[发明专利]光电场增强设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有能够诱发局部等离体子的微细凹凸金属结构的光电场增强设备。

背景技术

已知利用在金属表面上的局部等离体子共振现象的电场增强效应的、诸如传感器设备和拉曼（Raman）光谱设备等的电场增强设备。拉曼光谱法是一种用于通过对在物质上照射单波长光而获得的散射光进行分光，来获得拉曼散射光谱（拉曼光谱）的方法，并且拉曼光谱法用于识别物质等。

拉曼光谱法包括为了增强弱拉曼散射光而利用通过局部等离体子共振而增强的光电场、被称为表面增强拉曼光谱法（SERS）的方法（参见非专利文献1）。表面增强拉曼光谱法（SERS）利用了以下原理：如果光照射到金属体上，尤其是表面上具有纳米级凹凸图案的金属体上并且物质接触该表面的状态下，则由于局部等离体子共振而出现光电场增强，并且与金属体表面接触的样品的拉曼散射光的强度增强。通过使用表面上具有凹凸金属结构的基板作为用于承载被检体的载体（基板），可以实施表面增强拉曼光谱法。

对于表面上具有微细凹凸金属结构的基板，主要使用通过在Si基板表面上形成凹凸图案并且在该凹凸图案的表面上形成金属膜而制成的基板（参见专利文献1至3）。

进一步地，还提出了一种通过对Al基板的表面进行阳极化处理以使一部分变成金属氧化物（Al₂O₃）层并且在阳极化处理过程中在金属氧化物层中自发形成的、并在金属氧化物层的表面处开口的多个微细孔中填充金属而制作的基板（参见专利文献4）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特表2006-514286号公报

专利文献2：特许4347801号公报

专利文献3：特开2006-145230号公报

专利文献4：特开2005-172569号公报

非专利文献

非专利文献1：Optics Express Vol.17,No.2118556

发明内容

技术问题

专利文献1-4中所公开的传统光电场增强基板被构造为使得在诸如Si或Al等的不透明基板表面上形成微细凹凸结构，并且在微细凹凸结构的表面上形成金属膜或者在凹部中嵌入金属。专利文献4描述了一种示例性情况：使用诸如玻璃基板等的透明基板，但是微细凹凸结构本身由诸如硅或锗等的不透明材料制成。

传统拉曼光谱装置被构造为使得从样品的正面侧检测拉曼散射光。但是，在具有微米量级以上尺寸的样品用作被检体的情况下，样品本身充当拉曼散射光的遮挡体，所以难以以高信噪比接收弱拉曼散射光。

鉴于上述情况，做出了本发明，并且本发明的目的是提供能够以提高的灵敏度检测拉曼散射光的光电场增强设备。

技术方案

本发明的光电场增强设备包括表面上具有透明的微细凹凸结构的透明基板以及在该表面的微细凹凸结构表面上形成的金属膜，

其中，所述光电场增强设备被构造为使得通过向形成有所述金属膜的所述微细凹凸结构上照射的光，而在所述金属膜的表面上诱发的局部等离体子的电场增强效应，在所述金属膜的表面上生成增强光电场。

这里，所述金属膜形成在所述微细凹凸结构的表面上，并且所述金属膜的表面具有与所述透明凹凸结构相应的微细凹凸结构。金属膜表面的微细凹凸结构可以是能够通过接收光而产生局部等离体子的任何事物。通常地，能够产生局部等离体子的微细凹凸结构是构成凹凸结构的凸部与凹部的平均尺寸和平均间距（ピッチ）小于光波长的凹凸结构。

优选地，凸部和凹部的平均间距和凸部顶点和凹部底部之间的距离（深度）不大于200nm。

通过用SEM（扫描电子显微镜）对微细凹凸结构的表面进行摄影然后通过图像处理对图像进行数字化并执行统计处理，获得凸部和凹部的平均间距。

通过用AFM（原子力显微镜）测量表面形状并执行统计处理，获得凸部和凹部的平均深度。

这里所使用的术语“透明”指的是对于照射到微细凹凸结构上的光、以及通过照射光而从被检体生成的光，具有50%以上的透过率。优选地，对于这些光束的透过率不小于75%，更具体地，不小于90%。

在本发明的光电场增强设备中，透明基板可以由透明基板本体和设置在透明基板本体表面上的微细凹凸结构层形成，其中，该微细凹凸结构层由与透明基板本体的材料不同的材料制成，并且构成微细凹凸结构。

尤其，微细凹凸结构层可以优选地由勃姆石制成。