光电场增强器件的制造方法技术

制造能够以高灵敏度、简单且低成本的方式检测拉曼散射光的光电场增强器件。[解决方案]在基板(11)上形成由第一金属或金属氧化物形成的薄膜(20)，并通过使形成于基板(11)上的薄膜(20)进行水热反应而形成由第一金属或金属氧化物的氢氧化物形成的微细凹凸结构层(22)，之后在微细凹凸结构层(22)表面上形成由第二金属形成的金属微细凹凸结构层(24)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】制造能够以高灵敏度、简单且低成本的方式检测拉曼散射光的光电场增强器件。在基板(11)上形成由第一金属或金属氧化物形成的薄膜(20)，并通过使形成于基板(11)上的薄膜(20)进行水热反应而形成由第一金属或金属氧化物的氢氧化物形成的微细凹凸结构层(22)，之后在微细凹凸结构层(22)表面上形成由第二金属形成的金属微细凹凸结构层(24)。【专利说明】
本专利技术涉及一种制造配备有能够诱导局域等离子体激元的微细凹凸金属结构的光电场增强器件的方法。
技术介绍
利用金属表面上局域等离子体激元所致的电场增强效应的传感器件和拉曼光谱器件的电场增强器件是已知的。拉曼光谱学是一项通过光谱分析散射光而获得拉曼散射光的光谱(拉曼光谱)的技术，并被用于鉴定物质，其中所述散射光系通过使用单波长光束照射物质而获得。有一项称作SERS (表面增强拉曼散射)的拉曼光谱技术，该技术利用通过局域等离子体激元共振而增强的光电场来放大弱拉曼散射光(参考非专利文献I)。SERS利用的是下述原理:当光照射在金属体、特别是其表面上具有纳米级凹凸部的金属体上时，在金属体与物质接触的同时，因局域等离子体激元共振而发生光电场增强，并且与金属体表面接触的样品的拉曼散射光的强度被放大。表面增强的拉曼散射可以通过采用在其表面上具有金属凹凸结构的基板作为保持测试对象的载体(基板)来进行。其表面设置有凹凸部的Si基板在具有凹凸部的所述表面上形成有金属膜，其主要被用作在其表面上具有金属微细凹凸结构的基板(参考专利文献I?3)。另外，也提出了 Al基板，其表面被阳极化以致其一部分成为金属氧化物层(Al2O3),并且阳极化过程中在金属氧化物层内自然地形成了许多细孔，其中填充着金属(参考专利文献4)。PCT日本阶段公报2006-514286号日本专利4347801号日本未审查专利公报2006-145230号日本未审查专利公报2005-172569号Optics Express,第 17 卷,第 21 期，第 18556 页
技术实现思路
微细凹凸金属结构的制造方法很复杂，并且在采用光刻和蚀刻形成微细凹凸结构的专利文献I?3的专利技术中，以及在采用阳极氧化形成微细凹凸结构的专利文献4的专利技术中，难以形成具有大面积的微细凹凸金属结构。因此，认为单位面积的基板的成本很高。另夕卜，在如由多个凸部和凹部构成的液体容器等复杂基板上形成上述微细凹凸金属结构极为困难。鉴于以上情况开发了本专利技术。本专利技术的一个目的是提供一种覆盖相对较大面积的在具有任意形状的基板上低成本制造光电场增强器件的方法。本专利技术的制造光电场增强器件的方法包括:薄膜形成步骤，该步骤在基板上形成由第一金属或金属氧化物形成的薄膜；微细凹凸结构层形成步骤，该步骤通过使形成于基板上的薄膜进行水热反应而形成由第一金属或金属氧化物的氢氧化物形成的微细凹凸结构层；和金属层形成步骤，该步骤在微细凹凸结构层表面上形成由第二金属构成的金属微细凹凸结构层。优选的是，在金属层形成步骤中，形成金属层作为所述金属微细凹凸结构层，在所述金属层的表面上具有形状与所述微细凹凸结构层不同的凹凸结构。。第二金属优选为金、银、铜、铝和钼之一或者具有这些金属之一作为主要组分的合金。Au和Ag是特别优选的。金属层形成步骤可以为金属气相沉积步骤，该步骤通过气相沉积在微细凹凸结构层表面上形成由第二金属构成的金属层。在第二金属为金的情形中，理想的是通过气相沉积形成的膜的厚度为30nm以上。在第二金属为银的情形中，理想的是通过气相沉积形成的膜的厚度为150nm以下。本专利技术的制造光电场增强器件的方法在所述金属层形成步骤之后还可以包括:层压步骤，该步骤将不同于第二金属的第三金属和电介质之一层压在由第二金属形成的金属微细凹凸结构层上。在本专利技术的制造光电场增强器件的方法中，金属层形成步骤可以是微细金属颗粒分散步骤，该步骤将由第二金属形成的微细金属颗粒分散在微细凹凸结构层表面上。优选的是微细金属颗粒的直径为IOOnm以下。第一金属可以是铝，并且金属氧化物可以是氧化铝。理想的是，氢氧化物为三羟铝石和勃姆石中的至少一种。本专利技术的制造光电场增强器件的方法能够通过以下简单的步骤获得具有尺寸为数十纳米量级的微细凹凸部的金属结构的光电场增强器件:薄膜形成步骤，该步骤在基板上形成由第一金属或金属氧化物形成的薄膜；微细凹凸结构层形成步骤，该步骤通过使形成于基板上的薄膜进行水热反应而形成由第一金属或金属氧化物的氢氧化物形成的微细凹凸结构层；和金属层形成步骤，该步骤在微细凹凸结构层表面上形成由第二金属构成的金属微细凹凸结构层。由于光电场增强器件可以通过这些极其简单的步骤获得，因此与常规器件相比，制造成本可以得到显著降低。另外，各步骤可应用于具有较大面积和具有任意形状的基板。因此，可以制造具有大面积的光电场增强器件和具有所期望的形状的光电场增强器件。当光照射在通过本专利技术的制造方法获得的光电场增强器件的表面上的金属微细凹凸部上时，所述器件能够在金属微细凹凸结构表面有效地诱导局域等离子体激元(localized plasmon)。局域等离子体激元产生光电场增强效应。另外，当光照射在放置于光电场增强器件上的测试对象所放置的区域上时，由该测试对象产生的光将通过光电场增强效应而放大，使以高灵敏度检测所产生的光成为可能。光电场增强器件可以有利地用作可有效放大拉曼信号的表面增强拉曼基板，以实现检测灵敏度的提高。【专利附图】【附图说明】图1是显示制造光电场增强基板的方法的步骤的截面图的合集。图2A是电场增强基板I的透视图，电场增强基板I是本专利技术的光电场增强器件的第一实施方式。图2B是图2A所示的光电场增强基板I的侧表面的一部分IIB的放大图。图3是勃姆石层的表面的SEM照片。图4A是气相沉积的金层的表面(30nm厚)的SEM照片。图4B是气相沉积的金层的表面(60nm厚)的SEM照片。图4C是气相沉积的金层的表面(90nm厚)的SEM照片。图4D是气相沉积的金层的表面(150nm厚)的SEM照片。图4E是气相沉积的`金层的表面(250nm厚)的SEM照片。图4F是气相沉积的金层的表面(400nm厚)的SEM照片。图5A是气相沉积的银膜的表面(30nm厚)的SEM照片。图4B是气相沉积的银膜的表面(60nm厚)的SEM照片。图5C是气相沉积的银膜的表面(90nm厚)的SEM照片。图是气相沉积的银膜的表面(150nm厚)的SEM照片。图5E是气相沉积的银膜的表面(250nm厚)的SEM照片。图5F是气相沉积的银膜的表面(400nm厚)的SEM照片。图6是显示具有气相沉积的金膜^Onm厚)的样品所获得的拉曼光谱分布的图。图7是显示具有气相沉积的银膜^Onm厚)的样品所获得的拉曼光谱分布的图。图8是显示具有气相沉积金膜的样品所获得的拉曼信号强度的膜厚依赖性的图。图9是显示具有气相沉积银膜的样品所获得的拉曼信号强度的膜厚依赖性的图。【具体实施方式】下面，将参照附图描述本专利技术的制造光电场增强器件的方法的实施方式。图1显示的是制造作为光电场增强器件的实施方式的光电场增强基板的方法，并且是显示该方法的各步骤的截面图的合集。制备板状透明基板主体11。使用丙酮和甲醇清洁透明基板主体11。之后，将铝用作第一金属，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：山添昇吾，纳谷昌之，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：
国别省市：