光學(xué)元件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)元件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，用于醫(yī)療診斷、食物飲料檢查等的傳感器芯片的需求增加，需要開發(fā)靈敏 度高且小型的傳感器芯片。為了滿足上述需求，對以電化學(xué)的方法為首的多種類型的傳感 器芯片進行了研究。其中，從可集成化、低成本、不挑選測定環(huán)境等原因出發(fā)，采用了表面等 離子體共振（SPR:Surface Plasmon Resonance)的分光分析、特別是采用了表面增強拉曼 散射分光（SERS :Surface Enhanced Raman Scattering)的傳感器芯片受到很高的關(guān)注。
[0003] 表面等離子體是根據(jù)表面固有的界面條件而與光發(fā)生耦合的電子波的振動模式。 作為激發(fā)表面等離子體的方法，存在在金屬表面刻衍射光柵、使光與等離子體結(jié)合的方法 和利用漸逝波的方法。例如，作為采用SPR的傳感器，存在具備全反射型棱鏡以及在該棱鏡 的表面形成的與目標(biāo)物質(zhì)接觸的金屬膜而構(gòu)成的傳感器。通過這種結(jié)構(gòu)來檢測在抗原抗體 反應(yīng)中有無抗原的吸附等這樣的有無目標(biāo)物質(zhì)的吸附。
[0004] 然而，在金屬表面存在傳播型的表面等離子體，而在金屬微粒上存在局域型的表 面等離子體。已知的是，在激發(fā)局域型的表面等離子體、即在表面的金屬微細(xì)結(jié)構(gòu)上局部存 在的表面等離子體時，會引起顯著增強的電場。
[0005] 而且，已知的是，如果向由利用了金屬粒子的局域表面等離子體共振（LSPR: Localized Surface Plasmon Resonance)形成的增強電場照射拉曼散射光，則由于表面增 強拉曼散射現(xiàn)象，拉曼散射光被增強，并且，已提出了高靈敏度的傳感器（檢測裝置）。通過 使用該原理，可以檢測各種的微量物質(zhì)。
[0006] 利用了 LSPR的傳感器其制造容易，在可見光區(qū)域可得到強LSPR效應(yīng)，因此，往往 使用通過向基板蒸鍍或濺射銀、金等金屬而制作的銀、金的島（島狀）結(jié)構(gòu)的芯片。在專利 文獻1中公開了一種芯片的制造方法，其包括在溫度被調(diào)整為l〇〇°C~450°C范圍內(nèi)的基板 上使金屬粒子以不足lnm/分鐘的平均高度生長速度生長的工序。
[0007] 在先技術(shù)文獻
[0008] 專利文獻
[0009] 專利文獻1 :日本特開2013-079442號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0011] 但是，問題是，因為在這些具有島結(jié)構(gòu)的芯片中金屬粒子的大小偏差很大，所以 吸光度光譜增寬，且目標(biāo)波長的吸光度變小，由LSPR (LSPR localized Surface Plasmon Resonance)引起的電場增強不一定變得足夠大。
[0012] 本發(fā)明的幾個方式所涉及的一個目的在于，提供一種通過控制基板上的金屬粒子 的粒徑并抑制其偏差而改善依靠LSPR的電場增強的光學(xué)元件及其制造方法。
[0013] 用于解決技術(shù)問題的方案
[0014] 本發(fā)明是為了解決上述問題的至少一部分而作出，可作為下面的方式或應(yīng)用例而 實現(xiàn)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件的一個方式的制造包括：在基板上使金屬沉積為粒子狀的 工序；以及在含有碳及硅的化合物存在下對所述粒子狀的金屬進行加熱的工序。
[0016] 根據(jù)上述光學(xué)元件，由于基板上的金屬粒子的粒徑被控制，且抑制了粒徑的偏差， 從而能夠得到良好的通過LSPR的電場增強。由此，根據(jù)上述光學(xué)元件，可適合用作利用 SERS的傳感器芯片。
[0017] 在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件中，所述含有碳及硅的化合物也可以具有選自烷氧基、 鹵素基、及羥基中的至少一種基團。
[0018] 根據(jù)上述光學(xué)元件，由于進一步抑制了基板上的金屬粒子的粒徑的偏差，因此能 夠進一步獲得良好的通過LSPR的電場增強。
[0019] 根據(jù)上述光學(xué)元件，可通過可見光區(qū)域的波長的激發(fā)光形成強的基于LSPR的增 強電場。
[0020] 在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件中，在對所述粒子狀的金屬進行加熱的工序中，也可以 將所述金屬加熱至80°C以上150°C以下。
[0021] 在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件中，使所述金屬沉積的工序也可以由成膜裝置進行，也 可以以所述成膜裝置的沉積速度在0.1A/秒以上0.5A/秒以下、沉積時間在100秒以上 3000秒以下來進行使所述金屬沉積的工序。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件的一個方式包括：基板；以及金屬粒子，所述金屬粒子是 通過在含有碳及硅的化合物存在下加熱在所述基板上沉積為粒子狀的金屬而形成的，所述 金屬粒子的平均粒徑為40nm以上70nm以下，所述金屬粒子相對于所述基板的表面面積的 面積占有率為30%以上60%以下，所述金屬粒子的粒徑的偏差具有0. 3以下的變動系數(shù)。
[0023] 根據(jù)上述光學(xué)元件，基板上的金屬粒子的平均粒徑、面積占有率及粒徑的偏差是 合適的，因此，能夠得到良好的通過LSPR的電場增強。由此，根據(jù)上述光學(xué)元件，可適合用 作利用SERS的傳感器芯片。
[0024] 在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件中，所述金屬粒子的平均粒徑為51nm以上58nm以下，所 述金屬粒子相對于所述基板的表面面積的面積占有率為50%以上55%以下，所述金屬粒 子的粒徑的偏差具有0. 25以上0. 3以下的變動系數(shù)。
[0025] 在根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件中，所述金屬也可以為銀。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件的制造方法的一個方式包括：在基板上使金屬沉積為粒子 狀的工序；以及在含有碳及硅的化合物存在下對所述粒子狀的金屬進行加熱的工序。
[0027] 根據(jù)上述制造方法，能夠容易地制造基板上的金屬粒子的粒徑被控制、抑制了粒 徑的偏差、且可形成良好的基于LSPR的電場增強的光學(xué)元件。
【附圖說明】
[0028] 圖1是基板及在基板上沉積為粒子狀的金屬的截面示意圖。
[0029] 圖2是實施方式所涉及的光學(xué)元件的主要部分的截面示意圖。
[0030] 圖3的（a)和（b)是用于說明變動系數(shù)對吸光度的波長依賴性的影響的示意圖。
[0031] 圖4的（a)和（b)是實施例所涉及的粒子狀的銀及銀粒子的SEM觀察結(jié)果。
[0032] 圖5是實施例所涉及的處理前基板與處理后基板的吸收光譜。
[0033] 圖6的（a)和（b)是實施例所涉及的處理前基板與處理后基板的腺嘌呤及吡啶的 SERS光譜。
[0034] 圖7的（a)~（c)是實施例所涉及的相對于腺嘌呤的SERS強度的金屬粒子的平 均粒徑、面積占有率及粒徑的變動系數(shù)的繪圖。
[0035] 附圖標(biāo)記說明
[0036] 1基板、10粒子狀的金屬、20金屬粒子、100光學(xué)元件
【具體實施方式】
[0037] 下面，對本發(fā)明的幾個實施方式進行說明。下面說明的實施方式是用于說明本發(fā) 明的一個例子。下面的實施方式不對本發(fā)明進行任何限定，本發(fā)明還包括在不改變本發(fā)明 的主旨的范圍內(nèi)所實施的各種變形方式。另外，下面所說明的構(gòu)成不一定全部都是本發(fā)明 所必須的構(gòu)成。
[0038] 1.光學(xué)元件的制造方法
[0039] 本實施方式的光學(xué)元件的制造方法包括：在基板上使金屬沉積為粒子狀的工序； 以及在含有碳和硅的化合物的存在下加熱粒子狀的金屬的工序。圖1是金屬在基板上沉積 為粒子狀的狀態(tài)的截面示意圖。圖2是在含有碳及硅的化合物的存在下加熱粒子狀的金屬 10而形成了金屬粒子20的狀態(tài)的截面示意圖。
[0040] 1. 1.在基板上使金屬沉積為粒子狀的工序
[0041] 在基板1上使金屬沉積為粒子狀的工序是使用例如真空蒸鍍裝置、濺射裝置等成 膜裝置而進行的。下面，按照光學(xué)元件100、基板1、粒子狀的金屬10、及成膜條件的順序進 行說明。
[0042] 1. 1. 1?光學(xué)元件
[0043] 對根據(jù)本實施方式的制造方法而制造的光學(xué)元件的一個例子、即光學(xué)元件100進 行說明。如圖2所示，光學(xué)元件100包括：基板1、以及形成在基板1的表面上的金屬粒子 20〇
[0044] 光學(xué)元件100包括基板1、以及形成在基板1的表面上的金屬粒子20,并根據(jù)本實 施方式的制造方法形成具有后述的平均粒徑、面積占有率、及粒徑的偏差的變動系數(shù)的結(jié) 構(gòu)，其結(jié)果，能夠應(yīng)用于利用了依賴于SERS等的局域表面等離子體共振（LSPR localized Surface Plasmon Resonance)的電場增強效應(yīng)的各種分析方法。
[0045] 更具體的是，在光學(xué)元件100中，通過向形成有金屬粒子20的基板1的表面照射 激發(fā)光，從而能夠在金屬粒子20的附近產(chǎn)生LSPR。照射于光學(xué)元件100的激發(fā)光不被特別 地限定，例如為350nm以