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JP2006145230A - Specimen carrier and its manufacturing method - Google Patents

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JP2006145230A
JP2006145230A JP2004331860A JP2004331860A JP2006145230A JP 2006145230 A JP2006145230 A JP 2006145230A JP 2004331860 A JP2004331860 A JP 2004331860A JP 2004331860 A JP2004331860 A JP 2004331860A JP 2006145230 A JP2006145230 A JP 2006145230A
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porous thin
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silicon
substrate
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Yohei Ishida
陽平 石田
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Canon Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a specimen carrier of high sensitivity which does not limit the substrate. <P>SOLUTION: The specimen carrier comprises the substrate, a porous thin film having a plurality of pores that are arranged on the substrate and formed substantially perpendicularly with respect to the substrate, and a coating metal for covering the surface of the porous thin film and the surface of the pores. The main component except for oxygen of the porous thin film is silicon, germanium, or a mixture of silicon and germanium. The specimen carrier is manufactured in a process of forming a structure thin film on the substrate where a columnar material containing a first component is dispersed in a member containing a second component, namely a semiconductor material capable of forming eutectic crystal with the first component, a process of removing the columnar material and forming the porous thin film, a process of introducing a solution containing metal compound into the pores of the porous thin film, and a process of depositing metal on the surface of the porous thin film and the surface of the pores by chemically changing the metal compound. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明はラマン分光分析に用いられる被分析物担体(ラマン分光分析に用いる被分析物を坦持するための担体)とその製造方法に関するもので、詳しくはラマン分光分析において微量分析を行うための被分析物担体およびその製造方法に関するものである。特に高比表面積の多孔質体薄膜の表面および細孔の表面に金属薄膜を被覆することにより金属薄膜の比表面積を増加させ、ラマン分光分析の際に発生する表面増強作用を高める被分析物担体、及び被分析物担体の簡便な製造方法に関するものである。   The present invention relates to an analyte carrier used for Raman spectroscopic analysis (a carrier for carrying an analyte used for Raman spectroscopic analysis) and a method for producing the same, and more specifically, for performing microanalysis in Raman spectroscopic analysis. The present invention relates to an analyte carrier and a method for producing the same. In particular, an analyte carrier that increases the specific surface area of a metal thin film by coating the surface of a porous thin film with a high specific surface area and the surface of a pore to increase the specific surface area of the metal thin film and enhances the surface enhancement action that occurs during Raman spectroscopic analysis. And a simple method for producing an analyte carrier.

近年、表面増強ラマン散乱(SERS:Surface−enhanced Raman Scattering)を用いた単一分子分光が注目を集めている(非特許文献1参照)。これは金属電極、ゾル、結晶および蒸着膜、半導体等の表面上に吸着した物質のラマン散乱強度が、その物質が単独状態にあるときよりも著しく増強される現象を指し、通常のラマン散乱と比較して散乱強度が10〜10倍程度になる。SERSの特徴としては、1)局在プラズモンを発生しうる金属、例えば金、銀、銅、白金、ニッケルなどの金属において増強効果が現れ、特に金、銀においてその効果が顕著である、2)金属表面の粗さがSERSの発現に関与しており、比表面積の高い金属を用いることで効果が高くなる、等があり、金属表面の表面プラズモンの励起が重要な役割を果たしていると考えられている。 In recent years, single-molecule spectroscopy using surface-enhanced Raman scattering (SERS: Surface-enhanced Raman Scattering) has attracted attention (see Non-Patent Document 1). This refers to a phenomenon in which the Raman scattering intensity of a substance adsorbed on the surface of a metal electrode, sol, crystal and vapor deposition film, semiconductor, etc. is remarkably enhanced as compared to when the substance is in a single state. In comparison, the scattering intensity is about 10 5 to 10 6 times. The characteristics of SERS are as follows: 1) An enhancement effect appears in metals that can generate localized plasmons, such as gold, silver, copper, platinum, nickel, and the like, and the effect is particularly remarkable in gold and silver. 2) The roughness of the metal surface is involved in the development of SERS, and the effect is enhanced by using a metal with a high specific surface area. It is considered that the excitation of surface plasmons on the metal surface plays an important role. ing.

SERSによるセンシングの例として、陽極化成して作製したポーラスシリコン基板を用いたものがある(非特許文献2参照)。これは陽極化成ポーラスシリコンの高比表面積を利用して、その細孔の表面に銀を析出させることで高比表面積の金属薄膜を有する素子を作製し、SERSの信号増強効果をより高めて極微量の分子の検出を可能としたものである。この素子の作製方法について述べる。まず、シリコン基板を弗酸(HF)を用いた陽極化成によりポーラス化し、ポーラスシリコン基板を作製する。このポーラスシリコンに何の処理も加えずに硝酸銀水溶液を導入した場合、弗酸で陽極化成したポーラスシリコンの細孔表面は水素で終端しているために硝酸銀との反応性が高く、銀が自発的に析出してしまう。この反応を防ぐため、ポーラスシリコンの細孔をプラズマ酸化して二酸化シリコン(SiO)にし、活性を低くする処理を行う必要がある。この表面酸化処理を施したポーラスシリコンに硝酸銀水溶液を導入し、その後乾燥して硝酸銀をポーラスシリコンの細孔の表面に析出し、最後に加熱して硝酸銀を還元することで細孔表面に銀を析出させ、細孔を塞ぐことなくポーラスシリコン表面に銀を被覆した被分析物担体を得ている。このようにして作製した被分析物担体により微量分子の検出感度が著しく増大することが報告されている。またこの素子においてはポーラスシリコン作製の際の空孔率が大きくなるに従いラマン散乱測定の際の感度が向上している。 As an example of sensing by SERS, there is one using a porous silicon substrate produced by anodization (see Non-Patent Document 2). This is because the high specific surface area of anodized porous silicon is utilized to deposit silver on the surface of the pores to produce a device having a metal thin film with a high specific surface area, further enhancing the signal enhancement effect of SERS. It enables detection of a very small amount of molecules. A method for manufacturing this element will be described. First, a silicon substrate is made porous by anodization using hydrofluoric acid (HF) to produce a porous silicon substrate. When an aqueous silver nitrate solution is introduced without any treatment on the porous silicon, the pore surface of the porous silicon anodized with hydrofluoric acid is terminated with hydrogen, so the reactivity with silver nitrate is high, and the silver is spontaneously generated. Will be deposited. In order to prevent this reaction, it is necessary to perform a process of reducing the activity by plasma oxidizing the porous silicon pores to silicon dioxide (SiO 2 ). Silver nitrate aqueous solution is introduced into the surface-oxidized porous silicon, and then dried to deposit silver nitrate on the surface of the porous silicon pores. Finally, the silver nitrate is reduced by heating to reduce the silver nitrate on the surface of the pores. An analyte carrier in which silver is coated on the porous silicon surface without depositing the pores is obtained. It has been reported that the analyte sensitivity prepared in this way significantly increases the sensitivity of detection of trace molecules. Further, in this element, the sensitivity at the time of Raman scattering measurement is improved as the porosity at the time of producing porous silicon is increased.

また、金属微粒子をスライドガラス等の基板上に反応性スパッタリング法を用いて析出して、SERSにより微量の分子を検出する例も報告されている(特許文献1参照)。これは酸化銀(AgO)をスパッタリングにより作製したのちに、電磁波の照射により還元して銀微粒子を作製し被分析物担体とするものである。金属微粒子の表面付近に発生する局在プラズモンによりラマン散乱光の強度が増し、ラマン分光分析の感度を向上させている。この形態の素子の場合、金属微粒子の粒径により感度が変化し、粒径が小さくなるほど感度が向上する。粒径は、反応性スパッタリングで作製する酸化銀の膜厚で制御しており、膜厚が小さいほど粒径が小さくなる。また、被分析物担体の基板裏面に全反射プリズムを配置し、分子担持膜側にラマン散乱光の検出素子を配置すると、分子担持膜側から励起光を入射して同じ側からラマン散乱光を検出する場合と比較して著しく高い感度が実現する(非特許文献3参照)。
現代化学 2003年9月 p20−27 Adv.Mater.,2003,15,No.19,p1595−1598 J.Appl.Phys.,Vol.88,No.11,2000,p6187−6191 特開2002−277397号公報
In addition, an example has been reported in which metal fine particles are deposited on a substrate such as a slide glass using a reactive sputtering method, and a trace amount of molecules is detected by SERS (see Patent Document 1). In this method, silver oxide (Ag 2 O) is produced by sputtering and then reduced by irradiation with electromagnetic waves to produce silver fine particles, which are used as an analyte carrier. The intensity of the Raman scattered light is increased by the localized plasmons generated near the surface of the metal fine particles, and the sensitivity of the Raman spectroscopic analysis is improved. In the case of an element of this form, the sensitivity varies depending on the particle size of the metal fine particles, and the sensitivity is improved as the particle size is decreased. The particle size is controlled by the film thickness of silver oxide produced by reactive sputtering, and the smaller the film thickness, the smaller the particle size. Also, if a total reflection prism is arranged on the back side of the substrate of the analyte carrier and a Raman scattering light detection element is arranged on the molecule-carrying film side, excitation light is incident from the molecule-carrying film side and Raman scattered light is emitted from the same side. Significantly higher sensitivity is realized compared to the case of detection (see Non-Patent Document 3).
Hyundai Chemistry September 2003 p20-27 Adv. Mater. , 2003, 15, no. 19, p 1595-1598 J. et al. Appl. Phys. , Vol. 88, no. 11, 2000, p6187-6191 JP 2002-277397 A

しかし非特許文献2の方法においては基板がシリコンに限定されてしまい、陽極化成の際に陽極化成装置と弗酸(HF)の使用が必要となる。またシリコン基板を弗酸(HF)で陽極化成したポーラスシリコンにおいては、細孔の表面のシリコンが水素終端しているために細孔の表面への銀の析出の際に用いる硝酸銀水溶液との反応性が高く、反応性を下げるためにプラズマ酸化を行い、細孔の表面を酸化シリコン(SiO)製にするプロセスが必要となる。 However, in the method of Non-Patent Document 2, the substrate is limited to silicon, and it is necessary to use an anodizing apparatus and hydrofluoric acid (HF) at the time of anodizing. Further, in porous silicon anodized with hydrofluoric acid (HF), the silicon on the surface of the pores is hydrogen-terminated, so that it reacts with the aqueous silver nitrate solution used when silver is deposited on the surface of the pores. In order to reduce the reactivity, plasma oxidation is required to make the surface of the pores made of silicon oxide (SiO 2 ).

また特許文献1の方法においては酸化銀(AgO)微粒子の粒径を最適化するために膜厚が100nm程度となり、この場合のラマン散乱光の強度は数百倍から一千倍程度の向上であり、感度の更なる向上が求められている。 In the method of Patent Document 1, the film thickness is about 100 nm in order to optimize the particle size of silver oxide (AgO 2 ) fine particles, and the intensity of Raman scattered light in this case is improved by several hundred to one thousand times. Therefore, further improvement in sensitivity is demanded.

そこで本発明の目的は、基板を限定されない高感度の被分析物担体を提供することである。特に、任意の基板上に作製した酸化物ナノ多孔質体薄膜の細孔の表面に銀を被覆することで高比表面積の金属薄膜を作製し、ラマン散乱光の強度がより向上する被分析物担体を提供する。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly sensitive analyte carrier that does not limit the substrate. In particular, the surface of the pores of an oxide nanoporous material thin film produced on an arbitrary substrate is coated with silver to produce a metal thin film with a high specific surface area, and the analyte whose Raman scattered light intensity is further improved A carrier is provided.

また本発明の別の目的は、基板を限定されない高感度の被分析物担体の製造方法を提供することである。特に弗酸を用いる陽極酸化プロセスを用いず、また細孔の表面のプラズマ酸化による不活性化プロセスが不必要である、より簡便なプロセスを用いた被分析物担体の製造方法を提供する。   Another object of the present invention is to provide a method for producing a highly sensitive analyte carrier without limiting the substrate. In particular, the present invention provides a method for producing an analyte carrier using a simpler process that does not use an anodic oxidation process using hydrofluoric acid and does not require an inactivation process by plasma oxidation on the surface of pores.

上記目的は本発明の被分析物担体によって解決される。   The above objective is solved by the analyte carrier of the present invention.

即ち、本発明は、ラマン分光分析に用いる被分析物を坦持するための担体であって、
基板と、該基板上に配置され、かつ、該基板に対してほぼ垂直に形成された複数の細孔を有する多孔質体薄膜と、該多孔質体薄膜の表面および細孔の表面を被覆した被覆金属とからなり、前記多孔質体薄膜の材料が酸素を除く成分としてシリコン、またはゲルマニウム、またはシリコンとゲルマニウムの混合物であることを特徴とするものである。
That is, the present invention is a carrier for carrying an analyte used for Raman spectroscopic analysis,
A substrate, a porous thin film having a plurality of pores disposed on the substrate and substantially perpendicular to the substrate, and the surface of the porous thin film and the surface of the pores are coated It is made of a coating metal, and the material of the porous thin film is silicon, germanium, or a mixture of silicon and germanium as a component excluding oxygen.

特に、前記多孔質体薄膜が酸化物であることが好ましい。   In particular, the porous thin film is preferably an oxide.

また、前記被覆金属がAu、Ag、Cu、Pt、Ni、WまたはTiのいずれかであることが好ましく、さらにはAgであることが望ましい。   Further, the coating metal is preferably Au, Ag, Cu, Pt, Ni, W, or Ti, and more preferably Ag.

また、本発明は、上記被分析物担体と前記担体上の被分析物に光を照射するための手段とを備えることを特徴とする分析装置である。   The present invention is also an analyzer comprising the above-mentioned analyte carrier and means for irradiating the analyte on the carrier with light.

また、本発明は上記の構造を有する被分析物担体の製造方法を提供する。   The present invention also provides a method for producing an analyte carrier having the above structure.

即ち、本発明は、ラマン分光分析に用いる被分析物担体の製造方法であって、
基板上に、第1の成分を含み構成される柱状物質が、前記第1の成分と共晶を形成し得る半導体材料である第2の成分を含み構成される部材中に分散している構造体薄膜を形成する工程と、
前記柱状物質を除去し、多孔質体薄膜を形成する工程と、
金属化合物を含む溶液を前記多孔質体薄膜の細孔中に導入する工程と及び、
前記金属化合物を化学変化させて前記多孔質体薄膜の表面および前記細孔の表面に金属を析出させる工程と
を有することを特徴とするものである。
That is, the present invention is a method for producing an analyte carrier for use in Raman spectroscopy,
A structure in which a columnar substance including a first component is dispersed in a member including a second component that is a semiconductor material capable of forming a eutectic with the first component on a substrate. Forming a body thin film;
Removing the columnar material to form a porous thin film; and
Introducing a solution containing a metal compound into the pores of the porous thin film; and
And a step of chemically changing the metal compound to deposit a metal on the surface of the porous thin film and the surface of the pores.

また、本発明は、ラマン分光分析に用いる被分析物担体の製造方法であって、
基板上に、第1の成分を含み構成される柱状物質が、前記第1の成分と共晶を形成し得る半導体材料である第2の成分を含み構成される部材中に分散している構造体薄膜を形成する工程と、
前記柱状物質を除去し、多孔質体薄膜を形成する工程と、
前記多孔質体薄膜を酸化する工程と、
金属化合物を含む溶液を前記多孔質体薄膜の細孔中に導入する工程と及び、
前記金属化合物を化学変化させて前記多孔質体薄膜の表面および細孔の表面に金属を析出させる工程と
を有することを特徴とするものである。
Further, the present invention is a method for producing an analyte carrier used for Raman spectroscopic analysis,
A structure in which a columnar substance including a first component is dispersed in a member including a second component that is a semiconductor material capable of forming a eutectic with the first component on a substrate. Forming a body thin film;
Removing the columnar material to form a porous thin film; and
Oxidizing the porous thin film;
Introducing a solution containing a metal compound into the pores of the porous thin film; and
And a step of chemically changing the metal compound to deposit a metal on the surface of the porous thin film and the surface of the pores.

特に、金属化合物を化学変化させて前記多孔質体薄膜の表面および前記細孔の表面に金属を析出させる工程が、前記金属化合物を含む溶液を乾燥して前記多孔質体薄膜の表面および前記細孔の表面に金属化合物を析出させる工程と及び、前記細孔の表面に析出した金属化合物を還元して前記多孔質体薄膜の表面および前記細孔の表面に金属を析出させる工程とを有することが好ましい。   In particular, the step of chemically changing a metal compound to deposit metal on the surface of the porous thin film and the surface of the pores includes drying the solution containing the metal compound to form the surface of the porous thin film and the fine film. A step of depositing a metal compound on the surface of the pores, and a step of depositing a metal on the surface of the porous thin film and the surface of the pores by reducing the metal compound deposited on the surface of the pores. Is preferred.

また、前記多孔質体薄膜が、水溶液を用いた柱状物質を除去する工程により酸化されることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the porous thin film is oxidized by a step of removing the columnar substance using an aqueous solution.

また、前記金属化合物がAgを含む化合物であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said metal compound is a compound containing Ag.

ラマン分光分析により極微量の分子を検出可能な被分析物担体を提供することができる。   An analyte carrier capable of detecting a very small amount of molecules by Raman spectroscopic analysis can be provided.

以下、本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

本実施形態に係る被分析物担体は、任意の基板上に作製した、細孔を複数有した酸化物多孔質薄膜の細孔の表面に細孔を塞ぐことなくラマン散乱光増強効果のある金属を被覆することで、金属薄膜の比表面積を増大させるものである。このことにより、多孔質体薄膜の表面および細孔の表面に析出した金属表面に分子を吸着させ、表面増強ラマン散乱(SERS)を利用したラマン分光分析を行うことにより溶液中に存在する微量の分子を高感度に検出することが可能となる。   The analyte carrier according to this embodiment is a metal having an effect of enhancing Raman scattered light without blocking pores on the surface of a porous oxide thin film having a plurality of pores produced on an arbitrary substrate. By coating, the specific surface area of the metal thin film is increased. By this, molecules are adsorbed on the surface of the porous thin film and on the surface of the pores, and by performing Raman spectroscopy using surface-enhanced Raman scattering (SERS), a small amount of the small amount present in the solution is present. Molecules can be detected with high sensitivity.

また、本実施形態に係る被分析物担体の製造方法は、任意の基板上に作製可能で、弗酸を用いた陽極酸化や酸素プラズマ処理等の工程が不要な、金属を被覆した酸化物多孔質体薄膜の作製が容易である製造方法である。このことにより陽極酸化装置や、弗酸等の危険な溶液を用いることなく簡便かつ低コストにて被分析物担体を作製することが可能となる。   In addition, the method for producing an analyte carrier according to the present embodiment can be produced on an arbitrary substrate, and does not require a step such as anodization using hydrofluoric acid or oxygen plasma treatment. This is a manufacturing method that facilitates the production of a material thin film. This makes it possible to produce an analyte carrier simply and at low cost without using an anodizing device or a dangerous solution such as hydrofluoric acid.

次に、被分析物担体及びその製造方法に関する構成等を以下に説明する。   Next, the configuration of the analyte carrier and the manufacturing method thereof will be described below.

<被分析物担体の構成について>
まず、本発明の被分析物担体の構成について説明する。
<About the structure of the analyte carrier>
First, the configuration of the analyte carrier of the present invention will be described.

図1は本発明の被分析物担体の構成例を示すものである。図1において11は基板、12は多孔質体薄膜、13は被覆金属、14は細孔である。   FIG. 1 shows a configuration example of an analyte carrier of the present invention. In FIG. 1, 11 is a substrate, 12 is a porous thin film, 13 is a coated metal, and 14 is a pore.

まず基板11について説明する。基板は、基板上面にスパッタリング法等の成膜法で薄膜が成膜可能な基板であれば基本的にはどのような材質の基板を用いてもよく、石英ガラス、スライドガラス等の絶縁性基板、シリコン基板、ガリウム砒素、あるいはインジウム燐などの半導体基板、アルミニウムなどの金属基板あるいは支持部材としての基板上に上記構造体が形成できるのであれば、フレキシブル基板(例えばポリイミド樹脂など)を用いることもできる。また基板表面は平滑である必要は無く、複雑な表面形状を有した基板を用いてもよい。   First, the substrate 11 will be described. As the substrate, any substrate can be used as long as a thin film can be formed on the upper surface of the substrate by a film forming method such as sputtering. An insulating substrate such as quartz glass or slide glass can be used. If the above structure can be formed on a silicon substrate, a semiconductor substrate such as gallium arsenide or indium phosphide, a metal substrate such as aluminum, or a substrate as a supporting member, a flexible substrate (for example, polyimide resin) may be used. it can. The substrate surface need not be smooth, and a substrate having a complicated surface shape may be used.

励起光を基板裏面から照射する被分析物担体を作製する場合には励起光が透過する基板を用いる必要がある。また、基板の裏面に全反射プリズムを配置してもよい。このような構成にすることにより、基板裏面から導入された励起光を、基板と全反射プリズムとの界面で全反射させ、励起光により発生したラマン散乱光のみを膜表面方向から検出することで測定の際のノイズを減少させ、より高感度の検出が可能となるからである。   When producing an analyte carrier that irradiates excitation light from the back side of the substrate, it is necessary to use a substrate through which the excitation light is transmitted. Further, a total reflection prism may be disposed on the back surface of the substrate. With this configuration, the excitation light introduced from the back surface of the substrate is totally reflected at the interface between the substrate and the total reflection prism, and only the Raman scattered light generated by the excitation light is detected from the film surface direction. This is because noise during measurement is reduced and detection with higher sensitivity becomes possible.

次に多孔質体薄膜12について説明する。多孔質体薄膜12は、図2(a)に示す第1の成分を含み構成される柱状物質21が、第1の成分と共晶を形成し得る第2の成分を含み構成される母材物質24中に分散している構造体薄膜23から、柱状物質21を除去して形成されている。これを図2(b)に示す。図2(b)において、25は柱状物質21を除去して形成された多孔質体薄膜であり、26が柱状物質21を除去して形成された細孔である。   Next, the porous thin film 12 will be described. The porous thin film 12 is a base material in which the columnar substance 21 including the first component shown in FIG. 2A includes the second component capable of forming a eutectic with the first component. The columnar substance 21 is removed from the structure thin film 23 dispersed in the substance 24. This is shown in FIG. In FIG. 2B, 25 is a porous thin film formed by removing the columnar substance 21, and 26 is a pore formed by removing the columnar substance 21.

ここで、第1の成分を含み構成される柱状物質21は、例えば、アルミニウムを主成分とする材料から構成されている。また、第1の成分と共晶を形成し得る第2の成分を含み構成される母材物質24は、例えば、ゲルマニウム、シリコン、あるいはゲルマニウムとシリコンの混合物からなる。   Here, the columnar substance 21 including the first component is made of, for example, a material mainly composed of aluminum. The base material 24 including the second component capable of forming a eutectic with the first component is made of, for example, germanium, silicon, or a mixture of germanium and silicon.

この母材物質24は、シリコンあるいはゲルマニウムを主成分とすることが好ましい。また、シリコンとゲルマニウムの混合物を主成分とすることも可能である。また、母材物質24は、シリコンあるいはゲルマニウムを主成分とすることが望ましいが、数atomic%から数十atomic%程度のアルミニウム(Al)、酸素(O)、アルゴン(Ar)、窒素(N)、水素(H)などの各種の元素を含有してもよい。   The base material 24 is preferably composed mainly of silicon or germanium. It is also possible to use a mixture of silicon and germanium as a main component. The base material 24 is preferably composed mainly of silicon or germanium, but aluminum (Al), oxygen (O), argon (Ar), nitrogen (N) of several atomic% to several tens atomic%. Various elements such as hydrogen (H) may be contained.

母材物質24は酸化物であることが望ましい。しかし多孔質体薄膜表面および細孔の表面が酸化されていれば、母材物質の内部は酸化物ではない結晶質や非晶質のシリコンあるいはゲルマニウムあるいはシリコンとゲルマニウムの混合物であっても構わない。   The base material 24 is preferably an oxide. However, if the surface of the porous thin film and the surface of the pores are oxidized, the inside of the base material may be non-oxide crystalline or amorphous silicon, germanium, or a mixture of silicon and germanium. .

また、細孔26の形状は、図4(a)に示すような円形でも、図4(b)に示すような楕円形でもよく、さらには機械的強度が保たれるのであれば、図4(c)に示すような不定形の細孔であっても構わない。このような細孔形状は、構造体薄膜23を作製する際の第1の成分と第2の成分の混合比により変えることが可能である。   The shape of the pores 26 may be a circle as shown in FIG. 4A or an ellipse as shown in FIG. 4B, and if the mechanical strength is maintained, FIG. It may be an irregular pore as shown in (c). Such a pore shape can be changed by the mixing ratio of the first component and the second component when the structure thin film 23 is produced.

多孔質体薄膜の膜厚は多孔質体薄膜が形成される膜厚であるならば特に制限は無いが、1nm以上50μm以下が好ましく、さらには100nm以上10μm以下が好ましい。   The thickness of the porous thin film is not particularly limited as long as the porous thin film is formed, but is preferably 1 nm to 50 μm, and more preferably 100 nm to 10 μm.

次に多孔質体薄膜表面に被覆される被覆金属13について説明する。被覆金属13は多孔質体薄膜の表面および細孔の表面に、細孔を塞ぐことなく形成されている。被覆金属の材料は多孔質体薄膜の表面および細孔の表面に作製でき、細孔を塞ぐものでなければどのような金属でもよく、微粒子形態であってもよい。被覆金属13は、表面プラズモンあるいは局在プラズモンを発生しうる金属、具体的にはAu、Ag、Cu、Pt、Ni、W、Ti等が好ましく、さらに好ましくはAu、Ag、さらに望ましくはAgである。   Next, the coated metal 13 coated on the porous thin film surface will be described. The covering metal 13 is formed on the surface of the porous thin film and the surface of the pores without blocking the pores. The material of the coating metal can be formed on the surface of the porous thin film and the surface of the pores, and any metal may be used as long as it does not block the pores. The coating metal 13 is preferably a metal capable of generating surface plasmon or localized plasmon, specifically Au, Ag, Cu, Pt, Ni, W, Ti, etc., more preferably Au, Ag, and more preferably Ag. is there.

また、被覆金属13の厚さは細孔を塞がずに細孔の表面全体を被覆できる程度の膜厚が望ましく、具体的には薄膜の場合には10nm以下の膜厚が望ましい。また被覆金属が微粒子で構成される場合には微粒子径が10nm以下であることが望ましい。   Further, the thickness of the coating metal 13 is desirably a film thickness that can cover the entire surface of the pores without blocking the pores. Specifically, in the case of a thin film, the thickness is preferably 10 nm or less. When the coating metal is composed of fine particles, the fine particle diameter is desirably 10 nm or less.

上記の構成の被分析物担体を用いて行う分析方法の一例として、図3に示すような構成が挙げられる。図3においては多孔質体薄膜32の膜面よりレーザー発生器35から発生したレーザー光38を入射し、レーザー光により励起された被覆金属33と非検出分子34間に増強作用が発生し、増強されたラマン散乱光39を放出する。このラマン散乱光39を光検出器36で検出する。また基板31がレーザー光を透過する場合には被分析物担体の裏面に全反射プリズムを配置して基板面から入射したレーザー光により励起された被覆金属により非検出分子が励起されてラマン散乱光を放出し、それを光検出器で検出するような構成にしてもよい。このような構成にすることでより高感度の検出が可能となる。   An example of an analysis method performed using the analyte carrier having the above-described configuration is a configuration as shown in FIG. In FIG. 3, the laser beam 38 generated from the laser generator 35 is incident from the film surface of the porous thin film 32, and an enhancing action is generated between the coated metal 33 excited by the laser beam and the non-detection molecule 34, and the enhancement is performed. The Raman scattered light 39 is emitted. This Raman scattered light 39 is detected by the photodetector 36. When the substrate 31 transmits laser light, a total reflection prism is disposed on the back surface of the analyte carrier, and non-detected molecules are excited by the coating metal excited by the laser light incident from the substrate surface, thereby causing Raman scattered light. May be emitted and detected by a photodetector. With such a configuration, detection with higher sensitivity becomes possible.

<被分析物担体の製造方法の構成について>
次に被分析物担体の製造方法について詳細に説明する。
<Configuration of Analyte Carrier Production Method>
Next, a method for producing the analyte carrier will be described in detail.

以下に被分析物担体の製造方法における一実施態様の各工程を示す。被分析物担体の製造方法は、下記の工程(a)〜工程(d)を有する。   The steps of one embodiment in the method for producing an analyte carrier are shown below. The method for producing an analyte carrier includes the following steps (a) to (d).

工程(a):基板上に第1の成分を含み構成される柱状物質が、前記第1の成分と共晶を形成し得る半導体材料である第2の成分を含み構成される部材中に分散している構造体薄膜を形成する工程
工程(b):前記柱状物質を除去し、多孔質体薄膜を形成する工程
工程(c):前記多孔質体薄膜の細孔中に金属化合物を含む溶液を導入する工程
工程(d):金属化合物を還元し、多孔質体薄膜の表面および細孔の表面に金属を析出する工程
以下、図5を用いて各工程について説明する。図5(a)〜(d)は工程(a)〜(d)に対応し、各構成を説明する断面図である。
Step (a): A columnar substance including a first component on a substrate is dispersed in a member including a second component that is a semiconductor material capable of forming a eutectic with the first component. Step (b): removing the columnar substance to form a porous thin film Step (c): a solution containing a metal compound in the pores of the porous thin film Step (d): Step of reducing metal compound and depositing metal on the surface of the porous thin film and the surface of the pores Hereinafter, each step will be described with reference to FIG. FIGS. 5A to 5D correspond to the steps (a) to (d), and are cross-sectional views illustrating each configuration.

工程(a):図5(a)に示すように、基板51上に、第1の成分を含み構成される柱状物質52が、前記第1の成分と共晶を形成し得る半導体材料である第2の成分を含み構成される母材物質53中に分散している構造体薄膜54を形成する。例えば、母材物質(第2の成分)内に柱状物質(第1の成分)を形成するアルミニウムとシリコン(あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物)を形成し、スパッタリング法、電子ビーム蒸着などの非平衡状態で物質を形成可能な方法により、基板上に構造体薄膜である混合膜(アルミニウムシリコン混合膜あるいはアルミニウムゲルマニウム混合膜あるいはアルミニウムシリコンゲルマニウム混合膜)を形成する。   Step (a): As shown in FIG. 5A, a columnar substance 52 including a first component on a substrate 51 is a semiconductor material capable of forming a eutectic with the first component. The structure thin film 54 dispersed in the base material 53 including the second component is formed. For example, aluminum and silicon (or germanium, or a mixture of silicon and germanium) that forms a columnar material (first component) are formed in a base material (second component), and a sputtering method, electron beam evaporation, etc. A mixed film (an aluminum silicon mixed film, an aluminum germanium mixed film, or an aluminum silicon germanium mixed film), which is a structural thin film, is formed on the substrate by a method capable of forming a substance in a non-equilibrium state.

このような方法でアルミニウムシリコン混合膜(あるいはアルミニウムゲルマニウム混合膜、あるいはアルミニウムシリコンゲルマニウム混合膜)を形成すると、アルミニウムとシリコン(あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物)が準安定状態の共晶型組織となり、アルミニウムからなる柱状物質がアモルファスシリコン(あるいはアモルファスゲルマニウム、あるいはアモルファス状態のシリコンとゲルマニウムの混合物)からなる母材物質内に数nmから数十nmレベルのナノ構造体(柱状構造体)を形成し、自己組織的に分離する。   When an aluminum silicon mixed film (or aluminum germanium mixed film or aluminum silicon germanium mixed film) is formed by such a method, an eutectic structure in which aluminum and silicon (or germanium, or a mixture of silicon and germanium) are metastable. A columnar material made of aluminum forms a nanostructure (columnar structure) of several nanometers to several tens of nanometers in a base material made of amorphous silicon (or amorphous germanium, or a mixture of amorphous silicon and germanium). And self-organizing.

なお、アルミニウムとアモルファスシリコン(あるいはアモルファスゲルマニウム、あるいはアモルファス状態のシリコンとゲルマニウムの混合物)の混合膜において、形成される膜中のシリコン(あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物)の量は、アルミニウムとシリコン(あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物)の全量に対して20〜70atomic%であり、好ましくは25〜65atomic%である。シリコン(あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物)の量が斯かる範囲内であれば、アモルファスシリコン(あるいはアモルファスゲルマニウム、あるいはアモルファス状態のシリコンとゲルマニウムの混合物)母材物質内にアルミニウムの柱状物質が分散したアルミニウムシリコン混合膜(あるいはアルミニウムゲルマニウム混合膜、あるいはアルミニウムシリコンゲルマニウム混合膜)が得られる。柱状物質の形状は混合膜中のアルミニウムとシリコン(あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物)の割合により変化する。   Note that in a mixed film of aluminum and amorphous silicon (or amorphous germanium, or a mixture of amorphous silicon and germanium), the amount of silicon (or germanium, or a mixture of silicon and germanium) in the formed film is the same as that of aluminum. It is 20-70 atomic% with respect to the whole quantity of silicon (or germanium, or a mixture of silicon and germanium), and preferably 25-65 atomic%. If the amount of silicon (or germanium, or a mixture of silicon and germanium) is within such a range, the columnar material of aluminum is present in the matrix material of amorphous silicon (or amorphous germanium, or a mixture of silicon and germanium in an amorphous state). A dispersed aluminum silicon mixed film (or aluminum germanium mixed film or aluminum silicon germanium mixed film) is obtained. The shape of the columnar substance varies depending on the ratio of aluminum and silicon (or germanium, or a mixture of silicon and germanium) in the mixed film.

上記のアルミニウムとシリコン(あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物)の割合を示すatomic%とは、シリコン(あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウムの混合物)とアルミニウムそれぞれの原子数の割合を示し、atom%あるいはat%とも記載され、例えば誘導結合型プラズマ発光分析法(ICP法)でアルミニウムシリコン混合膜(あるいはアルミニウムゲルマニウム混合膜、あるいはアルミニウムシリコンゲルマニウム混合膜)中のシリコン(あるいはゲルマニウム、あるいはシリコンとゲルマニウム)とアルミニウムの量を定量分析したときの値である。   The atomic% indicating the ratio of aluminum and silicon (or germanium, or a mixture of silicon and germanium) indicates the ratio of the number of atoms of silicon (or germanium, or a mixture of silicon and germanium) and aluminum, and atom% Alternatively, it is also described as at%. For example, silicon (or germanium, or silicon and germanium) in an aluminum silicon mixed film (or aluminum germanium mixed film or aluminum silicon germanium mixed film) by inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP method). It is the value when the amount of aluminum is quantitatively analyzed.

工程(b):次に、該柱状物質52を除去し、多孔質体薄膜55を形成する。   Step (b): Next, the columnar substance 52 is removed, and a porous thin film 55 is formed.

例えば、上記のアルミニウムシリコン混合膜(あるいはアルミニウムゲルマニウム混合膜あるいはアルミニウムシリコンゲルマニウム混合膜)中の柱状物質であるアルミニウムを溶液でエッチングし、マトリックス内(ここではシリコンあるいはゲルマニウムあるいはシリコンゲルマニウム)内に細孔56を形成する。これにより図5(b)のような多孔質体薄膜が形成される。多孔質体薄膜の細孔の形状はアルミニウムシリコン混合膜(あるいはアルミニウムゲルマニウム混合膜あるいはアルミニウムシリコンゲルマニウム混合膜)中のアルミニウムとシリコン(あるいはゲルマニウムあるいはシリコンとゲルマニウム)の割合によって変化し、図4に示すような形状である。アルミニウムの割合が増加するに従い細孔形状は円形から楕円形、不定形へと変化する。   For example, aluminum which is a columnar substance in the aluminum silicon mixed film (or aluminum germanium mixed film or aluminum silicon germanium mixed film) is etched with a solution, and pores are formed in the matrix (here, silicon, germanium or silicon germanium). 56 is formed. Thereby, a porous thin film as shown in FIG. 5B is formed. The pore shape of the porous thin film varies depending on the ratio of aluminum and silicon (or germanium or silicon and germanium) in the aluminum silicon mixed film (or aluminum germanium mixed film or aluminum silicon germanium mixed film), and is shown in FIG. It is a shape like this. As the proportion of aluminum increases, the pore shape changes from a circular shape to an elliptical shape and an irregular shape.

エッチングに用いる溶液は、例えばアルミニウムを溶かすにもかかわらずシリコン(あるいはゲルマニウム)をほとんど溶解しない酸が好ましく、りん酸、硫酸、塩酸、クロム酸溶液等の酸が好ましい。しかしエッチングによる細孔形成に不都合がなければ、水酸化ナトリウムやアンモニア等のアルカリを用いることができ、特に酸の種類やアルカリの種類に限定されるものではなく、数種類の酸溶液やあるいは数種類のアルカリ溶液を混合したものを用いてもかまわない。またエッチング条件は、例えば、溶液温度、濃度、時間などは、作製する多孔質薄膜に応じて、適宜設定することができる。   The solution used for etching is preferably an acid that dissolves aluminum but hardly dissolves silicon (or germanium), and is preferably an acid such as phosphoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, or chromic acid solution. However, if there is no problem in forming pores by etching, an alkali such as sodium hydroxide or ammonia can be used, and it is not particularly limited to the kind of acid or the kind of alkali, but several kinds of acid solutions or several kinds You may use what mixed the alkaline solution. In addition, for example, the etching conditions, solution temperature, concentration, time, etc. can be appropriately set according to the porous thin film to be produced.

工程(c):次に、前記多孔質体薄膜55の細孔中に金属化合物を含む溶液57を導入する。   Step (c): Next, a solution 57 containing a metal compound is introduced into the pores of the porous thin film 55.

導入する溶液は、工程(d)における金属析出の際に多孔質体薄膜の細孔を塞ぐことなく被覆金属の形成が可能な金属化合物であれば、どの様な金属化合物の溶液を用いてもよい。例えば無電解メッキ法を用いて細孔を塞ぐことなく細孔の表面に金属を析出させてもよく、その際にはNi、Cu、Ag、Pt、Au等の金属化合物が電離して生成した金属イオンを含むメッキ浴を用いてもよい。この中で、硝酸銀(AgNO)水溶液を導入することが望ましい。硝酸銀溶液を用いることにより、後の工程(d)において多孔質体薄膜の細孔を塞ぐことなく、比較的容易にAg薄膜の形成が可能であるからである。硝酸銀水溶液の濃度および温度は、多孔質体薄膜の細孔を塞ぐことなくAg薄膜の形成が可能な濃度、温度であれば特に限定されるものでない。 As long as the solution to be introduced is a metal compound capable of forming a coating metal without blocking the pores of the porous thin film during metal deposition in the step (d), any metal compound solution may be used. Good. For example, a metal may be deposited on the surface of the pores without blocking the pores using an electroless plating method, and in this case, a metal compound such as Ni, Cu, Ag, Pt, or Au is ionized and generated. A plating bath containing metal ions may be used. Among these, it is desirable to introduce a silver nitrate (AgNO 3 ) aqueous solution. This is because by using a silver nitrate solution, an Ag thin film can be formed relatively easily without closing the pores of the porous thin film in the subsequent step (d). The concentration and temperature of the aqueous silver nitrate solution are not particularly limited as long as the Ag thin film can be formed without blocking pores of the porous thin film.

図5(c)に溶液導入後の状態を示す。溶液導入後、多孔質体薄膜の上部に残った過剰な溶液を除去することが好ましい。除去方法はどのような方法を用いてもよいが、空気や窒素等のガスにより表面の過剰な溶液を吹き飛ばす方法(ブロー)が好ましい。   FIG. 5C shows a state after the solution is introduced. After the introduction of the solution, it is preferable to remove the excess solution remaining on the top of the porous thin film. Any method may be used as the removing method, but a method (blowing) of blowing off the excessive solution on the surface with a gas such as air or nitrogen is preferable.

工程(d):次に、前記多孔質体薄膜の細孔の表面に金属を析出させ、被覆金属58を形成する。   Step (d): Next, a metal is deposited on the surface of the pores of the porous thin film to form a coated metal 58.

図5(d)に示す様に、前記多孔質体薄膜の細孔の表面に金属を析出させ、多孔質体薄膜が金属薄膜で被覆された被分析物担体が形成される。金属化合物を含む溶液から金属を析出させる際には、析出した金属が多孔質薄膜の細孔を塞がなければどのような方法で金属を析出させてもよく、無電解メッキ等の方法で溶液中から直接細孔の表面に金属を析出させてもよい。   As shown in FIG. 5D, a metal is deposited on the surface of the pores of the porous thin film to form an analyte carrier in which the porous thin film is covered with the metal thin film. When depositing a metal from a solution containing a metal compound, the metal may be deposited by any method as long as the deposited metal does not block the pores of the porous thin film. The metal may be deposited directly on the surface of the pores from inside.

析出金属はAgが望ましい。Ag薄膜は硝酸銀を加熱して還元することで容易に得ることが出来るからである。その他の金属化合物を含む溶液から金属を析出させる際にも、析出した金属が多孔質薄膜の細孔を塞ぐのでなければ、どのような方法で金属を析出させてもよく、無電解メッキ等の方法で溶液中から直接細孔の表面に金属を析出させてもよい。   The deposited metal is preferably Ag. This is because the Ag thin film can be easily obtained by heating and reducing silver nitrate. When depositing a metal from a solution containing other metal compounds, the metal may be deposited by any method as long as the deposited metal does not block the pores of the porous thin film, such as electroless plating. The metal may be deposited directly on the surface of the pores from the solution by the method.

また、(b)工程の後に多孔質体薄膜55を酸化し、多孔質体薄膜を酸化物にすることが好ましく、(b)工程におけるエッチング後に多孔質薄膜の酸化処理、例えば酸素雰囲気中でのアニール処理等を行うことが好ましい。このような処理を行うことで多孔質薄膜の機械的強度が増加する。また多孔質薄膜が可視光に対して透明になり、それによりラマン分光分析の際に用いるレーザーの波長の選択性が高くなる等の効果がある。アニール処理温度および時間は、多孔質薄膜の細孔の構造が破壊されない温度、アニール時間であれば特に制限されるものではない。この酸化工程は(b)工程中に行ってもよい。またこの多孔質体薄膜の酸化は特に別工程を設けなくても(b)工程や(c)工程等で水溶液を用いた場合や、(d)工程における大気下での加熱工程中に発生しうる。例えば、(b)工程におけるエッチングにより作製した多孔質薄膜の細孔の表面は溶液中の水により酸化され酸化シリコン(あるいは酸化ゲルマニウム、あるいは酸化シリコンと酸化ゲルマニウムの混合物)となる。   In addition, it is preferable to oxidize the porous thin film 55 after the step (b) to make the porous thin film an oxide. After the etching in the step (b), the porous thin film is oxidized, for example, in an oxygen atmosphere. An annealing treatment or the like is preferably performed. By performing such treatment, the mechanical strength of the porous thin film increases. In addition, the porous thin film is transparent to visible light, thereby increasing the wavelength selectivity of the laser used for Raman spectroscopic analysis. The annealing temperature and time are not particularly limited as long as the annealing temperature is such that the pore structure of the porous thin film is not destroyed. This oxidation step may be performed during step (b). Further, the oxidation of the porous thin film occurs when an aqueous solution is used in the steps (b) and (c), etc., or during the heating step in the atmosphere in the step (d) without providing a separate step. sell. For example, the surface of the pores of the porous thin film prepared by etching in the step (b) is oxidized with water in the solution to become silicon oxide (or germanium oxide, or a mixture of silicon oxide and germanium oxide).

以下、特に被覆金属がAgである場合について、図6を用いて説明する。   Hereinafter, the case where the coating metal is Ag will be described with reference to FIG.

図6における(a’)工程、(b’)工程は前記(a)工程、(b)工程と同じ工程であり、被覆金属がAgの場合においても特に限定されない。   Steps (a ′) and (b ′) in FIG. 6 are the same steps as steps (a) and (b), and are not particularly limited even when the coating metal is Ag.

工程(b’)工程の後に多孔質体薄膜を酸化する工程を追加してもよい。   A step of oxidizing the porous thin film may be added after the step (b ′).

工程(c’)においては金属化合物を含む水溶液として硝酸銀水溶液を用い、多孔質体薄膜の細孔中に硝酸銀水溶液61を導入する。硝酸銀水溶液の濃度は特に限定されないが、0.01mol/l以上、10mol/l以下であることが好ましく、さらには0.1mol/l以上、5mol/l以下であることが好ましく、0.5mol/l以上、さらには2mol/l以下であることがより好ましい。   In the step (c ′), an aqueous silver nitrate solution is used as the aqueous solution containing the metal compound, and the aqueous silver nitrate solution 61 is introduced into the pores of the porous thin film. The concentration of the aqueous silver nitrate solution is not particularly limited, but is preferably 0.01 mol / l or more and 10 mol / l or less, more preferably 0.1 mol / l or more and 5 mol / l or less, and 0.5 mol / l or less. More preferably, it is 1 or more, and further 2 mol / l or less.

工程(d’)においては硝酸銀水溶液を乾燥させて固体の硝酸銀62を多孔質体薄膜の細孔の表面に析出させる。析出条件は硝酸銀が還元されない温度で乾燥、析出を行う必要がある。またこの際析出した固体の硝酸銀が細孔を塞いでいないことが好ましい。具体的には300℃以下での乾燥、析出が好ましく、さらには200℃以下での乾燥、析出が好ましい。また、乾燥、析出の時間は乾燥、析出温度に対応させて最適な時間を設定すればよい。   In the step (d ′), the aqueous silver nitrate solution is dried to deposit solid silver nitrate 62 on the surfaces of the pores of the porous thin film. Precipitation conditions require drying and precipitation at a temperature at which silver nitrate is not reduced. Further, it is preferable that the solid silver nitrate precipitated at this time does not block the pores. Specifically, drying and precipitation at 300 ° C. or lower are preferable, and drying and precipitation at 200 ° C. or lower is more preferable. Moreover, what is necessary is just to set the time of drying and precipitation corresponding to drying and precipitation temperature, and optimal time.

工程(e’)においては加熱処理を行い、次に示す反応により銀63を析出させる。
AgNO(固体) → Ag(固体)+NO(気体)+1/2O(気体)
細孔の表面に析出した硝酸銀を還元する際には、硝酸銀の還元が起こって銀が生成する温度以上で、かつ生成した銀が拡散、凝集して細孔を塞ぐ温度以下であればよく、具体的には300℃以上800℃以下の温度で加熱することが好ましく、400℃以上600℃以下の温度で加熱することがより好ましい。また、加熱時間は加熱温度に対応させて最適な時間を設定すればよい。
In the step (e ′), heat treatment is performed, and silver 63 is precipitated by the following reaction.
AgNO 3 (solid) → Ag (solid) + NO 2 (gas) + 1 / 2O 2 (gas)
When reducing silver nitrate deposited on the surface of the pores, it should be above the temperature at which silver nitrate is reduced and silver is produced, and below the temperature at which the produced silver diffuses and aggregates to block the pores, Specifically, heating is preferably performed at a temperature of 300 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, and more preferably heated at a temperature of 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. The heating time may be set to an optimum time corresponding to the heating temperature.

本実施例は、ガラス基板上に多孔質薄膜構造体を形成し、その表面および細孔の表面にAgを被覆して作製した被分析物担体について説明する。   In this example, an analyte carrier prepared by forming a porous thin film structure on a glass substrate and coating Ag and the surfaces thereof and pores will be described.

ガラス基板上にマグネトロンスパッタ法を用いて、アルミニウムをアルミニウムとシリコンの全量に対して65atomic%含んだアルミニウムシリコン混合膜を約1μmの厚さに形成した。ターゲットには、直径が4インチ(101.6mm)の円形のアルミニウムシリコン混合ターゲットを用いた。アルミニウムシリコン混合ターゲットはアルミニウムの粉末とシリコンの粉末を65atomic%:35atomic%の割合で焼結したものを用いた。スパッタ条件は、RF電源を用いて、Ar流量:30sccm、放電圧力:0.15Pa、投入電力:100Wとした。また、基板温度は100℃とした。   An aluminum silicon mixed film containing 65 atomic% of aluminum with respect to the total amount of aluminum and silicon was formed to a thickness of about 1 μm on a glass substrate by magnetron sputtering. A circular aluminum silicon mixed target having a diameter of 4 inches (101.6 mm) was used as the target. As the aluminum silicon mixed target, an aluminum powder and a silicon powder sintered at a ratio of 65 atomic%: 35 atomic% were used. Sputtering conditions were as follows: RF flow rate, Ar flow rate: 30 sccm, discharge pressure: 0.15 Pa, input power: 100 W. The substrate temperature was 100 ° C.

なお、FE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)にて、アルミニウムシリコン混合膜を観察した。基板斜め上方向から見た表面の形状は図5(a)のように、シリコン領域に囲まれた円形のアルミニウム柱状構造体が二次元的に配列していた。アルミニウム柱状構造体部分の平均直径は12nmであった。また、断面をFE−SEMにて観察した所、それぞれのアルミニウム柱状構造体は互いに独立していた。   In addition, the aluminum silicon mixed film was observed with FE-SEM (field emission scanning electron microscope). As shown in FIG. 5A, the shape of the surface viewed from the diagonally upward direction of the substrate was a circular array of aluminum columnar structures surrounded by silicon regions. The average diameter of the aluminum columnar structure portion was 12 nm. Moreover, when the cross section was observed with FE-SEM, each aluminum columnar structure was mutually independent.

このように作製したアルミニウムシリコン混合膜を図5(b)のように5wt%りん酸溶液中にて24時間浸し、アルミニウム柱状構造部分のみを選択的にエッチングして細孔を形成した。この結果、酸素を除いた主成分をシリコンとした部材で構成された多孔質膜が作製された。なお、多孔質薄膜中のシリコンは酸化されている。   The aluminum silicon mixed film thus prepared was immersed in a 5 wt% phosphoric acid solution for 24 hours as shown in FIG. 5B, and only aluminum columnar structure portions were selectively etched to form pores. As a result, a porous film composed of a member whose main component excluding oxygen was silicon was produced. Note that silicon in the porous thin film is oxidized.

次に、FE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)にて、5wt%りん酸でエッチングしたアルミニウムシリコン混合膜(酸素を除く主成分をシリコンとした部材で構成された多孔質体薄膜)を観察した。基板斜め上方向から見た表面の形状は図5(b)のように、シリコンの部材に囲まれた細孔が二次元的に配列していた。細孔の孔径は12nmであった。また、作製された多孔質薄膜はX線回折による回折ピーク形状より非晶質状態であり、顕微ラマン散乱測定におけるピーク形状より多孔質薄膜中のシリコンは酸化されていることが確認された。   Next, an aluminum silicon mixed film etched with 5 wt% phosphoric acid (a porous thin film composed of a material whose main component excluding oxygen is silicon) was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope). did. As shown in FIG. 5B, the shape of the surface viewed from the diagonally upward direction of the substrate was that pores surrounded by silicon members were two-dimensionally arranged. The pore diameter was 12 nm. Further, it was confirmed that the produced porous thin film was in an amorphous state from the diffraction peak shape by X-ray diffraction, and that the silicon in the porous thin film was oxidized from the peak shape in the microscopic Raman scattering measurement.

次にガラス基板上に作製した酸化シリコンからなる多孔質薄膜を1mol/lの硝酸銀水溶液に20分浸漬し、その後溶液から取り出し、窒素ガスにより表面に付着した過剰な水溶液をブローして除去した。次にこの硝酸銀溶液を導入した多孔質薄膜を、空気中において100℃で20分加熱して乾燥し、細孔の表面に固体の硝酸銀を析出させた。次にこの多孔質体薄膜を空気中500℃で30分間加熱し、多孔質体薄膜の細孔の表面に銀を析出させて目的の被分析物担体を作製した。   Next, the porous thin film made of silicon oxide formed on the glass substrate was immersed in a 1 mol / l silver nitrate aqueous solution for 20 minutes, then removed from the solution, and excess aqueous solution adhering to the surface was removed by blowing with nitrogen gas. Next, the porous thin film into which the silver nitrate solution had been introduced was dried in air at 100 ° C. for 20 minutes to precipitate solid silver nitrate on the surface of the pores. Next, this porous thin film was heated in air at 500 ° C. for 30 minutes, and silver was deposited on the surface of the pores of the porous thin film to produce the target analyte carrier.

FE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)にてこの被分析物担体の表面形状を観察した。基板斜め上方向から見た表面の形状は、銀に囲まれた細孔が二次元的に配列していた。細孔の孔径は4nmであった。また、断面FE−SEMにて観察した所、細孔の表面が銀によって被覆され、細孔が塞がれることなく基板と多孔質体薄膜の界面近傍まで到達している様子が観察された。銀が細孔の底部まで到達していることを確認するために、XPS(光電子分光分析装置)を用いて、多孔質体薄膜をArイオンでエッチングしながら膜厚深さ方向の組成分布を調べた。その結果、分析深さが膜厚である1μm付近までは銀に由来するピークが検出され、その強度は大きく変化しなかった。しかし分析深さが1μm以上になると銀に由来するピークは急激に減少し、殆ど出現しなくなった。このことから銀は膜厚程度の深さまで存在し、細孔の底部にまで銀が被覆されていることが確認された。   The surface shape of the analyte carrier was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope). The shape of the surface seen from the diagonally upward direction of the substrate was that pores surrounded by silver were two-dimensionally arranged. The pore diameter was 4 nm. Further, when observed with a cross-sectional FE-SEM, it was observed that the surface of the pores was covered with silver and reached the vicinity of the interface between the substrate and the porous thin film without being blocked. In order to confirm that the silver has reached the bottom of the pores, the composition distribution in the depth direction of the film thickness is examined while etching the porous thin film with Ar ions using an XPS (photoelectron spectrometer). It was. As a result, a peak derived from silver was detected until the analysis depth was about 1 μm, which was the film thickness, and the intensity did not change greatly. However, when the analysis depth was 1 μm or more, the peak derived from silver rapidly decreased and almost disappeared. From this, it was confirmed that silver was present to a depth of about the film thickness, and the silver was covered to the bottom of the pores.

この被分析物担体上に濃度100μmol/lのローダミン6G色素分子溶液を滴下し、図7(a)に示すように波長785nmのチタン−サファイアレーザーを被分析物担体の表面から照射して、同じく被分析物担体の表面側に設置された検出器でラマン散乱光を検出した。またこのとき比較のため図7(b)に示すように平坦なガラス基板上に銀薄膜を10nm程度成膜した膜においても同様の実験を行い、多孔質体薄膜82を用いた被分析物担体との比較を行った。その結果、多孔質体薄膜を用いた被分析物担体においては、平坦なガラス基板上に作製した素子と比較してローダミン6G色素分子に由来するラマンスペクトルのピーク強度が10倍程度強くなっていることが確認された。 A rhodamine 6G dye molecule solution having a concentration of 100 μmol / l is dropped on the analyte carrier, and a titanium-sapphire laser with a wavelength of 785 nm is irradiated from the surface of the analyte carrier as shown in FIG. Raman scattered light was detected by a detector installed on the surface side of the analyte carrier. At this time, for comparison, the same experiment was performed on a film in which a silver thin film was formed to a thickness of about 10 nm on a flat glass substrate as shown in FIG. 7B, and the analyte carrier using the porous thin film 82 was used. And compared. As a result, in the analyte carrier using a porous thin film, is the peak intensity of a Raman spectrum derived in comparison with the device fabricated on a flat glass substrate Rhodamine 6G dye molecules strongly about 10 6 times It was confirmed that

上記のように多孔質体薄膜上に銀を被覆した被分析物担体を用いてラマン散乱測定を行うと、比表面積の高い銀薄膜により表面増強ラマン散乱(SERS)が発生し、その結果溶液中の分子の検出感度が著しく向上し、溶液中の微量な分子を検出することが可能となる。また、上記のような色素分子以外にもアデニン、グアニン等の生体分子やDNA等の微量検出も可能である。   When Raman scattering measurement is performed using an analyte carrier in which silver is coated on a porous thin film as described above, surface-enhanced Raman scattering (SERS) is generated by a silver thin film having a high specific surface area. The detection sensitivity of this molecule is remarkably improved, and it becomes possible to detect a very small amount of molecules in the solution. In addition to the dye molecules as described above, trace amounts of biomolecules such as adenine and guanine and DNA can also be detected.

本実施例は、ガラス基板上に多孔質体薄膜の構造体を形成し、その表面および細孔の表面にAgを被覆して作製した被分析物担体について説明する。   In this example, an analyte carrier prepared by forming a porous thin film structure on a glass substrate and coating Ag and the surfaces thereof and pores will be described.

ガラス基板上にマグネトロンスパッタ法を用いて、アルミニウムをアルミニウムとシリコンの全量に対して75atomic%含んだアルミニウムシリコン混合膜を約1μmの厚さに形成した。ターゲットには、直径が4インチ(101.6mm)の円形のアルミニウムシリコン混合ターゲットを用いた。アルミニウムシリコン混合ターゲットはアルミニウムの粉末とシリコンの粉末を75atomic%:25atomic%の割合で焼結したものを用いた。スパッタ条件は、RF電源を用いて、Ar流量:20sccm、放電圧力:0.075Pa、投入電力:80Wとした。また、基板温度は100℃とした。   An aluminum silicon mixed film containing 75 atomic% of aluminum with respect to the total amount of aluminum and silicon was formed to a thickness of about 1 μm on a glass substrate by magnetron sputtering. A circular aluminum silicon mixed target having a diameter of 4 inches (101.6 mm) was used as the target. As the aluminum silicon mixed target, an aluminum powder and silicon powder sintered at a ratio of 75 atomic%: 25 atomic% was used. Sputtering conditions were as follows: Ar flow rate: 20 sccm, discharge pressure: 0.075 Pa, input power: 80 W using an RF power source. The substrate temperature was 100 ° C.

なお、FE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)にて、アルミニウムシリコン混合膜を観察した。基板斜め上方向から見た表面の形状は図5(a)のように、シリコン領域に囲まれた楕円形や、屈曲した楕円形のアルミニウム柱状構造体が二次元的に配列していた。また、断面をFE−SEMにて観察した所、それぞれのアルミニウム柱状構造体は互いに独立していた。   In addition, the aluminum silicon mixed film was observed with FE-SEM (field emission scanning electron microscope). As shown in FIG. 5A, the shape of the surface viewed from the obliquely upward direction of the substrate was an elliptical shape surrounded by a silicon region or a bent elliptical aluminum columnar structure two-dimensionally arranged. Moreover, when the cross section was observed with FE-SEM, each aluminum columnar structure was mutually independent.

このように作製したアルミニウムシリコン混合膜を図5(b)のように5wt%りん酸溶液中にて24時間浸し、アルミニウム柱状構造部分のみを選択的にエッチングして細孔を形成した。この結果、酸素を除いた主成分をシリコンとした部材で構成された多孔質体薄膜が作製された。なお、多孔質体薄膜中のシリコンは酸化されている。   The aluminum silicon mixed film thus prepared was immersed in a 5 wt% phosphoric acid solution for 24 hours as shown in FIG. 5B, and only aluminum columnar structure portions were selectively etched to form pores. As a result, a porous thin film composed of a member whose main component excluding oxygen was silicon was produced. Note that silicon in the porous thin film is oxidized.

次に、FE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)にて、5wt%りん酸でエッチングしたアルミニウムシリコン混合膜(酸素を除く主成分をシリコンとした部材で構成された多孔質膜)を観察した。基板斜め上方向から見た表面の形状は図5(b)のように、シリコンの部材に囲まれた楕円形の細孔が二次元的に配列していた。また、作製された多孔質体薄膜はX線回折による回折ピーク形状より非晶質状態であり、顕微ラマン散乱測定におけるピーク形状より多孔質体薄膜中のシリコンは酸化されていることが確認された。   Next, an aluminum silicon mixed film etched with 5 wt% phosphoric acid (a porous film composed of a member whose main component excluding oxygen is silicon) was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope). . As shown in FIG. 5 (b), the shape of the surface viewed obliquely upward from the substrate was such that elliptical pores surrounded by silicon members were two-dimensionally arranged. The produced porous thin film was in an amorphous state from the diffraction peak shape by X-ray diffraction, and it was confirmed that the silicon in the porous thin film was oxidized from the peak shape in microscopic Raman scattering measurement. .

次にガラス基板上に作製した酸化シリコンからなる多孔質体薄膜を1mol/lの硝酸銀水溶液に20分浸漬し、その後溶液から取り出し、窒素ガスにより表面に付着した過剰な水溶液をブローして除去した。次にこの硝酸銀溶液を導入した多孔質体薄膜を、空気中において100℃で20分加熱して乾燥し、細孔の表面に固体の硝酸銀を析出させた。次にこの多孔質体薄膜を空気中500℃で30分加熱し、多孔質体薄膜の細孔の表面に銀を析出させて目的の被分析物担体を作製した。   Next, the porous thin film made of silicon oxide formed on the glass substrate was immersed in a 1 mol / l silver nitrate aqueous solution for 20 minutes, then taken out from the solution, and the excess aqueous solution adhering to the surface was removed by blowing with nitrogen gas. . Next, the porous thin film into which the silver nitrate solution was introduced was dried by heating at 100 ° C. for 20 minutes in air to deposit solid silver nitrate on the surface of the pores. Next, this porous thin film was heated in air at 500 ° C. for 30 minutes, and silver was deposited on the surface of the pores of the porous thin film to produce the target analyte carrier.

FE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)にてこの被分析物担体の表面形状を観察した。基板斜め上方向から見た表面の形状は、銀に囲まれた細孔が二次元的に配列していた。また、断面FE−SEMにて観察した所、細孔の表面が銀によって被覆され、細孔が塞がれることなく基板と多孔質体薄膜の界面近傍まで到達している様子が観察された。銀が細孔の底部まで到達していることを確認するために、XPS(光電子分光分析装置)を用いて、多孔質体薄膜をArイオンでエッチングしながら膜厚深さ方向の組成分布を調べた。その結果、分析深さが膜厚である1μm付近までは銀に由来するピークが検出され、その強度は大きく変化しなかった。しかし分析深さが1μm以上になると銀に由来するピークは急激に減少し、殆ど出現しなくなった。このことから銀は膜厚程度の深さまで存在し、細孔の底部にまで銀が被覆されていることが確認された。   The surface shape of the analyte carrier was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope). The shape of the surface seen from the diagonally upward direction of the substrate was that pores surrounded by silver were two-dimensionally arranged. Further, when observed with a cross-sectional FE-SEM, it was observed that the surface of the pores was covered with silver and reached the vicinity of the interface between the substrate and the porous thin film without being blocked. In order to confirm that the silver has reached the bottom of the pores, the composition distribution in the depth direction of the film thickness is examined while etching the porous thin film with Ar ions using an XPS (photoelectron spectrometer). It was. As a result, a peak derived from silver was detected until the analysis depth was about 1 μm, which was the film thickness, and the intensity did not change greatly. However, when the analysis depth was 1 μm or more, the peak derived from silver rapidly decreased and almost disappeared. From this, it was confirmed that silver was present to a depth of about the film thickness, and the silver was covered to the bottom of the pores.

この被分析物担体上に濃度100μmol/lのローダミン6G色素分子溶液を滴下し、図7(a)に示すように波長785nmのチタン:サファイアレーザーを被分析物担体の表面から照射して、同じく被分析物担体の表面側に設置された検出器でラマン散乱光を検出した。またこのとき比較のため図7(b)に示すように平坦なガラス基板上に銀薄膜を10nm程度成膜した膜においても同様の実験を行い、多孔質体薄膜を用いた被分析物担体との比較を行った。その結果、多孔質体薄膜を用いた被分析物担体においては、平坦なガラス基板上に作製した素子と比較してローダミン6G色素分子に由来するラマンスペクトルのピーク強度が1010倍程度強くなっていることが確認された。 A rhodamine 6G dye molecule solution having a concentration of 100 μmol / l is dropped on the analyte carrier, and a titanium: sapphire laser with a wavelength of 785 nm is irradiated from the surface of the analyte carrier as shown in FIG. Raman scattered light was detected by a detector installed on the surface side of the analyte carrier. For comparison, a similar experiment was also conducted on a film in which a silver thin film was formed to a thickness of about 10 nm on a flat glass substrate as shown in FIG. 7B, and the analyte carrier using the porous thin film was A comparison was made. As a result, in the analyte carrier using the porous thin film, the peak intensity of the Raman spectrum derived from the rhodamine 6G dye molecule is about 10 10 times stronger than that of the element produced on the flat glass substrate. It was confirmed that

上記のように多孔質体薄膜上に銀を被覆した被分析物担体を用いてラマン散乱測定を行うと、比表面積の高い銀薄膜により表面増強ラマン散乱(SERS)が発生し、その結果溶液中の分子の検出感度が著しく向上し、溶液中の微量な分子を検出することが可能となる。   When Raman scattering measurement is performed using an analyte carrier in which silver is coated on a porous thin film as described above, surface-enhanced Raman scattering (SERS) is generated by a silver thin film having a high specific surface area. The detection sensitivity of this molecule is remarkably improved, and it becomes possible to detect a very small amount of molecules in the solution.

本実施例は、ガラス基板上に多孔質体薄膜の構造体を形成し、その表面および細孔の表面にAgを被覆して作製した被分析物担体について説明する。   In this example, an analyte carrier prepared by forming a porous thin film structure on a glass substrate and coating Ag and the surfaces thereof and pores will be described.

ガラス基板上にマグネトロンスパッタ法を用いて、アルミニウムをアルミニウムとゲルマニウムの全量に対して70atomic%含んだアルミニウムゲルマニウム混合膜を約1μmの厚さに形成した。ターゲットには、直径が4インチ(101.6mm)の円形のアルミニウムゲルマニウム混合ターゲットを用いた。スパッタ条件は、RF電源を用いて、Ar流量:15sccm、放電圧力:0.06Pa、投入電力:60Wとした。また、基板温度は100℃とした。   An aluminum germanium mixed film containing 70 atomic% of aluminum with respect to the total amount of aluminum and germanium was formed to a thickness of about 1 μm on a glass substrate by magnetron sputtering. As a target, a circular aluminum germanium mixed target having a diameter of 4 inches (101.6 mm) was used. Sputtering conditions were as follows: Ar flow rate: 15 sccm, discharge pressure: 0.06 Pa, input power: 60 W using an RF power source. The substrate temperature was 100 ° C.

なお、FE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)にて、アルミニウムゲルマニウム混合膜を観察した。基板斜め上方向から見た表面の形状は図5(a)のように、ゲルマニウム領域に囲まれた円形のアルミニウム柱状構造体が二次元的に配列していた。アルミニウム柱状構造体の平均直径は15nmであった。また、断面をFE−SEMにて観察した所、それぞれのアルミニウム柱状構造体は互いに独立していた。   In addition, the aluminum germanium mixed film was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope). As shown in FIG. 5A, the shape of the surface viewed from the obliquely upward direction of the substrate was a circular aluminum columnar structure surrounded by a germanium region two-dimensionally arranged. The average diameter of the aluminum columnar structure was 15 nm. Moreover, when the cross section was observed with FE-SEM, each aluminum columnar structure was mutually independent.

このように作製したアルミニウムゲルマニウム混合膜を図5(b)のように5wt%りん酸溶液中にて10時間浸し、アルミニウム柱状構造部分のみを選択的にエッチングして細孔を形成した。この結果、酸素を除いた主成分をゲルマニウムとした部材で構成された多孔質体薄膜が作製された。なお、多孔質体薄膜中のゲルマニウムは酸化されている。   The aluminum germanium mixed film thus prepared was immersed in a 5 wt% phosphoric acid solution for 10 hours as shown in FIG. 5B, and only aluminum columnar structure portions were selectively etched to form pores. As a result, a porous thin film composed of a member whose main component excluding oxygen was germanium was produced. Note that germanium in the porous thin film is oxidized.

次に、FE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)にて、5wt%りん酸でエッチングしたアルミニウムゲルマニウム混合膜(酸素を除く主成分をゲルマニウムとした部材で構成された多孔質体薄膜)を観察した。基板斜め上方向から見た表面の形状は図5(b)のように、ゲルマニウムの部材に囲まれた円形の細孔が二次元的に配列していた。細孔の平均直径は15nmであった。また、作製された多孔質薄膜はX線回折による回折ピーク形状より非晶質状態であり、顕微ラマン散乱測定におけるピーク形状より多孔質体薄膜中のゲルマニウムは酸化されていることが確認された。   Next, using an FE-SEM (field emission scanning electron microscope), an aluminum germanium mixed film etched with 5 wt% phosphoric acid (a porous thin film composed of a member containing germanium as a main component excluding oxygen) was observed. did. As shown in FIG. 5 (b), the shape of the surface viewed from the obliquely upward direction of the substrate was circular pores surrounded by germanium members arranged two-dimensionally. The average diameter of the pores was 15 nm. Moreover, it was confirmed that the produced porous thin film was in an amorphous state from the diffraction peak shape by X-ray diffraction, and germanium in the porous thin film was oxidized from the peak shape in microscopic Raman scattering measurement.

次にガラス基板上に作製した酸化ゲルマニウムからなる多孔質体薄膜を1mol/lの硝酸銀水溶液に20分浸漬し、その後溶液から取り出し、窒素ガスにより表面に付着した過剰な水溶液をブローして除去した。次にこの硝酸銀溶液を導入した多孔質体薄膜を、空気中において100℃で20分加熱して乾燥し、細孔の表面に固体の硝酸銀を析出させた。次にこの多孔質体薄膜を空気中500℃で30分加熱し、多孔質体薄膜の細孔の表面に銀を析出させて目的の被分析物担体を作製した。   Next, the porous thin film made of germanium oxide formed on the glass substrate was immersed in a 1 mol / l silver nitrate aqueous solution for 20 minutes, then taken out from the solution, and the excess aqueous solution adhering to the surface was removed by blowing with nitrogen gas. . Next, the porous thin film into which the silver nitrate solution was introduced was dried by heating at 100 ° C. for 20 minutes in air to deposit solid silver nitrate on the surface of the pores. Next, this porous thin film was heated in air at 500 ° C. for 30 minutes, and silver was deposited on the surface of the pores of the porous thin film to produce the target analyte carrier.

FE−SEM(電界放出走査型電子顕微鏡)にてこの被分析物担体の表面形状を観察した。基板斜め上方向から見た表面の形状は、銀に囲まれた細孔が二次元的に配列していた。また、断面FE−SEMにて観察した所、細孔の表面が銀によって被覆され、細孔が塞がれることなく基板と多孔質体薄膜の界面近傍まで到達している様子が観察された。銀が細孔の底部まで到達していることを確認するために、XPS(光電子分光分析装置)を用いて、多孔質体薄膜をArイオンでエッチングしながら膜厚深さ方向の組成分布を調べた。その結果、分析深さが膜厚である1μm付近までは銀に由来するピークが検出され、その強度は大きく変化しなかった。しかし分析深さが1μm以上になると銀に由来するピークは急激に減少し、殆ど出現しなくなった。このことから銀は膜厚程度の深さまで存在し、細孔の底部にまで銀が被覆されていることが確認された。   The surface shape of the analyte carrier was observed with an FE-SEM (field emission scanning electron microscope). The shape of the surface seen from the diagonally upward direction of the substrate was that pores surrounded by silver were two-dimensionally arranged. Further, when observed with a cross-sectional FE-SEM, it was observed that the surface of the pores was covered with silver and reached the vicinity of the interface between the substrate and the porous thin film without being blocked. In order to confirm that the silver has reached the bottom of the pores, the composition distribution in the depth direction of the film thickness is examined while etching the porous thin film with Ar ions using an XPS (photoelectron spectrometer). It was. As a result, a peak derived from silver was detected until the analysis depth was about 1 μm, which was the film thickness, and the intensity did not change greatly. However, when the analysis depth was 1 μm or more, the peak derived from silver rapidly decreased and almost disappeared. From this, it was confirmed that silver was present to a depth of about the film thickness, and the silver was covered to the bottom of the pores.

この被分析物担体上に濃度100μmol/lのローダミン6G色素分子溶液を滴下し、図7(a)に示すように波長785nmのチタン:サファイアレーザーを被分析物担体の表面から照射して、同じく被分析物担体の表面側に設置された検出器でラマン散乱光を検出した。またこのとき比較のため図7(b)に示すように平坦なガラス基板上に銀薄膜を10nm程度成膜した膜においても同様の実験を行い、多孔質体薄膜を用いた被分析物担体との比較を行った。その結果、多孔質体薄膜を用いた被分析物担体においては、平坦なガラス基板上に作製した素子と比較してローダミン6G色素分子に由来するラマンスペクトルのピーク強度が10倍程度強くなっていることが確認された。 A rhodamine 6G dye molecule solution having a concentration of 100 μmol / l is dropped on the analyte carrier, and a titanium: sapphire laser with a wavelength of 785 nm is irradiated from the surface of the analyte carrier as shown in FIG. Raman scattered light was detected by a detector installed on the surface side of the analyte carrier. For comparison, a similar experiment was also conducted on a film in which a silver thin film was formed to a thickness of about 10 nm on a flat glass substrate as shown in FIG. 7B, and the analyte carrier using the porous thin film was A comparison was made. As a result, in the analyte carrier using the porous thin film, the peak intensity of the Raman spectrum derived from the rhodamine 6G dye molecule is about 10 7 times stronger than that of the element produced on the flat glass substrate. It was confirmed that

本実施例においては多孔質体薄膜の作製の際にアルミニウムとゲルマニウムの混合ターゲットを用いてアルミニウムゲルマニウム混合膜を作製、その後アルミニウムを除去して酸化ゲルマニウムの多孔質体薄膜を用いたが、組成比が最適化されたアルミニウムとシリコンとゲルマニウムの混合ターゲットを用いても同様の被分析物担体を作製できる。   In this example, an aluminum germanium mixed film was prepared using a mixed target of aluminum and germanium at the time of preparation of the porous thin film, and then the aluminum was removed to use the porous thin film of germanium oxide. A similar analyte carrier can be produced using a mixed target of aluminum, silicon, and germanium optimized for.

本発明の被分析物担体およびその製造方法は、極微量分子の検出のための分析装置に利用可能である。   The analyte carrier and the method for producing the same of the present invention can be used in an analysis apparatus for detecting an extremely small amount of molecules.

本発明の被分析物担体の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the analyte carrier of this invention. 本発明の被分析物担体に用いる多孔質体薄膜を構成する、柱状物質と母材物質から構成される構造体薄膜及び前記構造体薄膜から柱状物質を除去して形成される多孔質薄膜の概略図である。Outline of a structure thin film composed of a columnar substance and a base material constituting a porous thin film used for the analyte carrier of the present invention, and a porous thin film formed by removing the columnar substance from the structure thin film FIG. 本発明の被分析物担体を用いた分析方法の一例である。It is an example of the analysis method using the analyte carrier of the present invention. 本発明の被分析物担体に用いる多孔質体薄膜の細孔形状の一例である。It is an example of the pore shape of the porous body thin film used for the analyte carrier of the present invention. 本発明の被分析物担体の製造方法の構成例である。It is a structural example of the manufacturing method of the analyte carrier of this invention. 本発明の被分析物担体の製造方法の構成例である。It is a structural example of the manufacturing method of the analyte carrier of this invention. 本発明の被分析物担体を用いた分析方法とその比較のために用いた分析方法である。The analysis method using the analyte carrier of the present invention and the analysis method used for comparison.

符号の説明Explanation of symbols

11、22、31、51、71、81 基板
12、25、32、41、43、46、55、72、82 多孔質体薄膜
13、33、58、73、83 被覆金属
14、26、56 細孔
21、52 柱状物質
23、54 構造体薄膜
24、53 母材物質
34、74、84 被検出分子
35、75、85 レーザー発生器
36、76、86 光検出器
38 レーザー光
39 ラマン散乱光
42 円形細孔
43 楕円形細孔
45 不定形細孔
57 金属化合物を含む溶液
61 硝酸銀水溶液
62 硝酸銀
63 析出した銀
77、87 金属薄膜
11, 22, 31, 51, 71, 81 Substrate 12, 25, 32, 41, 43, 46, 55, 72, 82 Porous thin film 13, 33, 58, 73, 83 Coated metal 14, 26, 56 Fine Holes 21 and 52 Columnar substances 23 and 54 Structure thin films 24 and 53 Base material substances 34, 74, 84 Detected molecules 35, 75, 85 Laser generators 36, 76, 86 Photo detector 38 Laser light 39 Raman scattered light 42 Circular pore 43 Elliptical pore 45 Amorphous pore 57 Solution containing metal compound 61 Silver nitrate aqueous solution 62 Silver nitrate 63 Deposited silver 77, 87 Metal thin film

Claims (10)

ラマン分光分析に用いる被分析物を坦持するための担体であって、
基板と、該基板上に配置され、かつ、該基板に対してほぼ垂直に形成された複数の細孔を有する多孔質体薄膜と、該多孔質体薄膜の表面および細孔の表面を被覆した被覆金属とからなり、前記多孔質体薄膜の材料が酸素を除く成分としてシリコン、またはゲルマニウム、またはシリコンとゲルマニウムの混合物であることを特徴とする被分析物担体。
A carrier for carrying an analyte used for Raman spectroscopy,
A substrate, a porous thin film having a plurality of pores disposed on the substrate and substantially perpendicular to the substrate, and the surface of the porous thin film and the surface of the pores are coated An analyte carrier comprising a coating metal, wherein the material of the porous thin film is silicon, germanium, or a mixture of silicon and germanium as a component excluding oxygen.
前記多孔質体薄膜が酸化物であることを特徴とする請求項1に記載の被分析物担体。   2. The analyte carrier according to claim 1, wherein the porous thin film is an oxide. 前記被覆金属がAu、Ag、Cu、Pt、Ni、WまたはTiのいずれかであることを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載の被分析物担体。   The analyte carrier according to claim 1, wherein the coating metal is any one of Au, Ag, Cu, Pt, Ni, W, and Ti. 前記被覆金属がAgであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の被分析物担体。   4. The analyte carrier according to claim 1, wherein the coated metal is Ag. 請求項1〜4のいずれかに記載の担体と前記担体上の被分析物に光を照射するための手段とを備えることを特徴とする分析装置。   An analyzer comprising the carrier according to claim 1 and means for irradiating the analyte on the carrier with light. ラマン分光分析に用いる被分析物担体の製造方法であって、
基板上に、第1の成分を含み構成される柱状物質が、前記第1の成分と共晶を形成し得る半導体材料である第2の成分を含み構成される部材中に分散している構造体薄膜を形成する工程と、
前記柱状物質を除去し、多孔質体薄膜を形成する工程と、
金属化合物を含む溶液を前記多孔質体薄膜の細孔中に導入する工程と及び、
前記金属化合物を化学変化させて前記多孔質体薄膜の表面および前記細孔の表面に金属を析出させる工程と
を有することを特徴とする被分析物担体の製造方法。
A method for producing an analyte carrier for use in Raman spectroscopy, comprising:
A structure in which a columnar substance including a first component is dispersed in a member including a second component that is a semiconductor material capable of forming a eutectic with the first component on a substrate. Forming a body thin film;
Removing the columnar material to form a porous thin film; and
Introducing a solution containing a metal compound into the pores of the porous thin film; and
And a step of chemically changing the metal compound to deposit metal on the surface of the porous thin film and the surface of the pores.
ラマン分光分析に用いる被分析物担体の製造方法であって、
基板上に、第1の成分を含み構成される柱状物質が、前記第1の成分と共晶を形成し得る半導体材料である第2の成分を含み構成される部材中に分散している構造体薄膜を形成する工程と、
前記柱状物質を除去し、多孔質体薄膜を形成する工程と、
前記多孔質体薄膜を酸化する工程と、
金属化合物を含む溶液を前記多孔質体薄膜の細孔中に導入する工程と及び、
前記金属化合物を化学変化させて前記多孔質体薄膜の表面および細孔の表面に金属を析出させる工程と
を有することを特徴とする被分析物担体の製造方法。
A method for producing an analyte carrier for use in Raman spectroscopy, comprising:
A structure in which a columnar substance including a first component is dispersed in a member including a second component that is a semiconductor material capable of forming a eutectic with the first component on a substrate. Forming a body thin film;
Removing the columnar material to form a porous thin film; and
Oxidizing the porous thin film;
Introducing a solution containing a metal compound into the pores of the porous thin film; and
And a step of chemically changing the metal compound to deposit a metal on the surface of the porous thin film and the surface of the pores.
請求項6または7に記載の金属化合物を化学変化させて前記多孔質体薄膜の表面および前記細孔の表面に金属を析出させる工程が、
前記金属化合物を含む溶液を乾燥して前記多孔質体薄膜の表面および前記細孔の表面に金属化合物を析出させる工程と及び、
前記細孔の表面に析出した金属化合物を還元して前記多孔質体薄膜の表面および前記細孔の表面に金属を析出させる工程と
を有することを特徴とする被分析物担体の製造方法。
The step of chemically changing the metal compound according to claim 6 or 7 to deposit a metal on the surface of the porous thin film and the surface of the pores,
Drying the solution containing the metal compound to deposit the metal compound on the surface of the porous thin film and the surface of the pores; and
And a step of reducing the metal compound deposited on the surface of the pores to deposit metal on the surface of the porous thin film and the surface of the pores.
前記多孔質体薄膜が、水溶液を用いた柱状物質を除去する工程により酸化されることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の被分析物担体の製造方法。   The method for producing an analyte carrier according to any one of claims 6 to 8, wherein the porous thin film is oxidized by a step of removing a columnar substance using an aqueous solution. 前記金属化合物がAgを含む化合物であることを特徴とする請求項6〜9のいずれか記載の被分析物担体の製造方法。   The method for producing an analyte carrier according to any one of claims 6 to 9, wherein the metal compound is a compound containing Ag.
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