光学元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供通过控制基板上的纳米粒子的粒径并抑制其偏差而改善基于LSPR的电场增强的光学元件及其制造方法。根据本发明专利技术的光学元件的制造包括：在基板上使金属沉积为粒子状的工序；以及在含有碳及硅的化合物存在下对上述粒子状的金属进行加热的工序。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
近年来，用于医疗诊断、食物饮料检查等的传感器芯片的需求增加，需要开发灵敏 度高且小型的传感器芯片。为了满足上述需求，对以电化学的方法为首的多种类型的传感 器芯片进行了研究。其中，从可集成化、低成本、不挑选测定环境等原因出发，采用了表面等 离子体共振（SPR:Surface Plasmon Resonance)的分光分析、特别是采用了表面增强拉曼 散射分光（SERS :Surface Enhanced Raman Scattering)的传感器芯片受到很高的关注。 表面等离子体是根据表面固有的界面条件而与光发生耦合的电子波的振动模式。 作为激发表面等离子体的方法，存在在金属表面刻衍射光栅、使光与等离子体结合的方法 和利用渐逝波的方法。例如，作为采用SPR的传感器，存在具备全反射型棱镜以及在该棱镜 的表面形成的与目标物质接触的金属膜而构成的传感器。通过这种结构来检测在抗原抗体 反应中有无抗原的吸附等这样的有无目标物质的吸附。 然而，在金属表面存在传播型的表面等离子体，而在金属微粒上存在局域型的表 面等离子体。已知的是，在激发局域型的表面等离子体、即在表面的金属微细结构上局部存 在的表面等离子体时，会引起显著增强的电场。 而且，已知的是，如果向由利用了金属粒子的局域表面等离子体共振（LSPR: Localized Surface Plasmon Resonance)形成的增强电场照射拉曼散射光，则由于表面增 强拉曼散射现象，拉曼散射光被增强，并且，已提出了高灵敏度的传感器（检测装置）。通过 使用该原理，可以检测各种的微量物质。 利用了 LSPR的传感器其制造容易，在可见光区域可得到强LSPR效应，因此，往往 使用通过向基板蒸镀或溅射银、金等金属而制作的银、金的岛（岛状）结构的芯片。在专利 文献1中公开了一种芯片的制造方法，其包括在温度被调整为l〇〇°C~450°C范围内的基板 上使金属粒子以不足lnm/分钟的平均高度生长速度生长的工序。 在先技术文献 专利文献 专利文献1 :日本特开2013-079442号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题 但是，问题是，因为在这些具有岛结构的芯片中金属粒子的大小偏差很大，所以 吸光度光谱增宽，且目标波长的吸光度变小，由LSPR (LSPR localized Surface Plasmon Resonance)引起的电场增强不一定变得足够大。 本专利技术的几个方式所涉及的一个目的在于，提供一种通过控制基板上的金属粒子 的粒径并抑制其偏差而改善依靠LSPR的电场增强的。 用于解决技术问题的方案 本专利技术是为了解决上述问题的至少一部分而作出，可作为下面的方式或应用例而 实现。 根据本专利技术的光学元件的一个方式的制造包括：在基板上使金属沉积为粒子状的 工序；以及在含有碳及硅的化合物存在下对所述粒子状的金属进行加热的工序。 根据上述光学元件，由于基板上的金属粒子的粒径被控制，且抑制了粒径的偏差， 从而能够得到良好的通过LSPR的电场增强。由此，根据上述光学元件，可适合用作利用 SERS的传感器芯片。 在根据本专利技术的光学元件中，所述含有碳及硅的化合物也可以具有选自烷氧基、 卤素基、及羟基中的至少一种基团。 根据上述光学元件，由于进一步抑制了基板上的金属粒子的粒径的偏差，因此能 够进一步获得良好的通过LSPR的电场增强。 根据上述光学元件，可通过可见光区域的波长的激发光形成强的基于LSPR的增 强电场。 在根据本专利技术的光学元件中，在对所述粒子状的金属进行加热的工序中，也可以 将所述金属加热至80°C以上150°C以下。 在根据本专利技术的光学元件中，使所述金属沉积的工序也可以由成膜装置进行，也 可以以所述成膜装置的沉积速度在0.1A/秒以上0.5A/秒以下、沉积时间在100秒以上 3000秒以下来进行使所述金属沉积的工序。 根据本专利技术的光学元件的一个方式包括：基板；以及金属粒子，所述金属粒子是 通过在含有碳及硅的化合物存在下加热在所述基板上沉积为粒子状的金属而形成的，所述 金属粒子的平均粒径为40nm以上70nm以下，所述金属粒子相对于所述基板的表面面积的 面积占有率为30%以上60%以下，所述金属粒子的粒径的偏差具有0. 3以下的变动系数。 根据上述光学元件，基板上的金属粒子的平均粒径、面积占有率及粒径的偏差是 合适的，因此，能够得到良好的通过LSPR的电场增强。由此，根据上述光学元件，可适合用 作利用SERS的传感器芯片。 在根据本专利技术的光学元件中，所述金属粒子的平均粒径为51nm以上58nm以下，所 述金属粒子相对于所述基板的表面面积的面积占有率为50%以上55%以下，所述金属粒 子的粒径的偏差具有0. 25以上0. 3以下的变动系数。 在根据本专利技术的光学元件中，所述金属也可以为银。 根据本专利技术的光学元件的制造方法的一个方式包括：在基板上使金属沉积为粒子 状的工序；以及在含有碳及硅的化合物存在下对所述粒子状的金属进行加热的工序。 根据上述制造方法，能够容易地制造基板上的金属粒子的粒径被控制、抑制了粒 径的偏差、且可形成良好的基于LSPR的电场增强的光学元件。【附图说明】 图1是基板及在基板上沉积为粒子状的金属的截面示意图。 图2是实施方式所涉及的光学元件的主要部分的截面示意图。 图3的（a)和（b)是用于说明变动系数对吸光度的波长依赖性的影响的示意图。 图4的（a)和（b)是实施例所涉及的粒子状的银及银粒子的SEM观察结果。 图5是实施例所涉及的处理前基板与处理后基板的吸收光谱。 图6的（a)和（b)是实施例所涉及的处理前基板与处理后基板的腺嘌呤及吡啶的 SERS光谱。 图7的（a)~（c)是实施例所涉及的相对于腺嘌呤的SERS强度的金属粒子的平 均粒径、面积占有率及粒径的变动系数的绘图。 附图标记说明 1基板、10粒子状的金属、20金属粒子、100光学元件【具体实施方式】 下面，对本专利技术的几个实施方式进行说明。下面说明的实施方式是用于说明本发 明的一个例子。下面的实施方式不对本专利技术进行任何限定，本专利技术还包括在不改变本专利技术 的主旨的范围内所实施的各种变形方式。另外，下面所说明的构成不一定全部都是本专利技术 所必须的构成。 1.光学元件的制造方法 本实施方式的光学元件的制造方法包括：在基板上使金属沉积为粒子状的工序； 以及在含有碳和硅的化合物的存在下加热粒子状的金属的工序。图1是金属在基板上沉积 为粒子状的状态的截面示意图。图2是在含有碳及硅的化合物的存在下加热粒子状的金属 10而形成了金属粒子20的状态的截面示意图。 1. 1.在基板上使金属沉积为粒子状的工序 在基板1上使金属沉积为粒子状的工序是使用例如真空蒸镀装置、溅射装置等成 膜装置而进行的。下面，按照光学元件100、基板1、粒子状的金属10、及成膜条件的顺序进 行说明。 1. 1. 1?光学元件 对根据本实施方式的制造方法而制造的光学元件的一个例子、即光学元件100进 行说明。如图2所示，光学元件100包括：基板1、以及形成在基板1的表面上的金属粒子 20〇 光学元件100包括基板1、以及形成在基板1的表面上的金属粒子20,并根据本实 施方式的制造方法形成具有后述的平均粒径、面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学元件，其特征在于，所述光学元件的制造包括：在基板上使金属沉积为粒子状的工序；以及在含有碳及硅的化合物存在下对所述粒子状的金属进行加热的工序。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山田明子，山田耕平，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP