(57)【要約】【課題】標的物質を吸着させるためのホットスポットの数が豊富で、標的物質を効率的に測定することができる電場増強素子提供する。【解決手段】本発明に係る電場増強素子は、伝搬表面プラズモン発生部と、基板の一の面の上方に形成され、複数の金属微細構造体を含む、局在表面プラズモン発生部と、基板面の上方に形成され、伝搬表面プラズモン発生部で発生した伝搬表面プラズモンを、局在表面プラズモン発生部に、基板面に沿う方向に伝搬させる金属層と、を有し、金属微細構造体は、基板面の法線方向において互いに離間して配置された複数の金属微細構造を含む。【選択図】図６
2016142617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝搬表面プラズモン発生部と、
基板の一の面の上方に形成され、前記伝搬表面プラズモン発生部で発生した伝搬表面プラズモンを、前記基板面に沿う方向に伝搬させる金属層と、
前記金属層の上方であって、前記表面プラズモン発生部とは平面視において異なる位置に形成され、複数の金属微細構造体を含む、局在表面プラズモン発生部と、
を有し、
前記金属微細構造体は、前記基板面の法線方向において互いに離間して配置された複数の金属微細構造を含む、電場増強素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記金属微細構造体は、前記基板面に沿う方向に格子状に配列されている、電場増強素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記金属層は、前記伝搬表面プラズモン発生部に連続している、電場増強素子。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記伝搬表面プラズモン発生部は、グレーティング結合法、又は、全反射減衰法により、伝搬表面プラズモンを発生させる、電場増強素子。
【請求項５】
請求項４において、
前記伝搬表面プラズモン発生部は、グレーティングと、伝搬表面プラズモンを発生させる表面と、を有する、電場増強素子。
【請求項６】
請求項４において、
前記伝搬表面プラズモン発生部は、プリズムと、伝搬表面プラズモンを発生させる表面と、を有する、電場増強素子。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の電場増強素子と、
前記電場増強素子に励起光を照射する光源と、
前記電場増強素子から放射される光を検出する検出器と、
を備えた、分析装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記励起光は、ＴＭ偏光光である、分析装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８において、
前記金属微細構造の前記基板面の法線方向における寸法は、前記励起光の波長よりも小さい、分析装置。
【請求項１０】
請求項７ないし請求項９のいずれか一項に記載の分析装置と、前記検出器からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部と、前記健康医療情報を記憶する記憶部と、前記健康医療情報を表示する表示部と、を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電場増強素子、分析装置、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療診断や食物の検査等における需要がますます増大し、小型で高速なセンシング技術の開発が求められている。電気化学的な手法をはじめさまざまなタイプのセンサーが検討されているが、集積化が可能、低コスト、そして、測定環境を選ばないといった理由から、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を用いたセンサーに対する関心が高まっている。
【０００３】
例えば、全反射型プリズム表面に設けた金属薄膜に発生させたＳＰＲを用いて、抗原抗体反応における抗原の吸着の有無など、標的物質の吸着の有無を検出するものが知られている。この手法は、ＳＰＲによる消光波長が、検出対象分子（標的物質）の吸着前後でシフトするのを検出することで、検出対象分子の存在をセンシングする。
【０００４】
また、低濃度の標的物質を検出する高感度分光技術の１つとして、ＳＰＲを利用した表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｒａｍａｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）が注目されている。ＳＥＲＳとはナノメートルスケールの凸凹構造を持つ金属表面でラマン散乱光が１０２〜１０１４倍に増強される現象である。
【０００５】
レーザーなどの単一波長の励起光を分子に照射すると、励起光の波長から分子の振動エネルギー分だけ僅かにずれた波長の光（ラマン散乱光）が散乱される。この散乱光を分光処理すると、分子種に固有のスペクトル（指紋スペクトル）が得られる。この指紋スペクトルの形状を分析することで、分子を同定することが可能となる。
【０００６】
一方、ラマン分光では、ラマン散乱光が非常に微弱の為、ごく低濃度の物質検出に、ＳＥＲＳを利用した強い増強度を示すセンサーチップが各種提案されている。例えば、特許文献１及び特許文献２には、金属ナノ粒子層を、誘電体からなるギャップ層を介してミラー層の上に配列させた構造のチップが提案されている。このような構造は、非特許文献１にも報告されており、当該文献では、Ｇａｐ  ｔｙｐｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ（ＧＳＰ）モデルと称している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００７−５３８２６４号公報
【特許文献２】特開２００８−０１４９３３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】OPTICS EXPRESS Vol.17, No.20 (2009) pp.17234-17241
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
先行技術文献に開示されたセンサーチップでは、基板上に形成された金属ナノ構造に対し、光を照射し、金属ナノ構造の周囲に局在表面プラズモン（ＬＳＰ：Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ）を励起し、標的分子からのＳＥＲＳを励起して高感度な検出を試みている。しかし、更に高感度な検出を目指す場合には、金属ナノ構造をより高密度に配置し、増強電場が形成される領域、いわゆるホットサイト（ホットスポッ
トともいう。）の電場増強度を高めること、そして単位面積あたりのホットサイトの数（ホットサイトの密度）を増やすことが重要になる。
【００１０】
ホットサイトは、金属ナノ構造の周囲に発生し、基板上に近接して配置された場合には、当該隣接する金属ナノ構造の間に、より高い増強度で発生し、通常は金属ナノ構造が接近するほど増強度を高めることができる。また、基板上に金属ナノ構造を高密度に配置するには、基板面に沿って高密度に配置し、かつ基板面の法線方向にも積み上げて配置することが有効と考えられる。
【００１１】
しかも、基板面の法線方向に金属ナノ構造を積み上げる場合には、上下の金属ナノ構造の間を誘電体で離間させることになる。その場合の誘電体の膜厚は、成膜プロセスにより行うことができ、当該誘電体の膜厚を、高い精度で薄く形成することができる。そのため、金属ナノ構造間の距離を、基板面に沿う平面上に配置する場合に比べて、接近させて配置することがより容易となる。そのため、金属ナノ構造を基板面の法線方向に積み上げることにより、さらに強い電場増強度を示すホットサイトを得ることが期待できる。
【００１２】
他方、ホットスポットは、隣接する金属ナノ構造を結ぶ線に沿う方向に振動する電場を有する励起光が与えられた場合に、より電場増強度が高くなる。すなわち、高い増強度を得るためには、励起光は、隣接する金属ナノ構造を結ぶ線に沿う方向の偏光光を含むことが有利となる。
【００１３】
ここで、基板面に平行な方向に金属ナノ構造を配列した場合には、基板面に向かって励起光を入射することにより、金属ナノ構造対を結ぶ軸に沿う方向に振幅を有する電場を与えやすい。しかし、金属ナノ構造を基板面の法線方向に積み上げた構造の場合には、基板面の法線方向の偏光成分を持った励起光を用いるほうがよい。ところが、基板面に対して垂直に励起光を入射すると、通常はこのような励起光は基板面に沿う方向の偏光成分を有する光となるため、金属ナノ構造対間に強い電場を形成することは出来ない。
【００１４】
金属ナノ構造対を結ぶ軸に沿う方向（すなわち、基板面の法線方向）に振幅成分を有する電場を与えるには、基板面に対して平行な方向から励起光を入射する必要があり、多くの場合、光のスポット径に比べ、金属ナノ構造対の大きさは非常に小さいため、ごく一部の光しか、局在表面プラズモンの励起に使うことができず、励起光のエネルギーの利用効率が小さくなってしまう。
【００１５】
このように、基板面の法線方向に金属ナノ構造を積み上げる場合には、単純に励起光を基板面に対して入射させるだけでは、基板面の法線方向に振幅する電場を十分に与えることが困難で、ホットサイト密度を期待通りの大きさで達成することは難しかった。
【００１６】
本発明の幾つかの態様に係る目的の１つは、標的物質を吸着させるためのホットスポットの密度が高く、ホットスポットの電場増強度が高い電場増強素子、分析装置及び電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するために為されたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【００１８】
本発明に係る電場増強素子の一態様は、
伝搬表面プラズモン発生部と、
基板の一の面の上方に形成され、前記伝搬表面プラズモン発生部で発生した伝搬表面プラズモンを、前記基板面に沿う方向に伝搬させる金属層と、
前記金属層の上方であって、前記表面プラズモン発生部とは平面視において異なる位置に形成され、複数の金属微細構造体を含む、局在表面プラズモン発生部と、
を有し、
前記金属微細構造体は、前記基板面の法線方向において互いに離間して配置された複数の金属微細構造を含む。
【００１９】
このような電場増強素子は、伝搬表面プラズモン発生部で発生した伝搬表面プラズモン（ＰＳＰ：Ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ）が基板面の上方を伝搬することによって、基板面の法線方向に振幅を有する電場（基板面の法線方向に偏光成分を有する光）を、金属層を介して局在表面プラズモン発生部に与えることができる。これにより、当該金属微細構造の間に強い局在表面プラズモン（ＬＳＰ：Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ）を発生させることができ、当該金属微細構造の近傍に高い電場増強度のホットサイトを形成することができる。そのため、係る電場増強素子は、標的物質を吸着させるためのホットスポットの密度が高く、ホットスポットの電場増強度も高い。これにより、例えばＳＥＲＳ信号の高い増強度を得ることができる。
【００２０】
また、係る電場増強素子は、平面視において、伝搬表面プラズモン発生部と、局在表面プラズモン発生部とが異なる位置に形成されているので、入射光によって伝搬表面プラズモンを発生させ、その後、伝搬した伝搬表面プラズモンの電場により局在表面プラズモンを発生させることができる。基板面に対して垂直に励起光を入射すると、励起光は基板面に沿う方向の偏光成分を有する光電場を形成し、法線方向の電場の振幅を生じにくいが、伝搬表面プラズモンを伝搬させることで、伝搬する領域に基板面の法線方向の増強電場成分を発生させることができる。本発明の電場増強素子では、係る電場により基板面の法線方向に配列した金属微細構造対に局在表面プラズモンを発生させ、金属微細構造対間に非常に強い電場を形成することができる。
【００２１】
本発明に係る電場増強素子において、
前記金属微細構造体は、前記基板面に沿う方向に格子状に配列されていてもよい。
【００２２】
このような電場増強素子は、ホットサイトの密度が高く、金属微細構造の基板面に平行な方向における近傍にも高い増強度の局在表面プラズモン（ホットサイト）を発生させることができる。
【００２３】
本発明に係る電場増強素子において、
前記金属層は前記表面プラズモン発生部と連続していてもよい。
【００２４】
このような電場増強素子は、伝搬表面プラズモン発生部で発生した伝搬表面プラズモンを、局在表面プラズモン発生部に、より効率よく伝搬することができる。
【００２５】
本発明に係る電場増強素子において、
前記伝搬表面プラズモン発生部は、グレーティング結合法、又は、全反射減衰法により、伝搬表面プラズモンを発生させてもよい。
【００２６】
このような電場増強素子は、効率よく伝搬表面プラズモンを発生させることができる。
【００２７】
本発明に係る電場増強素子において、
前記伝搬表面プラズモン発生部は、グレーティングと、伝搬表面プラズモンを発生させる表面と、を有してもよい。
【００２８】
このような電場増強素子は、効率よく伝搬表面プラズモンを発生させることができる。
【００２９】
本発明に係る電場増強素子において、
前記伝搬表面プラズモン発生部は、プリズムと、伝搬表面プラズモンを発生させる表面と、を有してもよい。
【００３０】
このような電場増強素子は、効率よく伝搬表面プラズモンを発生させることができる。
【００３１】
本発明に係る分析装置の一態様は、
上述の電場増強素子と、
前記電場増強素子に励起光を照射する光源と、
前記電場増強素子から放射される光を検出する検出器と、
を備える。
【００３２】
このような分析装置は、高い電場増強効果を有する電場増強素子を備えるため、プラズモンに基づく光の増強度が非常に大きく、標的物質を極めて高感度に分析することができる。
【００３３】
本発明に係る分析装置において、
前記励起光は、ＴＭ偏光光であってもよい。
【００３４】
このような分析装置は、伝搬表面プラズモン発生部で伝搬表面プラズモンをより効率よく発生させることができる。
【００３５】
本発明に係る分析装置において、
前記金属微細構造の前記基板面の法線方向における寸法は、前記励起光の波長よりも小さくてもよい。
【００３６】
本発明に係る電子機器の一態様は、
上述の分析装置と、前記検出器からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部と、前記健康医療情報を記憶する記憶部と、前記健康医療情報を表示する表示部と、を備える。
【００３７】
このような電子機器によれば、プラズモンに基づく光の増強度の大きい電場増強素子を備えており、標的物質の検出を容易に行うことができ、高精度な健康医療情報を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態の電場増強素子の概略図。
【図２】実施形態の電場増強素子の伝搬表面プラズモン発生部の一例を示す模式図。
【図３】実施形態の電場増強素子の伝搬表面プラズモン発生部の一例を示す模式図。
【図４】実施形態の電場増強素子の伝搬表面プラズモン発生部の一例を示す模式図。
【図５】実施形態の電場増強素子の局在表面プラズモン発生部の金属微細構造体の例を示す模式図。
【図６】実施形態の電場増強素子の一例を模式的に示す斜視図。
【図７】実施形態の電場増強素子の一例を模式的に示す斜視図。
【図８】実施形態の電場増強素子の一例を模式的に示す斜視図。
【図９】実施形態の電場増強素子の一例を模式的に示す斜視図。
【図１０】実施形態の電場増強素子の一例を模式的に示す斜視図。
【図１１】実施形態の電場増強素子の一例を模式的に示す斜視図。
【図１２】実施形態の電場増強素子の一例を模式的に示す斜視図。
【図１３】実施形態の電場増強素子の一例の断面の模式図。
【図１４】金属微細構造体におけるホットサイトの計算例。
【図１５】実施形態に係る分析装置を模式的に示す図。
【図１６】実施形態に係る電子機器を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。
【００４０】
１．電場増強素子
図１は、本発明に係る電場増強素子の一例である本実施形態の電場増強素子１００を概念的に示す斜視図である。本実施形態の電場増強素子１００は、伝搬表面プラズモン発生部１０と、金属層２０と、局在表面プラズモン発生部３０と、を有する。そして、図１に示すように、伝搬表面プラズモン発生部１０で発生させた伝搬表面プラズモン（ＰＳＰ）を、金属層２０を介して、局在表面プラズモン発生部３０へと伝搬させ、局在表面プラズモン発生部３０で局在表面プラズモン（ＬＳＰ）を発生させる。
【００４１】
なお、本明細書では「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下、「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）が存在する」などと用いる場合に、Ａ上に直接Ｂが存在する場合と、Ａ上に他のものを介してＢが存在する場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いる。
【００４２】
１．１．伝搬表面プラズモン発生部
表面プラズモン発生部１０は、基板面そのものであってもよい。伝搬表面プラズモン発生部１０により発生される伝搬表面プラズモンは、基板面の上方に発生されてもよいし、基板の下方に発生されてもよい。伝搬表面プラズモン発生部１０は、光（例えば励起光）により与えられる電場と、その電場によって誘起される分極とが逆位相で振動するような電場が存在しうる金属、すなわち、特定の電場が与えられた場合に、誘電関数の実数部が負の値を有し（負の誘電率を有し）、虚数部の誘電率が実数部の誘電率の絶対値よりも小さい誘電率を有することのできる金属によって構成される。可視光の波長域においてこのような誘電率を有しうる金属の例としては、金、銀、銅、アルミニウム、白金、ニッケル、パラジウム、タングステン、ロジウム及びルテニウムから選択される少なくとも１種の金属、若しくは、これらの複数種の合金等を挙げることができる。
【００４３】
伝搬表面プラズモン発生部１０は、本実施形態の電場増強素子１００において伝搬表面プラズモン（ＰＳＰ）を発生させる機能を有している。伝搬表面プラズモン発生部１０に光が入射することにより、伝搬表面プラズモン発生部１０の表面（厚さ方向の端面）近傍に伝搬表面プラズモンが発生する。
【００４４】
伝搬表面プラズモン発生部１０は、上記の表面を有する限り、限定されないが、基板上に金属の薄膜を形成し、これを伝搬表面プラズモン発生部１０としてもよいし、金属の基板の表面を伝搬表面プラズモン発生部１０としてもよい。基板上に金属の薄膜を形成する場合の基板としては、例えば、ガラス基板、シリコン基板、樹脂基板、光学プリズムなどが挙げられる。この場合、基板としては、伝搬表面プラズモン発生部１０に励起される伝搬表面プラズモンに影響を与えにくいものが好ましい。基板面の形状も特に限定されない。伝搬表面プラズモン発生部１０の表面に所定の構造を形成する場合にはその構造に対応する表面を有してもよいし、伝搬表面プラズモン発生部１０の表面を平面とする場合には対応する部分の表面が平面の基板を用いてもよい。
【００４５】
図２〜図４は、それぞれ伝搬表面プラズモン発生部１０の例を示す模式図である。伝搬表面プラズモン発生部１０は、伝搬表面プラズモン（ＰＳＰ）を発生させることができれば、どのような構成、形状を有してもよい。
【００４６】
図２は、グレーティング結合法を用いてＰＳＰを発生させる様子を模式的に示している。図３は、全反射減衰（ＡＴＲ：Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ  Ｔｏｔａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）法のうち、Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ配置によりＰＳＰを発生させる様子を模式的に示している。この例では、プリズムＰｒを通じて金属薄膜に励起光が入射され、金属薄膜のプリズムＰｒとは反対側の表面近傍にＰＳＰが発生している。また、図４は、全反射減衰法のうち、Ｏｔｔｏ配置によりＰＳＰを発生させる様子を模式的に示している。この例では、プリズムＰｒを通じて金属薄膜に励起光が入射され、金属薄膜のプリズムＰｒ側の表面近傍にＰＳＰが発生している。
【００４７】
図６〜図１２は、伝搬表面プラズモン発生部１０、金属層２０及び局在表面プラズモン発生部３０を有する電場増強素子１００の幾つかの例を示す模式図である。図６〜図１２では、伝搬表面プラズモン発生部１０がグレーティング結合法による場合を例示している。
【００４８】
図２に示すグレーティング結合法について説明する。金属の表面のグレーティングのピッチをΛとし（図２、図６〜図１２参照）、ＴＭ偏光成分を有する励起光ｉを入射した場合に生じる、グレーティングの溝とは垂直方向の回折光の波数ベクトルｋｘは式（１）となる。
【００４９】
ｋｘ＝ｋ０ｓｉｎθ＋ｍＫ    ・・・（１）
ここで、ｋ０は励起光ｉの波数、Ｋは、格子ベクトル（Ｋ＝２π／Λ）、θは、励起光ｉの入射角（図２、図６〜図１２参照）、ｍは、整数である。
【００５０】
この系において、ｋｘ＞ｋ０のとき、回折光はエバネッセント波化し、この時の波数ｋｘと表面プラズモンの波数ｋｓｐとが一致した時、伝搬表面プラズモンが発生する。伝搬表面プラズモンの分散関係は次式で与えられる。
【００５１】
【数１】
2016142617.tif 000003
【００５２】
ここで、ｃは真空中の光速、ε１は、励起光の入射側の媒質の誘電率、ε２はグレーティングの金属の誘電率である。
【００５３】
また、励起光ｉが、ＴＭ偏光成分を含めば、ＰＳＰが発生し得るが、励起光ｉがＴＭ偏光成分の割合が多いほど、励起光ｉのエネルギーをより効率よくＰＳＰに変換することができる。
【００５４】
グレーティングの形状としては、特に限定されず、凸部が規則的に配列された構造（図６、図８、図９、図１１、図１２参照）、凹部が規則的に配列された構造（図７、図１０参照）等を採用することができる。また、図６〜図８、図１１では、伝搬表面プラズモン
発生部１０は、線状の凸部又は凹部が規則的に配列された１次元のグレーティング構造、図９、図１０、図１２は、点状（ディスク状）の凸部又は凹部が規則的に配列された２次元のグレーティング構造を有している。
【００５５】
一方、図３、図４及び後述の図１３に示す例では、プリズムＰｒを用いている。これらの例の場合には、式（３）を満たす場合に伝搬表面プラズモンが発生する。
【００５６】
【数２】
2016142617.tif 000004
【００５７】
ここで、ｎ１は、プリズムＰｒの屈折率である。また、プリズムＰｒ及び金属層２０の周囲は、屈折率１の空気（真空）とする。伝搬表面プラズモン発生部１０で発生された伝搬表面プラズモン（ＰＳＰ）は、基板面の法線方向に振動する電場の成分を有する。そして、図１に示すように、係るＰＳＰが金属層２０を介して局在表面プラズモン発生部３０に伝搬する。
【００５８】
伝搬表面プラズモン発生部１０は、例示している構造や形状には限定されず、伝搬表面プラズモン（ＰＳＰ）を発生できる限り、任意である。
【００５９】
１．２．金属層
伝搬表面プラズモン発生部１０によって発生されるＰＳＰは、金属層２０を介して局在表面プラズモン発生部３０に伝搬される。金属層２０は、基板面（基板の一の面）の上方に形成され、ＰＳＰは、金属層２０の表面付近で、基板面に沿う方向に伝搬される。この場合の基板は、ガラス基板、シリコン基板、樹脂基板、光学プリズムなどであり、伝搬表面プラズモン発生部１０の配置される基板と共通であってもよい。
【００６０】
また、金属層２０は、基板面そのものであってもよい。金属層２０は、金属によって構成される。係る金属の例としては、金、銀、銅、アルミニウム、白金、ニッケル、パラジウム、タングステン、ロジウム及びルテニウムから選択される少なくとも１種の金属、若しくは、これらの複数種の合金等を挙げることができる。
【００６１】
金属層２０は、伝搬表面プラズモン発生部１０と隣接していてもよい。図６〜図１２に示す例では、金属層２０は、伝搬表面プラズモン発生部１０の金属と連続して設けられる。金属層２０は、図６〜図１２の例では、平面状に形成されている。本明細書では、金属層２０の厚さ方向を、厚み方向、高さ方向等と称する場合がある。本実施形態では、また、金属層２０が基板の表面に設けられる場合には、基板の表面の法線方向を厚さ方向、厚み方向又は高さ方向と称する場合がある。
【００６２】
金属層２０は、例えば、蒸着、スパッタ、鋳造、機械加工等の手法により形成することができる。金属層２０の厚さは、金属層２０を伝搬表面プラズモンが伝搬できるかぎり特に限定されず、例えば、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。なお、金属層２０を基板の表面に全面的に形成し、一部の領域にグレーティングを形成して、その領域を伝搬表面プラズモン発生部１０としてもよい。
【００６３】
伝搬表面プラズモン発生部１０及び金属層２０の、基板面における平面的な配置は、ＰＳＰを局在表面プラズモン発生部３０に伝搬できれば特に限定されない。そのような配置
の例としては、図６〜図１０に示すような、伝搬表面プラズモン発生部１０及び金属層２０が平面視において隣り合う配置、図１１に示すような伝搬表面プラズモン発生部１０を挟むような金属層２０の配置、図１２に示すような伝搬表面プラズモン発生部１０を囲むような金属層２０の配置、などが挙げられる。
【００６４】
なお、図６〜図１２の例では、伝搬表面プラズモン発生部１０は、グレーティング結合法を採用しているため、発生された伝搬表面プラズモン（ＰＳＰ）は、基板面に沿って特定の方向に伝搬しやすい。そのため、ＰＳＰの伝搬する方向に金属層２０及び局在表面プラズモン発生部３０が配置されるようにすれば、電場増強素子１００を小型化しやすく、また、励起光のエネルギーの利用効率を高めることができる。
【００６５】
例えば、図６〜図８、図１１の例では、ＰＳＰの伝搬する方向（線状の（１次元の）グレーティングに直交する方向）に金属層２０及び局在表面プラズモン発生部３０が配置されている。また、図１２の例のように、２次元のグレーティングの場合には、少なくともそれぞれの格子の軸に直交する方向に金属層２０及び局在表面プラズモン発生部３０が配置されることが好ましい。
【００６６】
金属層２０を介して伝搬されたＰＳＰは、基板面の法線方向（金属層２０の厚さ方向）の電場成分を有している。係るＰＳＰの電場によって、局在表面プラズモン発生部３０の複数の金属微細構造３４間に高い電場増強度を示す領域（ホットサイト）を形成させることができる。
【００６７】
図１３は、伝搬表面プラズモン発生部１０、金属層２０及び局在表面プラズモン発生部３０を有する電場増強素子１００の他の例の断面の模式図である。図１３では、伝搬表面プラズモン発生部１０がＡＴＲ法のうち、Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ配置となっている場合を例示している。
【００６８】
図１３の例においても、伝搬表面プラズモン発生部１０によって発生されるＰＳＰは、金属層２０を介して局在表面プラズモン発生部３０に伝搬される。図１３の例では、金属層２０は、プリズムＰｒ（基板とみなすことができる）の一の面の上に形成され、ＰＳＰは、金属層２０のプリズムＰｒとは反対側の表面付近に発生し、プリズムＰｒの表面（基板面）に沿う方向に伝搬される。この場合、伝搬表面プラズモン発生部１０の配置される基板（プリズムＰｒ）は、金属層２０が配置されるプリズムＰｒと共通となっている。
【００６９】
図１３の例においても、金属層２０の材質、厚さ及び平面的な配置等は上述の図６〜図１２の例で述べたと同様であり、金属層２０は、伝搬表面プラズモン発生部１０と隣接している。また、図１３のような金属層２０は、プリズムＰｒに対して適宜の金属を蒸着、スパッタ等により成膜して形成することができる。
【００７０】
図１３の例でも、金属層２０を介して伝搬されたＰＳＰは、基板面の法線方向（金属層２０の厚さ方向）の電場成分を有し、係るＰＳＰの電場によって、局在表面プラズモン発生部３０の複数の金属微細構造３４間に高い電場増強度を示す領域（ホットサイト）を形成させることができる。また、図示しないが、伝搬表面プラズモン発生部１０がＡＴＲ法のうちＯｔｔｏ配置となっている場合でも同様であるが、この場合には金属層２０は、プリズムＰｒ（基板とみなすことができる）の一の面の上に形成され、ＰＳＰは、金属層２０とプリズムＰｒとの界面付近に発生し、プリズムＰｒの表面（基板面）に沿う方向に伝搬される。
【００７１】
１．３．局在表面プラズモン発生部
本実施形態の電場増強素子１００は、局在表面プラズモン発生部３０を有する。局在表
面プラズモン発生部３０は、金属層２０の上方又は下方に形成される。すなわち、局在表面プラズモン発生部３０は、伝搬表面プラズモン発生部１０によって発生されたＰＳＰが伝搬する金属層２０の表面側に形成される。局在表面プラズモン発生部３０は、金属層２０のＰＳＰが存在する側の表面又は界面側に形成されることが好ましい。また、局在表面プラズモン発生部３０は、平面視において、表面プラズモン発生部１０とは異なる位置に形成される。局在表面プラズモン発生部３０は、金属微細構造体３２を含んで構成される。
【００７２】
図５は、金属微細構造体３２の幾つかの例を示す模式図である。金属微細構造体３２は、基板面の法線方向において互いに離間して配置された複数の金属微細構造３４を含む。
【００７３】
金属微細構造３４は、図５に示すように、金属層２０から電気的に離間して配置される。図５（ａ）、図５（ｂ）の例では、金属微細構造３４は、誘電体３６により金属層２０から隔てられ、また、複数の金属微細構造３４間に誘電体３６が配置されて互いに離間して配置されている。また、図５（ｃ）及び図５（ｄ）の例では、金属微細構造３４が金属層２０の上に設けられた誘電体３６の側面に設けられ、互いに離間して配置されている。
【００７４】
より詳しくは、図５（ａ）の例では、金属微細構造３４と誘電体３６とが層状に積層して配置され、全体として金属微細構造体３２となっている。また、図５（ｂ）の例では、粒子状の金属微細構造３４が誘電体３６に分散しており、全体として金属微細構造体３２となっている。また、図５（ｃ）の例では、金属微細構造３４が金属層２０の上に設けられた柱状の誘電体３６の側面に設けられ、全体で金属微細構造体３２となっている。さらに、図５（ｄ）の例では、金属微細構造３４が金属層２０の上に設けられた誘電体３６に形成された開口３５の内側面に設けられ、誘電体３６及び金属微細構造３４が金属微細構造体３２となっている。なお図５では、模式的な例示となっているが、金属微細構造体３２に含まれる金属微細構造３４の数や形状は何ら限定されない。また、金属微細構造３４が基板面の法線方向に離間して配置されるということは、金属微細構造体３２を法線方向に投影した場合に、離間して配置された金属微細構造３４の少なくとも一部が重なっていることをいう。
【００７５】
金属微細構造体３２に含まれる誘電体３６は、金属微細構造体３２において、金属微細構造３４を互いに離間した状態で配置させる機能を有する。ただし、金属微細構造体３２に含まれる金属微細構造３４の必ずしもすべてを互いに離間して配置させる必要はなく、複数の金属微細構造３４の幾つかが離間して配置されていれば、その他の金属微細構造３４が金属微細構造体３２中で接触していてもよい。金属微細構造体３２内で複数の互いに接触した金属微細構造３４が存在する場合、当該接触した複数の金属微細構造３４は、１つの金属微細構造３４とみなすことができ、当該金属微細構造３４には局在表面プラズモン（ＬＳＰ）が生じ得る。
【００７６】
また、誘電体３６は、金属微細構造３４を金属層２０から離間して配置させる機能を有する。ただし、金属微細構造３４の必ずしもすべてが金属層２０から離間していなくてもよく、金属微細構造３４の一部は金属層２０に接していてもよい。金属微細構造３４を金属層２０から離間（絶縁）させることにより、当該金属微細構造３４に局在表面プラズモン（ＬＳＰ）を生じさせることができる。
【００７７】
誘電体３６は、複数の金属微細構造３４を構造的に保持する機能を有する。１つの金属微細構造体３２において、誘電体３６が保持する金属微細構造３４の数は２個以上であれば特に限定されない。また、金属微細構造３４は、誘電体３６によって、金属微細構造体３２の内部に包含されるように配置されてもよいし、金属微細構造体３２の表面に露出するように配置されてもよいし、金属微細構造体３２の表面に吸着するように配置されても
よい（図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）参照）。いずれの構造においても金属微細構造３４の寸法は励起光ｉの波長λよりも小さく、局在表面プラズモン共鳴（ＰＳＰＲ）が発生することにより金属微細構造３４の周囲に増強電場が形成される。
【００７８】
誘電体３６の材質としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）及び窒化ケイ素（ＳｉＮ）から選択される１種又は複数種の混合物とすることができる。誘電体３６は、内部に包含される金属微細構造３４に対してＰＳＰによる振動電場（光）が到達しやすい点で、光を透過する材質であることがより好ましい。
【００７９】
金属微細構造３４の形状は、特に限定されず、板状、円盤状、球状、回転楕円体形状、不定形、又はそれらを組み合わせた形状であることができる。また、金属微細構造体３２に含まれる複数の金属微細構造３４は、互いに異なる形状であってもよい。
【００８０】
金属微細構造３４の大きさ（寸法）は、金属微細構造３４と同体積の球を仮定したときに、当該球の直径が、励起光ｉの波長よりも小さいことが好ましい。具体的に例えば、金属微細構造３４と同体積の球の直径は、５ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることが好ましい。さらに、金属微細構造３４の寸法は、金属微細構造３４の最大の差し渡し（ｓｐａｎ）が、励起光ｉの波長の１／２（半波長）よりも小さいことが好ましい。
【００８１】
金属微細構造体３２に含まれる複数の金属微細構造３４のそれぞれの寸法は、互いに異なっていてもよい。複数の金属微細構造３４のそれぞれの寸法が互いに異なる場合でも、金属微細構造３４の平均的な寸法を定義することができる。したがって、金属微細構造３４の平均的な大きさ（平均的な寸法）は、各金属微細構造３４と同体積の球を仮定し、当該球の直径の平均値（数平均又は体積平均）が、励起光ｉの波長よりも小さいことが好ましい。具体的に例えば、金属微細構造３４と同体積の球の平均的な直径は、５ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることが好ましい。さらに、金属微細構造３４の寸法は、金属微細構造３４の最大の差し渡し（ｓｐａｎ）が、励起光ｉの波長の１／２（半波長）よりも小さいことが好ましい。
【００８２】
金属微細構造３４の差し渡しが励起光ｉの半波長程度以下の寸法である場合には、金属微細構造３４にＰＳＰが到達した際に、金属微細構造３４において電場の分極が生じ、局在表面プラズモン（ＬＳＰ）が生じやすい。また、金属微細構造３４の差し渡しが励起光ｉの波長程度の寸法である場合には、金属微細構造３４にＰＳＰが到達した際に、金属微細構造３４における電場の分極は四重極の状態となり、半波長程度以下の寸法である場合に比べて強度は小さいもののＬＳＰを生じることができる。
【００８３】
金属微細構造３４の材質は、金、銀、銅、アルミニウム、白金、ニッケル、パラジウム、タングステン、ロジウム及びルテニウムから選択される少なくとも１種の金属、若しくは、これらの複数種の合金、又は、これらの複数の金属若しくは合金の複合体とすることができる。このような材質であると、可視光付近の光によって局在プラズモンを生じ易い。これらの中でも、金属微細構造体３２の材質として、金又は銀であることがより好ましい。このようにすれば、より強いＬＳＰ共鳴が得られ、素子全体の増強度を高めることができる。
【００８４】
金属微細構造体３２を、図５（ａ）に示すような、金属微細構造３４と誘電体３６とを交互に薄膜状に積み上げた構造とする場合には、半導体製造の分野で一般的なフォトリソグラフィー技術、蒸着技術等を用いて容易に作成することができる。図示しないが、例えば、適宜の基板に、金属を蒸着して金属膜を形成し、係る金属膜の伝搬表面プラズモン発生部１０とする領域に、マスク等を用いてグレーティング構造をエッチング等により形成
する。そして金属膜の局在表面プラズモン発生部３０とする領域に適宜のマスクを形成し、所定の誘電体及び所定の金属を交互に蒸着し、マスクを除去することにより、金属微細構造体３２を作成することができる。これにより、伝搬表面プラズモン発生部１０、金属層２０、及び、局在表面プラズモン発生部３０を有する電場増強素子１００を形成することができる。
【００８５】
また、図５（ｂ）に示すような金属微細構造体３２は、例えば、多元成膜法、複合ターゲットを用いたスパッタ、蒸着等によって薄膜を形成した後にパターニングを行う方法、マイクロコンタクトプリント法、ナノインプリント法などによって形成することができる。また、金属微細構造体３２は、リフトオフ法によって形成することもできる。
【００８６】
さらに、図５（ｃ）、図５（ｄ）に示すような金属微細構造体３２は、例えば、適宜の基板に、金属を蒸着して金属膜を形成し、係る金属膜の伝搬表面プラズモン発生部１０とする領域に、マスク等を用いてグレーティング構造をエッチング等により形成する。そして金属膜の局在表面プラズモン発生部３０とする領域に誘電体を成膜し、所定マスクを形成し、所定の誘電体３６の形状を形成する。その後、所定の金属を蒸着することにより、金属微細構造体３２を作成することができる。金属の蒸着工程において、例えば、真空度や基板温度等を調節することで、所定の大きさの金属微細構造３４を形成することができる。
【００８７】
局在表面プラズモンについて説明する。直径Ｄの金属ナノ粒子を想定した時、直径Ｄが励起光ｉの波長λより十分小さい時、準静電近似を用いて考えると、金属ナノ粒子に光を入射した時、光電場によって励起される粒子内分極の分極率αについては、式（４）の関係が導かれる。
【００８８】
【数３】
2016142617.tif 000005
【００８９】
ここで、ε１は金属ナノ粒子の周囲の誘電率、ε２は、金属の誘電率である。ε２が負の値をとる場合、αは急激に大きくなり、特に、ε２が−（１／２）ε１の場合、分母が０となり、数式上、分極率αが無限大になる。実際には誘電率が虚部を持つため、有限の値となるが、非常に大きな値となる。この分極率の発散に伴い、金属ナノ粒子の外側には非常に強い増強電場が励起される。このような光と金属ナノ粒子の分極の共鳴現象を局在表面プラズモン共鳴という。
【００９０】
局在表面プラズモン発生部３０は、金属微細構造３４が基板面の法線方向（上下方向）に分離して配置された金属微細構造体３２が、伝播表面プラズモン（ＰＳＰ）が伝搬する金属層２０の上方に形成されている。そして、ＰＳＰが、基板面の法線方向（上下方向）に電場の振幅成分を有するため、金属微細構造３４の上下の端部付近に非常に高い電場増強度を有するホットサイトが形成される。
【００９１】
図１４は、球状の金属微細構造３４を配列させた状態を示すモデルにおける電場増強度の分布を示す計算結果である。図１４（ａ）は、金属微細構造３４の配列する方向に沿う方向（図中Ｚ’方向）に振動する電場（図中Ｅ）を印可した場合を示し、図１４（ｂ）は、金属微細構造３４の配列する方向に直交する方向（図中Ｘ’方向）に振動する電場（図中Ｅ）を印可した場合を示している。
【００９２】
図１４から、金属微細構造３４が接近している方向（２つの金属微細構造３４を結ぶ軸に沿う方向）に平行な方向に振動する電場が与えられたときに、非常に大きい電場増強度となる領域が、金属微細構造３４の間に生じていることがわかる（図１４（ａ）の矢印参照）。すなわち、本実施形態の電場増強素子１００では、金属微細構造３４が基板面の法線方向に非常に接近して配置されており、ＰＳＰによって与えられる基板面の法線方向に振動する電場によりＬＳＰを励起することができる。
【００９３】
局在表面プラズモン発生部３０の、基板面における平面的な配置は、伝搬表面プラズモン発生部１０によるＰＳＰが伝搬される範囲で任意である。そのような配置の例としては、図６〜図１０、図１３に示すような、伝搬表面プラズモン発生部１０が平面視において隣り合う配置、図１１に示すような伝搬表面プラズモン発生部１０を挟むような配置、図１２に示すような伝搬表面プラズモン発生部１０を囲むような配置が挙げられる。
【００９４】
１．４．金属微細構造体の周期的な配置
金属微細構造体３２は、周期的に配置されてもよい。ここで、周期的な配置とは、平面的に見て、金属微細構造体３２が、繰り返し構造を有する構造のことをいう。周期的な配置は、例えば、電場増強素子１００の上方から観察した画像において、金属微細構造体３２とそれ以外の部分（空間）とを区別すれば評価することができる。
【００９５】
図６〜図１２の例では、角柱状の金属微細構造体３２が平面視において格子状に、周期的に配列され、係る配列によって周期構造が形成されている。金属微細構造体３２の周期的な配列は、このような配列に限定されない。
【００９６】
図６〜図１２の例では、金属微細構造体３２の形状は、金属層２０の厚さ方向に投影した場合に（厚さ方向からの平面視において）円形、楕円形、多角形、不定形又はそれらを組合わせた形であることができる。金属微細構造体３２の形状は、厚さ方向に直交する方向に投影した場合にも円形、楕円形、多角形、不定形又はそれらを組合わせた形状であることができる。図６〜図１２の例では金属微細構造体３２は、いずれも角柱状の形状で描かれているが、金属微細構造体３２の形状はこれに限定されない。
【００９７】
金属微細構造体３２の高さ方向の大きさは、高さ方向に垂直な平面によって金属微細構造体３２を切ることができる区間の長さを指し、３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。また、金属微細構造体３２が図６〜図１２に示すような角柱状である場合、金属微細構造体３２の高さ方向に直交する方向の大きさは、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましい。
【００９８】
図６〜図１２に示す例では、金属微細構造体３２が、格子状に並んで配置されている。金属微細構造体３２の数は、周期的な配列を形成できるかぎり任意である。なお、厚さ方向から見た金属微細構造体３２の配列を、金属微細構造体３２の位置を格子点とした二次元格子とみなした場合に、既約基本単位格子は、長方形の形状であっても、平行四辺形の形状であってもよい。
【００９９】
また、図６〜図１３に示す例では、金属微細構造体３２は、金属層２０の上面に接して配置されているが、例えば、金属層２０の上面に誘電体層を形成し、その上に金属微細構造体３２が配置されてもよい。これにより、金属層２０と金属微細構造３４とをより確実に隔てて配置することができる。このような誘電体層の材質は、金属微細構造体３２の誘電体３６と同じでも異なってもよい。また、誘電体層を設ける場合の厚さとしては、金属層２０の表面に存在するＰＳＰが金属微細構造体３２に電場を印可できる範囲で任意である。
【０１００】
１．５．励起光
電場増強素子１００には、少なくとも上述の伝搬表面プラズモン発生部１０に励起光ｉが照射される。電場増強素子１００に入射される励起光ｉの波長は、伝搬表面プラズモン発生部１０に伝搬表面プラズモンを生じさせることができる限り、限定されず、紫外光、可視光、赤外光を含む、電磁波とすることができる。また、励起光ｉは偏光光であってもなくてもよいが、ＴＭ偏光光であると、ＰＳＰを効率よく発生させることができる。
【０１０１】
励起光ｉの波長は、例えば、４００ｎｍ以上１０７０ｎｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以上１０７０ｎｍ以下、より好ましくは６３０ｎｍ以上１０７０ｎｍ以下とすることができる。励起光ｉの照射領域の大きさは、いわゆるスポットサイズに相当する。なお、励起光ｉは、レンズ等によって集光されなくてもよい。また、励起光ｉの照射領域は、平面的に見て、円形、楕円形であってもよいし、アパーチャー等を用いて任意の形状としてもよい。さらに、レンズ等を用いる場合には、励起光ｉに収差等が生じていてもよい。
【０１０２】
１．６．作用効果等
本実施形態の電場増強素子１００は、伝搬表面プラズモン発生部１０で発生した伝搬表面プラズモン（ＰＳＰ）によって、基板面の法線方向に振幅を有する電場（基板面の法線方向に偏光成分を有する光）を、金属層２０を介して局在表面プラズモン発生部３０に与えることができる。これにより、局在表面プラズモン発生部３０の金属微細構造体３２に含まれ、基板面の法線方向に離間して配置された複数の金属微細構造３４に強い局在表面プラズモン（ＬＳＰ）を発生させることができる。そのため、係る電場増強素子１００は、標的物質を吸着させるためのホットスポットの密度が高く、ホットスポットの電場増強度も高くすることができる。これにより、例えばＳＥＲＳ信号の高い増強度を得ることができ、高感度で高精度な分析に用いることができる。
【０１０３】
また、本実施形態の電場増強素子１００は、平面視において、伝搬表面プラズモン発生部１０と、局在表面プラズモン発生部３０とが異なる位置に形成されているので、励起光ｉによって伝搬表面プラズモン（ＰＳＰ）を発生させ、その後、伝搬した伝搬表面プラズモン（ＰＳＰ）の電場により局在表面プラズモン（ＬＳＰ）を発生させることができる。ここで、基板面に対して垂直に励起光ｉを入射すると、励起光ｉは基板面に沿う方向の偏光成分を有する光電場を形成し、法線方向の振動電場を生じにくい。しかし、伝搬表面プラズモン（ＰＳＰ）を伝搬させることで、伝搬する領域に基板面の法線方向の増強電場成分を発生させることができる。本実施形態の電場増強素子１００では、係る電場により基板面の法線方向に配列した金属微細構造３４の対に局在表面プラズモン（ＬＳＰ）を発生させ、法線方向に隣り合う金属微細構造３４の間に非常に強い電場を形成することができる。
【０１０４】
また、本実施形態の電場増強素子１００において、金属微細構造体３２が、基板面に沿う方向に格子状に配列される場合には、ホットサイトの密度を非常に高くすることができ、金属微細構造３４の基板面に平行な方向にも高い増強度の局在表面プラズモン（ホットサイト）を発生させることができる。
【０１０５】
２．分析装置
図１５は、本実施形態に係る分析装置２００を模式的に示す図である。分析装置２００は、例えば、ラマン分光装置であり、以下分析装置２００はラマン分光装置であるものとして説明する。分析装置２００は、図１５に示すように、気体試料保持部１１０と、検出部１２０と、制御部１３０と、検出部１２０および制御部１３０を収容している筐体１４０と、を含む。気体試料保持部１１０は、本発明に係る電場増強素子を含む。以下では、上述の電場増強素子１００を含む例について説明する。
【０１０６】
気体試料保持部１１０は、電場増強素子１００と、電場増強素子１００を覆うカバー１１２と、吸引流路１１４と、排出流路１１６と、を有している。検出部１２０は、光源２１０と、レンズ１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄと、ハーフミラー１２４と、光検出器２２０と、を有している。制御部１３０は、光検出器２２０において検出された信号を処理して光検出器２２０の制御をする検出制御部１３２と、光源２１０などの電力や電圧を制御する電力制御部１３４と、を有している。制御部１３０は、図１７に示すように、外部との接続を行うための接続部１３６と電気的に接続されていてもよい。
【０１０７】
分析装置２００では、排出流路１１６に設けられている吸引機構１１７を作動させると、吸引流路１１４および排出流路１１６内が負圧になり、吸引口１１３から検出対象となる標的物質を含んだ気体試料が吸引される。吸引口１１３には除塵フィルター１１５が設けられており、比較的大きな粉塵や一部の水蒸気などを除去することができる。気体試料は、吸引流路１１４および排出流路１１６を通り、排出口１１８から排出される。気体試料は、係る経路を通る際に、電場増強素子１００の金属微細構造体３２と接触する。
【０１０８】
吸引流路１１４および排出流路１１６の形状は、外部からの光が電場増強素子１００に入射しないような形状である。これにより、ラマン散乱光以外の雑音となる光が入射しないため、信号のＳ/Ｎ比を向上させることができる。流路１１４，１１６を構成する材料は、例えば、光を反射し難いような材料や色である。
【０１０９】
吸引流路１１４および排出流路１１６の形状は、気体試料に対する流体抵抗が小さくなるような形状である。これにより、高感度な検出が可能になる。例えば、流路１１４，１１６の形状を、できるだけ角部をなくし滑らかな形状にすることで、角部における気体試料の滞留をなくすことができる。吸引機構１１７としては、例えば、流路抵抗に応じた静圧、風量のファンモーターやポンプを用いる。
【０１１０】
分析装置２００では、光源２１０は、電場増強素子１００に光（例えば波長６３３ｎｍのレーザー光、励起光ｉ）を照射する。光源２１０としては、例えば、半導体レーザー、気体レーザーを用いることができる。光源２１０から射出された光は、レンズ１２２ａで集光された後、ハーフミラー１２４およびレンズ１２２ｂを介して、電場増強素子１００に入射する。電場増強素子１００からは、ＳＥＲＳ光が放射され、該光は、レンズ１２２ｂ、ハーフミラー１２４、およびレンズ１２２ｃ，１２２ｄを介して、光検出器２２０に至る。すなわち、光検出器２２０は、電場増強素子１００から放射される光を検出する。ＳＥＲＳ光には、光源２１０からの入射波長と同じ波長のレイリー散乱光が含まれているので、光検出器２２０のフィルター１２６によってレイリー散乱光を除去してもよい。レイリー散乱光が除去された光は、ラマン散乱光として、光検出器２２０の分光器１２７を介して受光素子１２８にて受光される。受光素子１２８としては、例えば、フォトダイオードを用いる。
【０１１１】
光検出器２２０の分光器１２７は、例えば、ファブリペロー共振を利用したエタロン等で形成されており、通過波長帯域を可変とすることができる。光検出器２２０の受光素子１２８によって、標的物質に特有のラマンスペクトルが得られ、例えば、得られたラマンスペクトルと予め保持するデータとを照合することで、標的物質の信号強度を検出することができる。
【０１１２】
なお、分析装置２００は、電場増強素子１００、光源２１０、および光検出器２２０を含み、電場増強素子１００に標的物質を吸着させ、そのラマン散乱光を取得することができれば、上記の例に限定されない。
【０１１３】
分析装置２００では、上述したとおり、ホットスポットの単位面積当たりの密度が高く
、ホットスポットの電場増強度も高い電場増強素子１００を含む。そのため、ラマン散乱光の強度を大きくすることができる。したがって、分析装置２００は、高い検出感度を有することができる。
【０１１４】
４．電子機器
次に、本実施形態に係る電子機器３００について、図面を参照しながら説明する。図１６は、本実施形態に係る電子機器３００を模式的に示す図である。電子機器３００は、本発明に係るラマン分光装置を含むことができる。以下では、本発明に係るラマン分光装置として分析装置２００を含む例について説明する。
【０１１５】
電子機器３００は、図１６に示すように、分析装置２００と、光検出器２２０からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部３１０と、健康医療情報を記憶する記憶部３２０と、健康医療情報を表示する表示部３３０と、を含む。
【０１１６】
演算部３１０は、例えば、パーソナルコンピューター、携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）であり、光検出器２２０から送出される検出情報（信号等）を受け取る。演算部３１０は、光検出器２２０からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する。演算された健康医療情報は、記憶部３２０に記憶される。
【０１１７】
記憶部３２０は、例えば、半導体メモリー、ハードディスクドライブ等であり、演算部３１０と一体的に構成されてもよい。記憶部３２０に記憶された健康医療情報は、表示部３３０に送出される。
【０１１８】
表示部３３０は、例えば、表示板（液晶モニター等）、プリンター、発光体、スピーカー等により構成されている。表示部３３０は、演算部３１０によって演算された健康医療情報等に基づいて、ユーザーがその内容を認識できるように、表示または発報する。
【０１１９】
健康医療情報としては、細菌、ウィルス、タンパク質、核酸、および抗原・抗体からなる群より選択される少なくとも１種の生体関連物質、または、無機分子および有機分子から選択される少なくとも１種の化合物の有無若しくは量に関する情報を含むことができる。
【０１２０】
電子機器３００では、容易に、プラズモン共鳴波長の変化に対応することができる分析装置２００を含む。そのため、電子機器３００では、微量物質の検出を容易に行うことができ、高精度な健康医療情報を提供することができる。
【０１２１】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１２２】
例えば、本発明に係る電場増強素子は、抗原抗体反応における抗原の吸着の有無などのように、物質の吸着の有無を検出するアフィニティー・センサーなどとして用いることもできる。アフィニティー・センサーは、該センサーに白色光を入射し、波長スペクトルを分光器で測定し、吸着による表面プラズモン共鳴波長のシフト量を検出することで、検出物質のセンサーチップへの吸収を高感度に検出することができる。
【０１２３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明
は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１２４】
１０…伝搬表面プラズモン発生部、２０…金属層、３０…局在表面プラズモン発生部、３２…金属微細構造体、３４…金属微細構造、３６…誘電体、３５…開口、１００…電場増強素子、１１０…気体試料保持部、１１２…カバー、１１３…吸引口、１１４…吸引流路、１１５…除塵フィルター、１１６…排出流路、１１７…吸引機構、１１８…排出口、１２０…検出部、１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ…レンズ、１２４…ハーフミラー、１２６…フィルター、１２７…分光器、１２８…受光素子、１３０…制御部、１３２…検出制御部、１３４…電力制御部、１３６…接続部、１４０…筐体、２００…ラマン分光装置、２１０…光源、２２０…光検出器、３００…電子機器、３１０…演算部、３２０…記憶部、３３０…表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１４】
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