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Fully integrated plasmonic sensor with high resolution based on plasmon-electron direct conversion

基于等离子体-电子直接转换的高分辨率全集成等离子体传感器

基本信息

批准号：
19K15040
负责人：
貝原輝則
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

プラズモン共鳴(SPR)センサーは高速、リアルタイム且つラベルフリーの測定を可能とし生化学や遺伝子工学の分野で広く利用されている。しかし、使用するバルクの光学機器の為、振動や外部環境変化に脆弱で大型・高価になり易く利用範囲が制限されている。本研究課題では高効率化したプラズモン－電気直接変換を用いてバルク光学機器を廃し、超小型、安価、頑丈で高分解能のチップ型センサーの開発を目的とする。金属上に生じる表面プラズモンの運動量によって光起電力が生じる現象(プラズモンドラッグ効果)は金属に接する媒質の屈折率変化によって変化する為、これをセンサーとして応用すると電子集積回路のサイズでSPRセンサーが実現できるだけでなく従来を上回る検出限界と空間分解能の本質的改善が期待できる。この目標として(1) 材料・サイズ・構造を最適化しプラズモンドラッグ効果を最大化する、(2) プラズモン励起ホットキャリアを利用した光電流取出しを行うことを目指す。今年度は以下の項目を実施した。(1) シミュレーションによる貴金属(Au等)と卑金属(Co,Al等)のプラズモンドラッグ効果の評価により卑金属の方が光起電力に有利であることを示した。(2) ホットキャリアの引出し媒体として酸化チタンを用いることを検討し、シミュレーションによりAu上にプリズム結合にて生じた表面プラズモンから光起電力が得られることを示した。(3) 回転ステージ上に電極を設けた試料と単パルスレーザによってプラズモンドラッグ効果を測定する実験系を構築し、Auのプラズモンドラッグ効果を確認した。(4) 蒸着とアニール処理による酸化チタン薄膜の成膜方法を検討しキャリア伝導に有利と考えられるアナターゼ相を得た。

The detection of SPR is possible at high speeds and in the fields of biochemistry and molecular engineering. The use of optical equipment is limited by its characteristics, vibration, and vulnerability to external environment. The purpose of this research is to develop high-efficiency, high-resolution, and high-resolution optical devices for use in direct electrical conversion. The phenomenon that the amount of motion of the surface of the metal is generated by the photo-induced electric force is changed (the effect of the photo-induced electric force is changed). The change of the refractive index of the metal connected medium is changed to the effect that the electron accumulation circuit is changed to the effect that the spatial decomposition energy is essentially improved. The purpose of this study is to optimize the material structure, maximize the effect, and utilize the photocurrent. The following projects were implemented this year. (1)The evaluation of the effect of the separation of noble metals (Au, etc.) and base metals (Co,Al, etc.) from each other is shown in this paper. (2)The first step is to open the door and open the door. (3)The test results of the electrode design on the back surface were confirmed by the construction of the test system and the determination of the test results. (4)A method for forming a thin film by evaporation and acidification is discussed.