의 굴절률 변화로 인하여 반사도 곡선이 시프트 될 때, 반치폭(half-width, 半値幅)에서의 빛의 세기의 변화를 나타낸다. 도 6에서, 프리즘(25)을 통해 투명기판(20)과 다공성 유전체층(21)의 계면으로 입사하는 광의 입사각을 63°부터 65°까지 변화시킬 때, 액체시료의 초기 반사도 곡선은 왼쪽에 예시되어 있다. 액체시료에 특정한 생체분자가 포 함되면 시료의 굴절률이 변하면서 반사도 곡선도 오른쪽으로 이동하게 된다. 이에 따라, 초기 반사도 곡선의 반치폭에 대응하는 입사각에서 반사광의 세기는 C 만큼 증가하게 된다. 이때, 증가폭이 클수록 해상도와 감도 역시 증가하게 된다. 따라서, 반사도-감도는 굴절률 변화량 당 반치폭에서의 반사도의 변화량으로 정의될 수 있으며, 단위는 "/RIU(refractive index unit)"을 사용한다.

도 5는, 액체시료 용액으로서 물(n=1.333)을 이용하고, 금속박막(24)으로서 금(Au)을 사용하며, 다공성 유전체층(21)의 굴절률을 n=1.333, 입사광의 파장을 632.8nm, 프리즘의 내각을 60°, 632.8nm의 파장에서 프리즘의 굴절률을 n=1.51509 로 하였을 때의 시뮬레이션 결과이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 금속박막(24)의 두께가 얇을수록, 그리고 다공성 유전체층(21)의 두께가 두꺼울수록 반사도-감도가 증가하는 것을 알 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 동일한 조건에서 금속박막(24)의 두께를 20nm로 고정시키고, 다공성 유전체층(21)의 두께와 굴절률의 변화에 따른 반사도-감도의 변화를 시뮬레이션한 결과이다. 먼저, 도 7a를 보면, 그래프의 중심쪽으로 갈수록 반사도-감도가 증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 다공성 유전체층(21)의 두께가 800nm에서 1400nm로 변하는 동안 반사도-감도가 점차 증가하다가 감소하며, 굴절률이 1.31에서 1.36으로 변하는 동안 마찬가지로 반사도-감도가 점차 증가하다가 감소한다. 도 7b는 1050nm부터 1350nm까지의 다공성 유전체층(21)의 두께 구간과, 1.333부터 1.355까지의 다공성 유전체층(21)의 굴절률 구간을 확대한 그래프이다. 도 7b를 통해 알 수 있듯이, 다공성 유전체층(21)의 두께가 1300nm 이고 굴절률이 1.35일 때, 반사도-감도가 최대가 되는 것을 알 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 동일한 조건에서 금으로 된 금속박막(24)의 두께를 12nm로 고정시키고, 다공성 유전체층(21)의 두께와 굴절률의 변화에 따른 반사도-감도의 변화를 시뮬레이션한 결과이다. 도 8a의 경우에도 도 7a와 마찬가지로, 그래프의 중심쪽으로 갈수록 반사도-감도가 증가하고 있다. 도 8b는 1500nm부터 2000nm까지의 다공성 유전체층(21)의 두께 구간과, 1.329부터 1.339까지의 다공성 유전체층(21)의 굴절률 구간을 확대한 그래프이다. 도 8b를 통해 알 수 있듯이, 다공성 유전체층(21)의 두께가 1700nm 근방이고 굴절률이 1.333 근방일 때, 반사도-감도가 최대가 되는 것을 알 수 있다. 그리고, 이때의 반사도-감도의 최대값은 약 600/RIU로서 금속박막(24)의 두께가 20nm 일 때의 최대값인 178/RIU 보다 훨씬 크다는 것을 알 수 있다.

상기와 같은 시뮬레이션 결과를 통해, 측정하고자 하는 시료에 따라 다공성 유전체층(21)의 최적의 굴절률과 최적의 두께 등과 같은 여러 파라미터를 미리 계산할 수 있다. 이러한 계산 결과, 시료에 따라 최적화된 장범위 표면 플라즈몬 공명 소자를 제조하는 것이 가능하다.

도 9는 본 발명에 따른 장범위 표면 플라즈몬 공명 소자의 제조 과정을 나타내는 순서도이다. 도 9를 참조하면, 먼저 시뮬레이션을 통해, 시료에 따라 최적화된 장범위 표면 플라즈몬 공명 소자의 여러 가지 파라미터를 결정한다. 예컨대, 금속박막(24)의 두께, 다공성 유전체층(21)의 두께, 다공성 유전체층(21)의 굴절률, 금속박막(24)의 재료, 투명기판(20) 및 프리즘(25)의 재료, 광원의 파장 등을 최적 화하여 결정할 수 있다. 그런 후, 도 4a 내지 도 4b를 참조로 이미 설명한 바와 같이, 소망하는 굴절률을 가질 수 있도록 유전체 재료에 다공형성물질(22)을 소정의 비율로 혼합하여 분산시키고, 이를 투명기판(20) 위에 도포한다. 이때, 유전체 재료는 미리 결정된 소정의 두께로 도포된다. 그런 후, 유전체 재료를 결정화시키고 유전체 재료 내의 다공형성물질(22)을 제거하기 위해 열처리를 수행함으로써, 다공성 유전체층(21)을 형성한다. 마지막으로, 미리 계산된 소정의 두께로 금속박막(24)을 상기 다공성 유전체층(21) 위에 증착하고, 프리즘을 투명기판(20)에 부착하여 본 발명에 따른 최적화된 표면 플라즈몬 공명 소자를 제조한다.

지금까지 설명한 바와 같이, 종래의 기술과는 달리, 본 발명에서는 버퍼층의 굴절률을 임의로 조절하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명에 따르면 최적화된 장범위 표면 플라즈몬 공명 소자를 제조할 수 있다. 그 결과, 높은 해상도와 감도를 동시에 얻는 것이 가능하며, 액체 시료에서 미세한 굴절률의 변화도 감지해 낼 수 있다. 따라서, 액체 시료 내의 아주 적은 량의 물질도 검출하는 것이 가능하다.

또한, 종래의 장범위 표면 플라즈몬 공명 소자는 버퍼층으로 사용할 수 있는 물질이 한정되어 있었기 때문에, 주로 물을 용매로 하는 액체 시료만을 검출 대상으로 할 수 있었다. 그러나, 본 발명에 따르면 시료에 따라 최적화된 장범위 표면 플라즈몬 공명 소자를 제조하는 것이 가능하기 때문에, 시료의 용매가 물에만 한정되지 않으며 다른 종류의 물질을 용매로 하는 시료에 대해서도 충분히 검출 가능한 표면 플라즈몬 공명 소자를 제조할 수 있다.

Claims (20)

1. 삭제
2. 삭제
3. 투명기판;

   상기 투명기판의 상면에 형성된 다공성 유전체층;

   상기 다공성 유전체층 위에 형성된 금속박막; 및

   상기 투명기판의 하면에 부착된 프리즘;을 포함하며,

   상기 다공성 유전체층은 유전체 재료에 다공형성물질(porogen)을 분산시킨 후, 열처리를 통해 상기 다공형성물질을 기화시킴으로써 형성되는 것으로,

   상기 다공성 유전체층은 내부에 형성된 다공의 밀도를 조절함으로써 굴절률이 조절된 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 소자.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 유전체 재료는 실란 및 실록산 폴리머 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 소자.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 다공형성물질은 싸이클로덱스트린(Cyclodextrin)을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 소자.
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12. 유전체 재료에 다공형성물질(porogen)을 소정 비율로 혼합하여 분산시키는 단계;

    상기 다공형성물질이 분산된 유전체 재료를 투명 기판의 상면에 소정 두께로 도포하는 단계;

    열처리를 통해 상기 유전체 재료를 결정화시키는 동시에, 유전체 재료 내에 분산된 다공형성물질을 기화시켜 다공성 유전체층을 형성하는 단계;

    상기 다공성 유전체층 위에 금속박막을 증착하는 단계; 및

    상기 투명 기판의 하면에 프리즘을 접합하는 단계;를 포함하며,

    상기 유전체 재료와 다공형성물질의 혼합 비율은, 측정하고자 하는 시료, 다공성 유전체층의 두께, 투명기판의 굴절률, 프리즘의 굴절률, 금속박막의 두께 및 광원의 파장으로부터 결정되는 것을 특징으로 표면 플라즈몬 공명 소자의 제조방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 유전체 재료와 다공형성물질의 혼합 비율은 상기 다공성 유전체층의 굴절률에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 소자의 제조방법.
14. 유전체 재료에 다공형성물질(porogen)을 소정 비율로 혼합하여 분산시키는 단계;

    상기 다공형성물질이 분산된 유전체 재료를 투명 기판의 상면에 소정 두께로 도포하는 단계;

    열처리를 통해 상기 유전체 재료를 결정화시키는 동시에, 유전체 재료 내에 분산된 다공형성물질을 기화시켜 다공성 유전체층을 형성하는 단계;

    상기 다공성 유전체층 위에 금속박막을 증착하는 단계; 및

    상기 투명 기판의 하면에 프리즘을 접합하는 단계;를 포함하며,

    다공성 유전체층 내의 다공의 크기는 10nm 이하인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 소자의 제조방법.
15. 유전체 재료에 다공형성물질(porogen)을 소정 비율로 혼합하여 분산시키는 단계;

    상기 다공형성물질이 분산된 유전체 재료를 투명 기판의 상면에 소정 두께로 도포하는 단계;

    열처리를 통해 상기 유전체 재료를 결정화시키는 동시에, 유전체 재료 내에 분산된 다공형성물질을 기화시켜 다공성 유전체층을 형성하는 단계;

    상기 다공성 유전체층 위에 금속박막을 증착하는 단계; 및

    상기 투명 기판의 하면에 프리즘을 접합하는 단계;를 포함하며,

    상기 유전체 재료는 실란 및 실록산 폴리머 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 소자의 제조방법.
16. 유전체 재료에 다공형성물질(porogen)을 소정 비율로 혼합하여 분산시키는 단계;

    상기 다공형성물질이 분산된 유전체 재료를 투명 기판의 상면에 소정 두께로 도포하는 단계;

    열처리를 통해 상기 유전체 재료를 결정화시키는 동시에, 유전체 재료 내에 분산된 다공형성물질을 기화시켜 다공성 유전체층을 형성하는 단계;

    상기 다공성 유전체층 위에 금속박막을 증착하는 단계; 및

    상기 투명 기판의 하면에 프리즘을 접합하는 단계;를 포함하며,

    상기 다공형성물질은 싸이클로덱스트린(Cyclodextrin)을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 소자의 제조방법.
17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,

    열처리를 통해 다공성 유전체층을 형성하는 단계는 450℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 소자의 제조방법.
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