KR101672980B1 - 틈 배치 구조체 및 그것을 이용한 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피측정물이 유지된 틈 배치 구조체에 전자파를 조사하여, 상기 틈 배치 구조체에서 산란되는 전자파의 주파수 특성을 검출함으로써 상기 피측정물의 특성을 측정하는 방법에 이용되는 틈 배치 구조체이며, 상기 틈 배치 구조체는 제1 주면과, 상기 제1 주면에 대향하는 제2 주면 및, 상기 제1 주면 및 제2 주면에 수직한 방향으로 관통한 복수의 틈부를 가지고, 상기 제1 주면에서의 상기 틈부의 개공 면적이, 상기 제2 주면에서의 틈부의 개공 면적보다도 작은 것을 특징으로 하는 틈 배치 구조체이다.
Description
본 발명은 피측정물의 측정에 이용되는 틈 배치 구조체 및 그것을 이용한 측정 방법에 관한 것이다.
종래부터, 물질의 특성을 분석하기 위해서, 틈 배치 구조체에 피측정물을 유지하고, 그 피측정물이 유지된 틈 배치 구조체에 전자파를 조사(照射)하여, 그 투과 스펙트럼 등을 해석해서 피측정물의 특성을 검출하는 측정 방법이 이용되고 있다. 구체적으로는 예를 들면, 금속 메시(mesh)에 부착된 단백질 등의 피측정물에, 테라헤르츠파(terahertz wave)를 조사하여 투과 스펙트럼을 해석하는 수법을 들 수 있다.
이러한 전자파를 이용한 투과 스펙트럼의 해석 수법의 종래 기술로서, 예를 들면, 특허문헌 1(일본국 공개특허공보 2007-010366호)에는 피측정물이 유지된 틈 배치 구조체(예를 들면, 메시형상의 도체판)를 향하여 전자파를 조사하고, 틈 배치 구조체를 투과한 전자파를 측정해서, 측정값의 주파수 특성이 피측정물의 존재에 의해 변화되는 것에 기초하여 피측정물의 특성을 검출하는 방법이 개시되어 있다.
한편, 특허문헌 1에 개시되는 틈 배치 구조체는 도 18(b) 등의 기재로부터, 기본적으로 틈부의 개구면적은 앞과 뒤가 대략 동일하며, 틈부를 형성하는 내벽면과 틈 배치 구조체의 주면(主面)이 이루는 각도는 대략 90도인 것이 가정되어 있다.
이러한 경우, 피측정물의 양이 적으면, 주파수 특성의 변화는 근소해져서 검출이 어려워진다. 이렇기 때문에, 측정 감도가 더욱 뛰어난 측정을 실현하기 위한 측정 디바이스의 제공이 또한 요망되고 있었다.
본 발명은 종래보다도, 측정 감도가 더욱 뛰어난 측정을 실현하기 위한 틈 배치 구조체, 및 그것을 이용한 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 이하와 같다.
(1) 피측정물이 유지된 틈 배치 구조체에 전자파를 조사하여, 상기 틈 배치 구조체에서 산란되는 전자파의 주파수 특성을 검출함으로써, 상기 피측정물의 특성을 측정하는 방법에 이용되는 틈 배치 구조체로서,
상기 틈 배치 구조체는, 제1 주면과, 상기 제1 주면에 대향하는 제2 주면 및, 상기 제1 주면 및 상기 제2 주면에 수직한 방향으로 관통한 복수의 틈부를 가지고,
상기 제1 주면에서의 상기 틈부의 개공(開孔) 면적이, 상기 제2 주면에서의 상기 틈부의 개공 면적보다도 작은 것을 특징으로 하는 틈 배치 구조체.
(2) 상기 틈 배치 구조체의 제1 주면과 상기 틈부의 적어도 1개의 내벽이 이루는 각도가 예각(銳角)인 상기 (1)의 틈 배치 구조체.
(3) 상기 제2 주면에서의 상기 틈부의 개공 면적의, 상기 제1 주면에서의 상기 틈부의 개공 면적에 대한 비율은 1.02~2.5인 상기 (1) 또는 (2)의 틈 배치 구조체.
(4) 상기 제1 주면에서의 상기 틈부의 개공은 상기 피측정물이 통과할 수 없는 크기이며, 상기 제2 주면에서의 상기 틈부의 개공은 상기 피측정물이 통과할 수 있는 크기인 상기 (1)~(3) 중 어느 하나의 틈 배치 구조체.
(5) 상기 틈부의 내벽이 오목부를 가지는 상기 (1)~(4) 중 어느 하나의 틈 배치 구조체.
(6) 피측정물이 유지된 틈 배치 구조체에 전자파를 조사하여, 상기 틈 배치 구조체에서 산란된 전자파의 주파수 특성을 검출함으로써 상기 피측정물의 특성을 측정하는 방법으로서,
상기 (1)의 틈 배치 구조체를 이용하는 측정 방법.
(7) 피측정물이 유지된 틈 배치 구조체에 전자파를 조사하여, 상기 틈 배치 구조체에서 산란된 전자파의 주파수 특성을 검출함으로써 상기 피측정물의 특성을 측정하는 방법으로서,
상기 (2)의 틈 배치 구조체를 이용하여, 상기 틈 배치 구조체의 상기 제1 주면의 근방에 상기 피측정물을 유지하는 측정 방법.
(8) 피측정물이 유지된 틈 배치 구조체에 전자파를 조사하여, 상기 틈 배치 구조체에서 산란된 전자파의 주파수 특성을 검출함으로써 상기 피측정물의 특성을 측정하는 방법으로서,
상기 (2)의 틈 배치 구조체를 이용하여, 상기 틈 배치 구조체의 상기 제2 주면의 근방에 상기 피측정물을 유지하는 측정 방법.
(9) 상기 (4)의 틈 배치 구조체를 이용하여, 상기 피측정물을 상기 틈 배치 구조체의 상기 제2 주면측에서 상기 제1 주면의 방향으로 이동시킴으로써, 상기 틈 배치 구조체의 적어도 일부의 상기 틈부에서 상기 피측정물을 유지하는 측정 방법.
본 발명의 틈 배치 구조체는 그 제1 주면에서의 틈부의 개공 면적이, 제2 주면에서의 동일한 틈부의 개공 면적보다도 작아지는 틈부를 가지고 있다. 이렇기 때문에, 틈 배치 구조체의 제1 주면과 틈부의 내벽이 접하는 부분의 근방에 있어서, 전자계(電磁界)가 집중한다. 그 결과, 틈 배치 구조체의 제1 주면과 틈부의 내벽이 접하는 부분 근방에서의 피측정물의 유무에 기인하는 검출 전자파의 주파수 특성의 변화가 커지기 때문에 측정 감도가 향상된다.
도 1은 본 발명의 측정 방법의 개요를 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명에서 이용하는 틈 배치 구조체의 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 도 2의 P-P'단면에서의 개략 단면도이다.
도 4는 실시예 1에서의 틈 배치 구조체의 설치 상태를 나타내는 모식도이다.
도 5는 실시예 1에서 얻어진 투과 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에서 이용하는 틈 배치 구조체의 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 도 2의 P-P'단면에서의 개략 단면도이다.
도 4는 실시예 1에서의 틈 배치 구조체의 설치 상태를 나타내는 모식도이다.
도 5는 실시예 1에서 얻어진 투과 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
먼저, 본 발명 측정 방법의 일례의 개략을 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 측정 방법에 이용되는 측정 장치의 일례의 전체 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 측정 장치는 레이저(2)(예를 들면, 단광(短光) 펄스(pulse) 레이저)로부터 조사되는 레이저 광을 반도체 재료에 조사함으로써 발생하는 전자파(예를 들면, 20GHz~120THz의 주파수를 가지는 테라헤르츠파) 펄스를 이용하는 것이다.
도 1의 구성에 있어서, 레이저(2)로부터 출사(出射)된 레이저 광이 하프 미러(half mirror)(20)에서 2개의 경로로 분기된다. 한쪽은 전자파 발생측의 광전도 소자(71)에 조사되고, 다른 한쪽은 복수의 미러(21)(동일한 기능인 것은 번호를 생략)을 이용함으로써 시간지연 스테이지(26)를 거쳐서 수신측의 광전도 소자(72)에 조사된다. 광전도 소자(71, 72)로는 LT-GaAs(저온 성장 GaAs)에 갭부분을 가지는 다이폴 안테나(dipole antenna)를 형성한 일반적인 것을 이용할 수 있다. 또, 레이저(2)로는 파이버(fiber)형 레이저나 티탄 사파이어 등의 고체를 이용한 레이저 등을 사용할 수 있다. 또한, 전자파의 발생, 검출에는 반도체 표면을 안테나 없이 이용하거나, ZnTe결정과 같은 전기광학 결정을 이용해도 된다. 여기서, 발생측이 되는 광전도 소자(71)의 갭부분에는 전원(3)에 의해 적절한 바이어스 전압이 인가되고 있다.
발생한 전자파는 포물면(放物面; parabolic) 미러(22)에서 평행 빔으로 되고, 포물면 미러(23)에 의해 틈 배치 구조체(1)에 조사된다. 틈 배치 구조체(1)를 투과한 테라헤르츠파는 포물면 미러(24, 25)에 의해 광전도 소자(72)로 수신된다. 광전도 소자(72)에서 수신된 전자파 신호는 앰프(6)로 증폭된 후 록인(lock-in) 앰프(4)에서 시간파형으로서 취득된다. 그리고, 산출 수단을 포함하는 PC(personal computer)(5)에서 푸리에 변환(Fourier transform) 등의 신호 처리된 후에, 틈 배치 구조체(1)의 투과율 스펙트럼 등이 산출된다. 록인 앰프(4)에서 취득하기 위해서, 발진기(發振器)(8)의 신호로 발생측의 광전도 소자(71)의 갭에 인가하는 전원(3)으로부터의 바이어스 전압을 변조(진폭5V~30V)하고 있다. 이로 인해 동기 검파를 실시함으로써 S/N비를 향상시킬 수 있다.
이상에 설명한 측정 방법은 일반적으로 테라헤르츠 시간 영역 분광법(THz-TDS)이라고 불리는 방법이다. 한편, THz-TDS 이외에, 푸리에 변환 적외 분광법(FT-IR)을 이용해도 된다.
도 1에서는 산란이 투과인 경우, 즉 전자파의 투과율을 측정하는 경우를 나타내고 있다. 본 발명에 있어서 "산란"이란, 전방 산란의 한 형태인 투과나, 후방 산란의 한 형태인 반사 등을 포함하는 넓은 범위의 개념을 의미하고, 바람직하게는 투과나 반사이다. 또 바람직하게는 0차 방향의 투과나 0차 방향의 반사이다.
한편, 일반적으로 회절격자의 격자간격을 s, 입사각을 i, 회절각을 θ, 파장을 λ로 했을 때, 회절격자에 의해 회절된 스펙트럼은,
로 나타낼 수 있다. 상기 "0차 방향"의 0차란, 상기 식 (1)의 n이 0인 경우를 가리킨다. s 및 λ는 0이 될 수 없기 때문에, n=0이 성립하는 것은 sin i -sin θ=0인 경우뿐이다. 따라서, 상기 "0차 방향"이란, 입사각과 회절각이 동일할 때, 즉 전자파의 진행 방향이 바뀌지 않는 방향을 의미한다.
본 발명에서 이용되는 전자파는 틈 배치 구조체의 구조에 따라서 산란이 생기게 할 수 있는 전자파이면 특별히 한정되지 않고, 전파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선 등 모두 사용할 수 있고, 그 주파수도 특별히 한정되는 것이 아니지만, 바람직하게는 1GHz~1PHz이며, 더욱 바람직하게는 20GHz~200THz의 주파수를 가지는 테라헤르츠파이다.
전자파는 예를 들면, 소정의 편파(偏波)방향을 가지는 직선편광의 전자파(직선편파)나 무편광의 전자파(무편파)를 이용할 수 있다. 직선편광의 전자파로는 예를 들면, 단광 펄스 레이저를 광원으로서 ZnTe 등의 전기광학 결정의 광정류(光整流; optical rectification) 효과에 의해 발생하는 테라헤르츠파나, 반도체 레이저로부터 출사되는 가시광이나, 광전도 안테나로부터 방사되는 전자파 등을 들 수 있다. 무편광의 전자파로는 고압 수은 램프나 세라믹 램프로부터 방사되는 적외광 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 피측정물의 유무 또는 양을 측정하는 것은, 피측정물이 되는 화합물의 정량을 실시하는 것이며, 예를 들면, 용액 중 등의 미량의 피측정물의 함유량을 측정하는 경우나, 피측정물의 식별을 실시하는 경우 등을 들 수 있다.
(틈 배치 구조체)
본 발명의 틈 배치 구조체는 제1 주면과, 제1 주면에 대향하는 제2 주면 및, 제1 주면 및 제2 주면에 수직한 방향으로 관통한 복수의 틈부를 가지고,
상기 제1 주면에서의 상기 틈부의 개공 면적이, 상기 제2 주면에서의 상기 틈부의 개공 면적보다도 작은 것을 특징으로 한다.
예를 들면, 복수의 상기 틈부는 틈 배치 구조체의 주면 위의 적어도 한방향에 주기적으로 배치되어 있다. 단, 틈부는 그 모두가 주기적으로 배치되어 있어도 되고, 본 발명의 효과를 해하지 않는 범위에서, 일부의 틈부가 주기적으로 배치되고, 다른 틈부가 비주기적으로 배치되어 있어도 된다.
틈 배치 구조체는, 바람직하게는 준(準)주기 구조체나 주기 구조체이다. 준주기 구조체란, 병진(竝進) 대칭성은 가지지 않지만 배열에는 질서성이 유지되고 있는 구조체이다. 준주기 구조체로는 예를 들면, 1차원 준주기 구조체로서 피보나치(Fibonacci) 구조, 2차원 준주기 구조체로서 펜로즈(Penrose) 구조를 들 수 있다. 주기 구조체란, 병진 대칭성에 대표되는 공간 대칭성을 가지는 구조체이며, 그 대칭의 차원에 따라서 1차원 주기 구조체, 2차원 주기 구조체, 3차원 주기 구조체로 분류된다. 1차원 주기 구조체는 예를 들면, 와이어 그리드(wire-grid) 구조, 1차원 회절격자 등을 들 수 있다. 2차원 주기 구조체는 예를 들면, 메시 필터, 2차원 회절격자 등을 들 수 있다. 이들의 주기 구조체 중에서도, 2차원 주기 구조체가 적합하게 이용된다.
2차원 주기 구조체로는 예를 들면, 도 2에 도시하는 바와 같은 매트릭스 형상에 일정한 간격으로 틈부가 배치된 판상(板狀) 구조체(격자상 구조체)를 들 수 있다. 도 2 (a)에 도시하는 틈 배치 구조체(1)는 그 주면(10a)측에서 보아서 정사각형의 틈부(11)가, 상기 정사각형의 각 변과 평행한 2개의 배열 방향(도면 중의 세로방향과 가로방향)과 동일한 간격으로 마련된 판상 구조체이다.
틈 배치 구조체의 제1 주면과 틈부의 적어도 1개의 내벽이 이루는 각도는 예각인 것이 바람직하다. 여기서, "적어도 1개의 내벽"이란, 틈부의 내벽을 구성하는 면 중 1개를 의미한다. 따라서, 틈 배치 구조체의 제1 주면과 내벽이 교차하는 부분이 뾰족해져 있는 경우뿐만 아니라, 이 부분에 R(곡면)이 형성되어 있어도 된다. 한편, R을 형성함으로써 이 부분의 파손 등이 억제되어서 틈 배치 구조체의 강도를 향상시킬 수 있다.
이러한 특정한 단면에서의 틈부의 단면형상으로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 사다리꼴이나 대략 사다리꼴인 형상을 들 수 있다. 다른 표현을 하면, 예를 들면, 틈 배치 구조체의 제1 주면측(개공 면적이 작은 측)으로부터 제2 주면측(개공 면적이 큰 측)을 향하여 상기 틈부가 넓어지고 있는 형상을 들 수 있다. 한편, 틈 배치 구조체의 제1 주면과 틈부의 적어도 1개의 내벽이 이루는 각도는 예를 들면, 틈 구조체의 주면과 수직한 단면을 관찰함으로써 확인할 수 있다.
도 2에 도시되는 바와 같은 본 발명의 틈 배치 구조체의 일례에 대해서, 도 2의 P-P'단면에서의 개략 단면도를 도 3에 도시한다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 틈부의 단면형상은 거의 사다리꼴이다. 여기서, 틈 배치 구조체(1)의 제1 주면(도 3의 위쪽)의 틈부(11)의 구멍 사이즈(d1)는 제2 주면(도면의 아래쪽)의 틈부(11)의 구멍 사이즈(d2)보다 작아지고 있다. 즉, 틈 배치 구조체(1)의 제1 주면(10a1)에서의 틈부(11)의 개공 면적은, 틈 배치 구조체(1)의 제2 주면(10a2)에서의 동일한 틈부(11)의 개공 면적보다도 작아지고 있다.
제2 주면에서의 틈부의 개공 면적의, 제1 주면에서의 틈부의 개공 면적에 대한 비율(개공 면적 비율)은, 바람직하게는 1.02~2.5이다. 이 개공 면적 비율이 커지면, 제1 주면의 개공을 작게 할 필요가 있기 때문에 틈 배치 구조체 전체의 전자파의 투과율이 저하된다. 투과율의 저하는 측정 정밀도의 저하로 이어지기 때문에, 투과율의 저하율의 변화량을 약 10% 이하로 억제하기 위해서는 상기 개공 면적 비율을 2.5 이하로 할 필요가 있다. 한편, 이 관계는 예를 들면, 제1 주면의 구멍 사이즈가 1.8㎛, 제2 주면의 구멍 사이즈가 1.8㎛(비율로서 1:1)인 틈 배치 구조체에 대해서, 제2 주면측의 법선방향에서 전자파를 조사했을 때의 투과율 스펙트럼에서의 최대 투과율을 초기값(100%)으로 했을 때, 제1 주면의 구멍 사이즈를 1.3~1.8㎛의 범위에서 변화시키고, 제2 주면의 구멍 사이즈를 1.8~2.3㎛의 범위에서 변화시킨 틈 배치 구조체에 관한 동일한 최대 투과율의 상기 초기값에 대한 비율(%)과, 그때의 개공 면적 비율의 관계를 분석함으로써 얻어진다. 또, 개공 면적 비율이 1.02 미만에서는 측정 감도의 향상이 근소하여(오차범위 내여서) 본 발명의 효과가 발휘되지 않는다.
또, 제1 주면에서의 틈부의 개공은 피측정물이 통과할 수 없는 크기이며, 제2 주면에서의 틈부의 개공은 피측정물이 통과할 수 있는 크기인 것이 바람직하다. 이 경우, 피측정물을 틈 배치 구조체의 제2 주면측에서 제1 주면의 방향으로 이동(예를 들면, 유동)시킴으로써, 틈 배치 구조체의 적어도 일부의 틈부에서 피측정물을 유지할 수 있고, 피측정물을 틈부 내에 안정적으로 포집하여 측정할 수 있다.
또, 도 3에 도시하는 틈 배치 구조체(1)의 제1 주면(10a1)과 수직한 단면(P-P'단면)에 있어서, 틈 배치 구조체(1)의 제1 주면(10a1)과 틈부(11)의 내벽(11a)이 이루는 각도ψ은 예각으로 되어 있다.
틈 배치 구조체(1)의 틈부(11)의 형상이 이러한 경우, 틈 배치 구조체(1)의 제1 주면(10a1)과 틈부(11)의 내벽(11a)이 접하는 부분의 근방에 있어서, 조사되는 전자파의 전자계의 국재(局在; localization)를 증대시킬 수 있다. 그 결과, 틈 배치 구조체의 제1 주면과 틈부의 내벽이 접하는 부분 근방에서의 피측정물의 유무에 기인하는 검출 전자파의 주파수 특성의 변화가 커지기 때문에 측정 감도를 향상시킬 수 있다. 즉, 피측정물의 양이 적은 경우여도, 고감도 측정이 가능하다.
단, 개공 면적이 큰 제2 주면의 근방에 피측정물을 유지한 경우, 전자계의 누설이 큰 영역에서 측정하게 되기 때문에, 보다 큰 피측정물도 측정할 수 있게 된다는 다른 이점이 얻어진다.
틈부(11)의 내벽(11a)은 오목부를 가지는 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, 내벽(11a)이 틈부(11)의 외측을 향하여 볼록해지는 곡선을 그리도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이로 인해, 피측정물을 틈부(11) 내에 보다 포집하기 쉬워진다.
틈 배치 구조체의 틈부의 치수나 배치, 틈 배치 구조체의 두께 등은 특별히 제한되지 않고, 측정 방법이나, 틈 배치 구조체의 재질 특성, 사용하는 전자파의 주파수 등에 따라 적절히 설계된다.
예를 들면, 틈부가 도 2(a)에 도시하는 바와 같이 종횡으로 규칙적으로 배치된 틈 배치 구조체(1)에 있어서, 도 2(b)에 d로 표시되는 틈부의 구멍 사이즈(전자파가 조사되는 쪽의 개공부의 사이즈)는 측정에 이용하는 전자파 파장의 10분의 1 이상, 10배 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 산란되는 전자파의 강도가 보다 강해져서 신호를 보다 검출하기 쉬워진다. 구체적인 구멍 사이즈는 0.15~150㎛인 것이 바람직하고, 측정 감도 향상의 관점에서는 구멍 사이즈가 0.9~9㎛인 것이 보다 바람직하다.
또, 틈부의 전자파가 조사되는 쪽의 개공 면적은, 바람직하게는 0.0225~22500㎛2이며, 보다 바람직하게는 0.81~81㎛2인 것이 바람직하다.
또, 틈부가 도 2(a)에 도시하는 바와 같이 종횡으로 규칙적으로 배치된 틈 배치 구조체(1)에 있어서, 도 2(b)에 s로 표시되는 틈부의 격자간격(피치)은 측정에 이용하는 전자파 파장의 10분의 1 이상, 10배 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 산란이 보다 생기기 쉬워진다. 구체적인 격자간격은 0.15~150㎛인 것이 바람직하고, 측정 감도 향상의 관점에서는 격자간격이 1.3~13㎛인 것이 보다 바람직하다.
또, 틈 배치 구조체의 두께는 측정에 이용하는 전자파 파장의 5배 이하인 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 산란되는 전자파의 강도가 보다 강해져서 신호를 검출하기 쉬워진다.
여기서, 피측정물의 유전율이나 형상에 따라, 조사하는 전자파의 최적인 파장(높은 측정 감도가 얻어지는 파장)은 다르지만, 예를 들면, 피측정물이 평판상의 시료인 경우, 일반적으로 유전율이 동일하면 피측정물의 두께가 얇을수록 조사하는 전자파의 최적인 파장은 짧아지는 경향이 있고, 그에 따라서, 전자파가 조사되는 쪽의 격자간격이나 틈부의 개공 면적을 작게 하는 편이 높은 측정 감도를 얻을 수 있다. 또, 예를 들면, 피측정물이 입자형상의 시료일 경우, 일반적으로 유전율이 동일하면 피측정물의 입경이 작을수록 조사하는 전자파의 최적인 파장은 짧아지는 경향이 있고, 그에 따라서, 전자파가 조사되는 쪽의 격자간격이나 틈부의 개공 면적을 작게 하는 편이 높은 측정 감도를 얻을 수 있다.
틈 배치 구조체의 전체의 치수는 특별히 제한되지 않고, 조사되는 전자파의 빔 스포트(beam spot)의 면적 등에 따라서 결정된다.
틈 배치 구조체는 적어도 일부의 표면이 도체로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 틈 배치 구조체(1)의 적어도 일부의 표면이란, 도 2(a)에 도시하는 주면(10a), 측면(10b), 틈부의 내벽(11a) 중 어느 일부의 표면이다.
여기서 도체란, 전기가 통하는 물체(물질)이며, 금속뿐만 아니라 반도체도 포함된다. 금속으로는 하이드록시기, 티올기, 카르복실기 등의 관능기를 가지는 화합물의 관능기와 결합할 수 있는 금속이나, 하이드록시기, 아미노기 등의 관능기를 표면에 코팅할 수 있는 금속, 및 이들 금속의 합금을 들 수 있다. 구체적으로는 금, 은, 구리, 철, 니켈, 크롬, 실리콘, 게르마늄 등을 들 수 있고, 바람직하게는 금, 은, 구리, 니켈, 크롬이며, 더욱 바람직하게는 금, 니켈이다. 금, 니켈을 이용한 경우, 특히 호스트 분자가 티올기(-SH기)를 가지는 경우에 상기 티올기를 이용하여 호스트 분자를 틈 배치 구조체의 표면에 결합시킬 수 있기 때문에 유리하다. 또, 니켈을 사용한 경우, 특히 호스트 분자가 알콕시실란기를 가지는 경우, 상기 알콕시실란기를 사용하여 호스트 분자를 틈 배치 구조체의 표면에 결합시킬 수 있기 때문에 유리하다. 또, 반도체로는 예를 들면, IV족 반도체(Si, Ge 등)나, II-VI족 반도체(ZnSe, CdS, ZnO 등), III-V족 반도체(GaAs, InP, GaN 등), IV족 화합물 반도체(SiC, SiGe 등), I-III-VI족 반도체(CuInSe2 등) 등의 화합물 반도체, 유기 반도체를 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 틈 배치 구조체에 피측정물을 유지하는 방법으로는 다양한 공지의 방법을 사용할 수 있고, 예를 들면, 틈 배치 구조체에 직접 부착해도 되고, 지지막 등을 통해서 부착해도 된다. 측정 감도를 향상시켜서, 측정의 편차를 억제함으로써 재현성이 높은 측정을 실시하는 관점에서는, 틈 배치 구조체의 표면에 직접 피측정물을 부착하는 것이 바람직하다.
틈 배치 구조체에 피측정물을 직접 부착하는 경우로는, 틈 배치 구조체의 표면과 피측정물의 사이에서 직접적으로 화학결합 등이 형성되는 경우뿐만 아니라, 미리 표면에 호스트 분자가 결합된 틈 배치 구조체에 대하여, 상기 호스트 분자에 피측정물이 결합되는 경우도 포함된다. 화학결합으로는 공유 결합(예를 들면, 금속-티올기 사이의 공유 결합 등), 반 데르 발스(van der Waals) 결합, 이온 결합, 금속 결합, 수소 결합 등을 들 수 있고, 바람직하게는 공유 결합이다. 또, 호스트 분자란, 피측정물을 특이적으로 결합시킬 수 있는 분자 등이며, 호스트 분자와 피측정물의 조합으로는 예를 들면, 항원과 항체, 당쇄(糖鎖; sugar chain)와 단백질, 지방질과 단백질, 저분자 화합물(리간드)과 단백질, 단백질과 단백질, 단일 가닥(single-stranded) DNA와 단일 가닥 DNA 등을 들 수 있다.
본 발명의 측정 방법에 있어서는 상술한 바와 같이 하여 구한 틈 배치 구조체에 있어서 산란된 전자파의 주파수 특성에 관한 적어도 1개의 파라미터에 기초하여, 피측정물의 특성이 측정된다. 예를 들면, 틈 배치 구조체(1)에 있어서 전방 산란(투과)된 전자파의 주파수 특성에 생긴 딥(dip) 파형이나, 후방 산란(반사)된 전자파의 주파수 특성에 생긴 피크(peak) 파형 등이, 피측정물의 존재에 의해 변화되는 것에 기초하여 피측정물의 특성을 측정할 수 있다.
여기서, 딥 파형이란, 조사한 전자파에 대한 검출한 전자파의 비율(예를 들면, 전자파의 투과율)이 상대적으로 커지는 주파수 범위에 있어서, 틈 배치 구조체의 주파수 특성(예를 들면, 투과율 스펙트럼)에 부분적으로 보여지는 골짜기형(아래로 볼록)의 부분의 파형이다. 또, 피크 파형이란, 조사한 전자파에 대한 검출한 전자파의 비율(예를 들면, 전자파의 반사율)이 상대적으로 작아지는 주파수 범위에 있어서, 틈 배치 구조체의 주파수 특성(예를 들면, 반사율 스펙트럼)에 부분적으로 보여지는 산(山)형(위로 볼록)의 파형이다.
실시예
이하, 실시예를 들어서 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니다.
(실시예 1)
틈 배치 구조체로서, 도 2에 도시하는 바와 같은 정사각형 구멍의 정사각 격자배열을 가지는 틈 배치 구조체를 사용했다. 격자간격은 260㎛(s), 두께는 60㎛(t)이다. 또, 이 틈 배치 구조체에서의 틈부의 형상은 도 3에 도시하는 바와 같이, 도 2의 P-P'단면에서의 틈부의 단면형상이 거의 사다리꼴이다. 또, 제1 주면(10a1)측의 구멍 사이즈(d1)는 160㎛, 제2 주면(10a2)측의 구멍 사이즈(d2)는 200㎛였다.
막두께 4㎛, 복소 굴절률의 실부(實部) 1.55, 복소 굴절률의 허부(虛部) 0의 평행 평판시료(피측정물)를, 틈 배치 구조체(1)의 제1 주면(10a1)측에 밀착시키고, 제1 주면(10a1)측에서 (도 3의 Z축의 화살표 방향으로) 전자파를 조사한 경우에 대해서, 전자파의 투과율 스펙트럼을 구했다.
계산은 600㎛의 간격을 두고 배치된 2장의 포트(91, 92)의 중간에 틈 배치 구조체(1)가 설치된 모델(도 4 참조)에 대해서, 전자계 시뮬레이터(Microstripes: CST사 제품)를 이용하여 실시했다. 틈 배치 구조체(1)에 조사되는 전자파의 편광은 직선편광(도 2의 Y축에 평행)이며, 진행 방향은 Z축의 화살표 방향으로 했다. 또, 틈 배치 구조체(1)는 그 주면이 전자파의 진행 방향(Z축 방향)과 수직이 되도록(즉, 도 4의 θ=0도가 되도록) 배치했다.
도 5에, 계산에 의해 얻어진 투과율 스펙트럼을 나타낸다. 도 5의 실선은 틈 배치 구조체에 피측정물을 유지시키고 있지 않은 경우, 파선은 틈 배치 구조체에 피측정물을 유지시킨 경우의 투과율 스펙트럼이다. 도 5에 있어서, 투과율 스펙트럼에서의 피크가 나타나는 주파수의 차이(주파수 시프트량)는 30.81GHz였다.
(비교예 1)
비교예 1로서, 틈 배치 구조체(1)의 제1 주면(10a1)측의 구멍 사이즈(d1)와 제2 주면(10a2)측의 구멍 사이즈(d2)가 동일한 경우(d1=d2인 경우: 틈부의 단면형상이 직사각형인 경우)에 대해서, 실시예 1과 마찬가지로 전자계 시뮬레이터를 이용하여 투과율 스펙트럼을 구했다. 한편, d1 및 d2가 모두 160㎛인 경우, 180㎛인 경우, 200㎛인 경우의 3가지 경우에 대해서, 피측정물을 유지시키고 있지 않은 경우와 피측정물을 유지시킨 경우의 투과율 스펙트럼을 구하여(미도시), 주파수 시프트량을 구했다.
그 결과, d1 및 d2가 160㎛인 경우의 주파수 시프트량은 29.00GHz, 180㎛인 경우의 주파수 시프트량은 29.91GHz, 200㎛인 경우의 주파수 시프트량은 28.09GHz였다.
실시예 1 및 비교예 1의 결과로부터, 틈 배치 구조체의 제1 주면에서의 개공 면적과 제2 주면에서의 개공 면적이 다름으로써, 주파수 시프트량이 커지고, 측정 감도가 향상된 것을 알 수 있다. 또, 실시예 1 및 비교예 1의 결과로부터, 틈 배치 구조체의 제1 주면과 틈부의 내벽이 이루는 각도가 예각임으로 인해, 주파수 시프트량이 커지고, 측정 감도가 향상된 것을 알 수 있다.
이번 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각해야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구범위에 의해 나타내고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1: 틈 배치 구조체 10a: 주면
10a1: 제1 주면 10a2: 제2 주면
10b: 측면 10c: 바깥 둘레
11: 틈부 11a: 내벽
2: 레이저 20: 하프 미러
21: 미러 22, 23, 24, 25: 포물면 미러
26: 시간 지연 스테이지 3: 전원
4: 록인 앰프 5: PC(personal computer)
6: 앰프 71, 72: 광전도소자
8: 발진기 91, 92: 포트
10a1: 제1 주면 10a2: 제2 주면
10b: 측면 10c: 바깥 둘레
11: 틈부 11a: 내벽
2: 레이저 20: 하프 미러
21: 미러 22, 23, 24, 25: 포물면 미러
26: 시간 지연 스테이지 3: 전원
4: 록인 앰프 5: PC(personal computer)
6: 앰프 71, 72: 광전도소자
8: 발진기 91, 92: 포트
Claims (9)
- 피측정물이 유지된 틈 배치 구조체에 전자파를 조사(照射)하여, 상기 틈 배치 구조체에서 산란되는 전자파의 주파수 특성을 검출함으로써, 상기 피측정물의 특성을 측정하는 방법에 이용되는 틈 배치 구조체로서,
상기 틈 배치 구조체는, 제1 주면(主面)과, 상기 제1 주면에 대향하는 제2 주면 및, 상기 제1 주면 및 상기 제2 주면에 수직한 방향으로 관통한 복수의 틈부를 가지고,
상기 제1 주면과 상기 제2 주면은, 상기 전자파가 상기 제1 주면으로부터 상기 제2 주면을 향하는 방향으로 조사되도록 형성되며,
상기 제1 주면에서의 상기 틈부의 개공(開孔) 면적이, 상기 제2 주면에서의 상기 틈부의 개공 면적보다도 작은 것을 특징으로 하는 틈 배치 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 틈 배치 구조체의 제1 주면과 상기 틈부의 적어도 1개의 내벽이 이루는 각도가 예각(銳角)인 것을 특징으로 하는 틈 배치 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 제2 주면에서의 상기 틈부의 개공 면적의, 상기 제1 주면에서의 상기 틈부의 개공 면적에 대한 비율은 1.02~2.5인 것을 특징으로 하는 틈 배치 구조체. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 주면에서의 상기 틈부의 개공은 상기 피측정물이 통과할 수 없는 크기이며, 상기 제2 주면에서의 상기 틈부의 개공은 상기 피측정물이 통과할 수 있는 크기인 것을 특징으로 하는 틈 배치 구조체. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 틈부의 내벽이 오목부를 가지는 것을 특징으로 하는 틈 배치 구조체. - 피측정물이 유지된 틈 배치 구조체에 전자파를 조사하여, 상기 틈 배치 구조체에서 산란된 전자파의 주파수 특성을 검출함으로써 상기 피측정물의 특성을 측정하는 방법으로서,
제1항에 기재된 틈 배치 구조체를 이용하는 것을 특징으로 하는 측정 방법. - 피측정물이 유지된 틈 배치 구조체에 전자파를 조사하여, 상기 틈 배치 구조체에서 산란된 전자파의 주파수 특성을 검출함으로써 상기 피측정물의 특성을 측정하는 방법으로서,
제2항에 기재된 틈 배치 구조체를 이용하여, 상기 틈 배치 구조체의 상기 제1 주면의 근방에 상기 피측정물을 유지하는 것을 특징으로 하는 측정 방법. - 피측정물이 유지된 틈 배치 구조체에 전자파를 조사하여, 상기 틈 배치 구조체에서 산란된 전자파의 주파수 특성을 검출함으로써 상기 피측정물의 특성을 측정하는 방법으로서,
제2항에 기재된 틈 배치 구조체를 이용하여, 상기 틈 배치 구조체의 상기 제2 주면의 근방에 상기 피측정물을 유지하는 것을 특징으로 하는 측정 방법. - 제4항에 기재된 틈 배치 구조체를 이용하여, 상기 피측정물을 상기 틈 배치 구조체의 상기 제2 주면측에서 상기 제1 주면의 방향으로 이동시킴으로써, 상기 틈 배치 구조체의 적어도 일부의 상기 틈부에서 상기 피측정물을 유지하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
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