(57)【要約】【課題】ロングレンジの表面プラズモンポラリトンを利用して屈折率を測定することで、高精度で範囲広く集積的な屈折率を測定することができ、また、測定封止をもっと簡単に行うことができる測定チップを提供する。【解決手段】下地の上に成長した金属薄膜またはストリップ状金属を有し、その上下表面に屈折率を限定する誘電体と誘電体バッファ層を有する測定チップに関する。誘電体バッファ層は金属薄膜またはストリップ状金属の上に付着され、金属薄膜またはストリップ状金属とバッファ層は二層の誘電体の間に挟まれ、また、誘電体の上層表面に穴を開けて測定溝とする。【選択図】図６
2009162754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄膜またはストリップ状金属を有し、その上下表面に形成されるシリコンの多いシリカＳｉＯx、ＳｉＯ2、またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）よりなる下制限層および誘電体バッファ層と、上制限層を有する測定チップであって、
前記誘電体バッファ層は、シリコンの多いシリカＳｉＯxまたは窒化シリコンＳｉＮyよりなり、かつ金属薄膜またはストリップ状金属の測定溝の上に付着され、
金属薄膜またはストリップ状金属とバッファ層は、前記上制限層および前記下制限層を構成するＳｉＯx、ＳｉＯ2、またはＢＣＢの間に挟まれ、
また、ＳｉＯx、ＳｉＯ2、またはベンゾシクロブテンよりなる前記上制限層の上層表面に穴を開けて測定溝としており、ただし、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜４／３、
上記すべての構成がＳｉ下地、ＧａＡｓ下地、ＩｎＰ下地、またはＳｉＯ2下地の上に成長されており、
前記チップは、当該金属薄膜またはストリップ状金属の端面で励起する方法によって、ロングレンジの表面プラズモンポラリトンを生成し、当該ロングレンジの表面プラズモンポラリトンの伝送損失の変化または／および光スポットサイズの変化から、測定溝内の液体の屈折率変化または生物の抗体抗原反応を測定することを特徴とするロングレンジの表面プラズモンポラリトンの屈折率の測定チップ。
【請求項２】
前記金属薄膜またはストリップ状金属における金属は、金、銀、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、クロムの何れか一種類であり、その厚さが１ｎｍ〜１００ｎｍであり、ストリップ状金属の幅が５０ｎｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１記載のロングレンジの表面プラズモンポラリトンの屈折率の測定チップ。
【請求項３】
前記上制限層と前記下制限層とは誘電体であり、その屈折率が１．０〜４．０であり、この誘電体の厚さが１〜１００００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載のロングレンジの表面プラズモンポラリトンの屈折率の測定チップ。
【請求項４】
前記誘電体バッファ層はＳｉＯxまたはＳｉＮyからなり、その屈折率が１．０〜４．０であり、この誘電体の厚さが１〜１００００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載のロングレンジの表面プラズモンポラリトンの屈折率の測定チップ。
【請求項５】
前記ＳｉＯ2の厚さが１μｍ〜２０μｍであり、ベンゾシクロブテンの厚さが１μｍより厚いことを特徴とする請求項１記載のロングレンジの表面プラズモンポラリトンの屈折率の測定チップ。
【請求項６】
測定溝のバッファ層上に、バイオ材料が固定された請求項１に記載の測定チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電子集積技術分野に関し、特に、光子集積、センサーなどの領域で適用されるロングレンジの表面プラズモンポラリトンの屈折率の検出（測定）チップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表面プラズモンポラリトン（Ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｌａｓｍｏｎ  ｐｏｌａｒｉｔｏｎ  （ＳＰＰ）、図１）は金属と誘電体の界面に沿って伝達される電磁界であり、誘電体の中にその振幅が界面からの距離によって指数的に減衰される。ＳＰＰは表面波の一種であり、その電磁界エネルギーが金属と誘電体の界面との付近に集中されているので、金属表面における電磁界が強く、表面の形態、特に屈折率の変化に非常に敏感である。これによって、生物化学センサーとして広く適用されている。
【０００３】
図１に示すように、従来の表面プラズモンポラリトンの生物化学センサーでは、光３を表面プラズマを生成しやすい金属表面１に照射し、入射光３の角度を変え、ある特定の角度５の入射光のみによって表面プラズマが励起される。この場合、反射光４のパワーが急激に減少する。また、この特定の角度は、金属表面の交差境界における物質２の屈折に非常に敏感であり、反射光のパワーが減少する時における入射光の角度５を測定すれば、金属表面の交差境界における物質２の屈折率を測定することができる。この従来の測定方法は、プリズム、回転台など分離部品を必要とするので、サイズが大きくて調整に難しい。また、安定性に欠け、コストが高い。従って、その普及と適用が非常に限られている。
【０００４】
図２に示すように、金属部分が薄膜である場合、薄膜の上表面１０１と下表面１０２には、二組の表面プラズモンポラリトンが生成される。金属薄膜の厚さが一定の程度まで薄くなると、この二組の表面プラズモンポラリトンは結合される。このような結合波の電場分布がほとんど金属以外の上誘電体２と下誘電体６の中に集中しており、伝送損失が少なく、金属表面において長距離的に伝送できるので、ロングレンジの表面プラズモンポラリトン（ｌｏｎｇ  ｒａｎｇｅ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｌａｓｍｏｎ，  ＬＲ−ＳＰ）と呼ばれる。このようなロングレンジの表面プラズモンポラリトンは、金属薄膜の上誘電体２と下誘電体７の屈折率の差分に非常に敏感であり、ロングレンジの表面プラズモンポラリトンの損失または（および）光スポットサイズを測定すれば、高精度的に屈折率を測定することができる。しかし、この方法は精度が高いが、測定範囲が小さくて、その構成が封止と実用に向かなく、普及や適用に不利な影響を与える。
【０００５】
図３に示すように、金属をストリップ状にして、また、金属の上にバッファ層３を加えて、測定待つ金属１１の両側にレフェレンスアーム１２、レフェレンスアーム１３を加え、バッファ層の厚さを調整することによりチップ測定範囲を調整することができ、レフェレンスアームに合わせることによりチップを封止することができ、ストリップ状金属の方が光ファイバの直接励起に適する。このようなロングレンジの表面プラズモンポラリトンの伝送損失がストリップ状金属の上誘電体７と下誘電体４の屈折率の差分に非常に敏感である。バッファ層３は、下誘電体４とほぼ同じ屈折率を有する。バッファ層３を備えることにより、下誘電体４と試料液との間の屈折率の違いによって引き起こされる伝送損失を減少することができる。それ故に装置は、抗原−抗体反応、ＳＮＰｓ、遺伝子−タンパク質相互作用、細胞／タンパク質機能、そして高い検出感度に関連作用のようなバイオ材料と生体反応を検出できる。加えてバッファ層／金属構造は液体から金属へダメージから保護するために効果的な構造である。従って、装置はより厳しい状況で使用することができる。その上、この構造は分子修飾に関して適している。バッファ層を導入したので、測定
範囲と精度を調整することができ、高精度で範囲広く液体の屈折率または生物の抗体抗原反応を測定することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４に示すように、ロングレンジの表面プラズモンポラリトンの損失または（および）光スポットサイズを測定すれば、高精度で屈折率を測定することができる。バッファ層３と下誘電体７で屈折率が１．４４４に固定される場合、ストリップ状金属の上誘電体４の屈折率（図に、横軸座標）が変化する時に、ロングレンジの表面プラズモンポラリトンの損失（図に、縦軸座標）は、それにつれ顕著に変化し、測定区域が図８に示すように、バッファ層３の厚さの増加につれ、敏感度が減少し、測定範囲が増加する。これによって、ロングレンジの表面プラズモンポラリトンを利用して、高精度で範囲広く屈折率を測定することができる。
【０００７】
本発明は、従来の表面プラズモンポラリトンの屈折率測定装置においてサイズが大きく、必要な部品が多く、調整に難しく、安定性が悪いなどの問題点を解決するために、集積できるロングレンジの表面プラズモンポラリトンの屈折率の測定チップを提供することを目的とする。本発明は、同時に、ストリップ状金属構成、バッファ層構成及びレフェレンスアーム構成を提案して、測定チップの測定範囲を拡大し、さらに実用化している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のロングレンジの表面プラズモンポラリトンの屈折率の測定チップは、金属薄膜またはストリップ状金属を有し、その上下表面に形成されるシリコンの多いシリカＳｉＯx、ＳｉＯ2、またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）よりなる上制限層および下制限層と誘電体バッファ層を有する測定チップであって、誘電体バッファ層は、シリコンの多いシリカＳｉＯxまたは窒化シリコンＳｉＮyよりなり、かつ金属薄膜またはストリップ状金属の測定溝の上に付着され、金属薄膜またはストリップ状金属とバッファ層は、前記上制限層および前記下制限層を構成するＳｉＯx、ＳｉＯ2、またはＢＣＢの間に挟まれ、また、ＳｉＯx、ＳｉＯ2、またはベンゾシクロブテンよりなる前記上制限層の上層表面に穴を開けて測定窓口（測定溝）としており（ただし、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜４／３）、すべての構成がＳｉ下地、ＧａＡｓ下地、ＩｎＰ下地、またはＳｉＯ2下地の上に成長されており、上記チップは当該金属薄膜またはストリップ状金属の端面で励起する方法によってロングレンジの表面プラズモンポラリトンを生成し、当該ロングレンジの表面プラズモンポラリトンの伝送損失の変化または／および光スポットサイズの変化から、測定溝内の液体の屈折率変化または生物の抗体抗原反応を測定することを特徴とする。
【０００９】
上記金属薄膜またはストリップ状金属における金属は、金、銀、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、クロムの何れか一種類であり、その厚さが１ｎｍ〜１００ｎｍで特に好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、ストリップ状金属の幅が５０ｎｍ〜１００μｍで特に好ましくは２μｍ〜２０μｍである。
【００１０】
上記誘電体の屈折率が１．０〜４．０で特に好ましくは１．２〜３．８であり、この誘電体の厚さが１〜１００００ｎｍで特に好ましくは２〜２０μｍである。
【００１１】
上記誘電体バッファ層はＳｉＯxまたはＳｉＮyからなり、その屈折率が１．０〜４．０で特に好ましくは１．２〜３．８であり、この誘電体の厚さが１ｎｍ〜１００００ｎｍで特に好ましくは１ｎｍ〜５μｍである。
【００１２】
上記ＳｉＯ2の厚さが１μｍ〜２０μｍである。
上記ＢＣＢの厚さが１μｍ以上である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、有益な効果として、ロングレンジの表面プラズモンポラリトンを利用して屈折率を測定し、かつ、ストリップ状構成、バッファ層とレフェレンスアームを導入しているので、３つの長所を有する。まず、従来技術の空間反射光角度の代わりに、伝送損失の変化または（および）光スポットサイズの変化を測定対象としているので、集積可能な誘電体屈折率測定装置を提供することができる。２番目に、バッファ層３は、下誘電体４とほぼ同じ屈折率を有する。バッファ層３を備えることにより、下誘電体４と試料液との間の屈折率の違いによって引き起こされる伝送損失を減少することができる。それ故に装置は、抗原−抗体反応、ＳＮＰｓ、遺伝子−タンパク質相互作用、細胞／タンパク質機能、そして高い検出感度に関連作用のようなバイオ材料と生体反応を検出できる。加えてバッファ層／金属構造は液体から金属へダメージから保護するために効果的な構造である。従って、装置はより厳しい状況で使用することができる。その上、この構造は分子修飾に関して適している。バッファ層を導入したので、測定範囲と精度を調整することができ、高精度で範囲広く液体の屈折率または生物の抗体抗原反応を測定することができる。３番目としては、ストリップ状の金属構成によって光ファイバや導波端面の結合に便利を図り、レフェレンスアームによってチップ封止をサポートし、ロングレンジの表面プラズモンポラリトンが、光ファイバや導波端面の結合の方法によって励起され、空間入射光の制御部分を省略して、ピグテールファイバを付くチップに封止することができ、より実用的な産業価値のある発明である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、集積可能なロングレンジの表面プラズモンポラリトンの屈折率の測定チップを提供する。本発明は、同時に、ストリップ状金属構成、バッファ層構成及びレフェレンスアーム構成を提案し、測定チップの測定範囲を拡大して、さらに実用化している。次には図面を参考して本発明を説明する。
【００１５】
まず、構成の設計を行ない、端面励起方法で金属表面に沿うロングレンジの表面プラズモンポラリトンを生成できるように、金属薄膜の材料と厚さ、ストリップ状金属の幅、上下制限層の材料、バッファ層の材料などを決めておく。設計の結果に基づいて、フォトリソグラフィ方法によりストリップ状パターンを形成し、選択された下地材料の上にスパッタリングや蒸着の方法によって厚さ１０ｎｍ〜１００ｎｍの金属薄膜を形成し、持ち上げや湿式エッチングによりストリップ状金属を形成し、ストリップ状金属の幅は２μｍ〜２０μｍに制限される。その後、スパッタリング、蒸着またはスピンコータ硬化の方法によって、ストリップ状金属の上にバッファ層と上制限層を形成し、湿式や乾式エッチングによって測定窓口（測定溝）を形成する。最後に、直接的な必要に応じて測定窓口に液体を入れ、または抗体抗原を培養する。
【００１６】
＜実施例１＞
図６はロングレンジの表面プラズモンポラリトンの屈折率の測定チップの基本構成を示す図である。図７は図６のＡ−Ａ断面図である。図８は図６のＢ−Ｂ断面図である。図９は図７のＣ−Ｃ断面図である。Ｓｉ基板１０を選択する。また、下制限層６０１と上制限層６０２としてＳｉＯ2やＳｉＯxを選択し、Ｓｉ基板（下地）１０の上に、ＰＥＣＶＤによって下制限層６０１を生成する。そして、下制限層６０１の上にフォトリソグラフィ方法により幅８μｍのストリップ状パターンを形成する。続いて、スパッタリングや蒸着によって厚さ２０ｎｍのＡｕ薄膜６０３を形成して、持ち上げや湿式エッチングにより測定Ａｕアーム２１、第一レフェレンスＡｕアーム２２、第二レフェレンスＡｕアーム２３を形成する。その後、スパッタリング、蒸着またはスピンコータ硬化の方法によって、ＳｉＯxまたはＳｉＮyからなるバッファ層６０４を形成する。具体的な測定条件に応じて、バッファ層６０４の厚さが１０ｎｍ〜１μｍとなる。また、ＰＥＣＶＤによって上制限層６
０２を生成する。最後に、湿式や乾式エッチングによって長さ２ｍｍ、幅２００μｍの測定窓口６０５を形成する。上述したチップを固定し、その両側に入射光ファイバ９１と検出光ファイバ９２を固定する。なお、入射光ファイバ９１と検出光ファイバ９２の高さが第一レフェレンスＡｕアーム２２の中心に合わせる必要があり、入射光ファイバ９１と検出光ファイバ９２との間の第一レフェレンスＡｕアーム２２の長さが３ｍｍである。入射光ファイバ９１から発する光場が第一レフェレンスＡｕアーム２２に表面プラズモンポラリトンを励起する。Ａｕ薄膜の厚さが適宜であるので、上下表面プラズモンポラリトンが結合して一定距離内に伝送できるロングレンジの表面プラズモンポラリトンを形成する。検出光ファイバ９２で伝送された表面プラズモンポラリトンを検出して、光ファイバの位置を調整し、出力最大になる時に、その垂直方向の位置を固定し、水平位置を測定Ａｕアーム２１までに調整する。この場合、測定窓口６０５に測定待ちの物質（屈折率がＳｉＯ2より大きくない透明液体）を入れる。測定窓口における誘電体の屈折率が全体的に変化するので、図４に示す測定範囲８を超えない限り、ロングレンジの表面プラズモンポラリトンの伝送損失を敏感的に変えさせることが可能となり、検出光ファイバ９２で検出された表面プラズモンポラリトンのパワーが測定待ちの物質の屈折率の変化によって変化し、よって、屈折率測定の目的を達することができる。誘電体の屈折率の変化は物質間の反応によることもあり、例えば、温度、圧力、電磁界、光度などによる物質の全体屈折率の変化、外部環境による物質成分の屈折率全体の変化もある。
【００１７】
本実施例におけるＡｕ薄膜を銀、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、クロムのいずれか１種類またはそれらの合金に変えてもよいし、Ｓｉ基板（下地）をＳｉＯ2、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｃｕ、Ａｌなどの材料に変えてもよい。それは本実施例の使用機能に影響を与えない。
【００１８】
＜実施例２＞
図６、図７、図８、図９はロングレンジの表面プラズモンポラリトンの屈折率の測定チップの実施例２の基本構成を示す図である。Ｓｉ基板１０を選択する。また、下制限層６０１と上制限層６０２としてＳｉＯ2やＳｉＯx（０＜ｘ＜２）を選択し、Ｓｉ基板１０の上に、ＰＥＣＶＤによって下制限層６０１を生成する。そして、下制限層６０１の上にフォトリソグラフィ方法により幅８μｍのストリップ状パターンを形成する。続いて、スパッタリングや蒸着によって厚さ２０ｎｍのＡｕ薄膜６０３を形成して、持ち上げや湿式エッチングにより測定Ａｕアーム２１、第一レフェレンスＡｕアーム２２、第二レフェレンスＡｕアーム２３を形成する。その後、スパッタリング、蒸着またはスピンコータ硬化の方法によって、ＳｉＯxまたはＳｉＮyからなるバッファ層６０４を形成する。
【００１９】
具体的な測定条件に応じて、バッファ層６０４の厚さを１０ｎｍ〜１μｍとする。また、ＰＥＣＶＤによって上制限層６０２を生成する。最後に、湿式や乾式エッチングによって長さ２ｍｍ、幅２００μｍの測定窓口６０５を形成する。上述したチップを固定し、その両側に入射光ファイバ９１と検出光ファイバ９２を固定する。なお、入射光ファイバ９１と検出光ファイバ９２の高さが第一レフェレンスＡｕアーム２２の中心に合わせる必要があり、入射光ファイバ９１と検出光ファイバ９２の間の第一レフェレンスＡｕアーム２２の長さが３ｍｍである。入射光ファイバ９１からの光の場が第一レフェレンスＡｕアーム２２に表面プラズモンポラリトンを励起する。Ａｕ薄膜の厚さが適宜であるので、上下表面プラズモンポラリトンが結合して一定距離内に伝送できるロングレンジの表面プラズモンポラリトンを形成する。検出光ファイバ９２で伝送された表面プラズモンポラリトンを検出して、光ファイバの位置を調整し、出力最大になる時に、その垂直方向の位置を固定し、水平位置を測定Ａｕアーム２１までに調整する。
【００２０】
センサ表面はスルホン酸と過酸化水素水との混合液で処理される。このとき装置は、アミノプロピルトリエトキシシランを含むエタノール溶媒に浸漬される。その操作の後に水
、エタノール、水とそれぞれを用いてリンスする。装置はＢＳ3溶液中で反応をさせる。その際ａｎｔｉ−マウスＩｇＧ抗体は、センシング表面に固定化される。ＰＤＭＳからなる微細流路パターンが装置表面に形成される。測定は、微細流路システムを用いて実行される。マウスＩｇＧ溶液はａｎｔｉ−ＩｇＧが固定された表面に注入される。そのときアウトプット源は免疫相互作用に従って変化する。つまり、図１０に示すように、測定窓口６０５において生物抗体０１（ａｎｔｉ−マウスＩｇＧ抗体）を生成、固定して、生物抗原０２（ＩｇＧ）を含める液体を入れる。この場合、測定窓口内の屈折率が抗原濃度と共に変化する。この場合、測定窓口における誘電体の屈折率の全体的変化が図４に示す測定範囲８を超えない限り、ロングレンジの表面プラズモンポラリトンの伝送損失を敏感的に変えさせることが可能となり、検出光ファイバ９２で検出された表面プラズモンポラリトンのパワーが測定待ちの物質の屈折率の変化によって変化し、よって、屈折率測定の目的を達することができる。誘電体の屈折率の変化は物質間の反応によることもあり、例えば、温度、圧力、電磁界、光度などによる物質の全体屈折率の変化、外部環境による物質成分の屈折率全体の変化もある。前記例の上に、本実施例はさらに生物適用を導入し、前記実施例よりもっと具体化している。
【００２１】
本実施例におけるＡｕ薄膜を銀、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、クロムのいずれか１種類またはそれらの合金に変えてもよいし、Ｓｉ基板をＳｉＯ2、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｃｕ、Ａｌなどの材料に変えてもよい。それは本実施例の使用機能に影響を与えない。
【００２２】
＜実施例３＞
図６、図７、図８、図９はロングレンジの表面プラズモンポラリトンの屈折率の測定チップの実施例３の基本構成を示す。Ｓｉ基板１０を選択する。また、下制限層６０１と上制限層６０２としてＢＣＢを選択し、Ｓｉ基板１０の上に、スピンコータ硬化によって下制限層６０１を生成する。そして、下制限層６０１の上にフォトリソグラフィ方法により幅８μｍのストリップ状パターンを形成する。続いて、スパッタリングや蒸着によって厚さ２０ｎｍのＡｕ薄膜６０３を形成して、持ち上げや湿式エッチングにより測定Ａｕアーム２１、第一レフェレンスＡｕアーム２２、第二レフェレンスＡｕアーム２３を形成する。その後、スパッタリング、蒸着またはスピンコータ硬化の方法によって、ＳｉＯxまたはＳｉＮyからなるバッファ層６０４を形成する。具体的な測定条件に応じて、バッファ層６０４の厚さは１０ｎｍ〜１μｍとする。また、スピンコータ硬化によって上制限層６０２を生成する。最後に、湿式や乾式エッチングによって長さ２ｍｍ、幅２００μｍの測定窓口６０５を形成する。上述したチップを固定し、その両側に入射光ファイバ９１と検出光ファイバ９２を固定する。なお、入射光ファイバ９１と検出光ファイバ９２の高さが第一レフェレンスＡｕアーム２２の中心に合わせる必要があり、入射光ファイバ９１と検出光ファイバ９２の間の第一レフェレンスＡｕアーム２２の長さが３ｍｍである。入射光ファイバ９１から発する光場が第一レフェレンスＡｕアーム２２に表面プラズモンポラリトンを励起する。Ａｕ薄膜の厚さが適宜であるので、上下表面プラズモンポラリトンが結合して一定距離内に伝送できるロングレンジの表面プラズモンポラリトンを形成する。検出光ファイバ９２で伝送された表面プラズモンポラリトンを検出して、光ファイバの位置を調整し、出力最大になる時に、その垂直方向の位置を固定し、水平位置を測定Ａｕアーム２１までに調整する。この場合、測定窓口６０５に測定待ちの物質（屈折率がＢＣＢより大きくない透明液体）を入れる。測定窓口における誘電体の屈折率の全体的変化が図４に示す測定範囲８を超えない限り、ロングレンジの表面プラズモンポラリトンの伝送損失を敏感的に変えさせることが可能となり、検出光ファイバ９２で検出された表面プラズモンポラリトンのパワーが測定待ちの物質の屈折率の変化によって変化し、よって、屈折率測定の目的を達することができる。誘電体の屈折率の変化は物質間の反応によることもあり、例えば、温度、圧力、電磁界、光度などによる物質の全体屈折率の変化、外部環境による物質成分の屈折率全体の変化もある。本実施例には、ＢＣＢ樹脂の屈折率がより高く
、１．５３程度となり、ロングレンジの表面プラズモンポラリトンに対する制限がより強く、表面変化にさらに敏感であり、いくつかの特殊適用の要求を満たすことができる。それに、ＢＣＢのプロセスがより簡単であり、実験と製造に適している。
【００２３】
本実施例におけるＡｕ薄膜を銀、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、クロムのいずれか１種類またはそれらの合金に変えてもよいし、Ｓｉ基板をＳｉＯ2、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｃｕ、Ａｌなどの材料に変えてもよい。それは本実施例の使用機能に影響を与えない。
【００２４】
＜実施例４＞
図６、図７、図８、図９はロングレンジの表面プラズモンポラリトンの屈折率の測定チップの実施例４の基本構成を示す。Ｓｉ基板１０を選択する。また、下制限層６０１と上制限層６０２としてＳｉＯ2やＳｉＯxを選択し、Ｓｉ基板１０の上に、スピンコータ硬化によって下制限層６０１を生成する。そして、下制限層６０１の上にフォトリソグラフィ方法により幅８μｍのストリップ状パターンを形成する。続いて、スパッタリングや蒸着によって厚さ２０ｎｍのＡｕ薄膜６０３を形成して、持ち上げや湿式エッチングにより測定Ａｕアーム２１、第一レフェレンスＡｕアーム２２、第二レフェレンスＡｕアーム２３を形成する。その後、スパッタリング、蒸着またはスピンコータ硬化の方法によって、ＳｉＯxまたはＳｉＮyからなるバッファ層６０４を形成する。具体的な測定条件に応じて、バッファ層６０４の厚さが１０ｎｍ〜１μｍとする。また、ＰＥＣＶＤによって上制限層６０２を生成する。最後に、湿式や乾式エッチングによって長さ２ｍｍ、幅２００μｍの測定窓口６０５を形成する。上述したチップを固定し、その両側に入射光ファイバ９１と検出ＣＣＤ９２を固定する。なお、入射光ファイバ９１と検出ＣＣＤ９２の高さが第一レフェレンスＡｕアーム２２の中心に合わせる必要があり、入射光ファイバ９１と検出ＣＣＤ９２の間の第一レフェレンスＡｕアーム２２の長さが３ｍｍである。入射光ファイバ９１から発する光場が第一レフェレンスＡｕアーム２２に表面プラズモンポラリトンを励起する。Ａｕ薄膜の厚さが適宜であるので、上下表面プラズモンポラリトンが結合して一定距離内に伝送できるロングレンジの表面プラズモンポラリトンを形成する。検出ＣＣＤ９２で伝送された表面プラズモンポラリトンを検出して、光ファイバの位置を調整し、出力最大になる時に、その垂直方向の位置を固定し、水平位置を測定Ａｕアーム２１までに調整する。この場合、測定窓口６０５に測定待ちの物質（屈折率がＳｉＯ2より小さい透明液体）を入れる。測定窓口における誘電体の屈折率の全体的変化が図４に示す測定範囲８を超えない限り、ロングレンジの表面プラズモンポラリトンの伝送損失を敏感的に変えさせることが可能となり、検出ＣＣＤ９２で検出された表面プラズモンポラリトンの光スポットサイズ（及びパワー）が測定待ちの物質の屈折率の変化によって変化する。実施例１と比べると、ＣＣＤを利用して屈折率による光スポットサイズの変化を測定しているので、より高い精度を得られる。
【００２５】
本実施例におけるＡｕ薄膜を銀、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、クロムのいずれか１種類またはそれらの合金に変えてもよいし、Ｓｉ基板をＳｉＯ2、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｃｕ、Ａｌなどの材料に変えてもよい。それは本実施例の使用機能に影響を与えない。
【００２６】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の表面プラズモンポラリトンの屈折率の測定の原理を示す図であり、その中に、金属１、金属上方誘電体２、入射光３、反射光４、入射角度５を含む。
【図２】ロングレンジの表面プラズモンポラリトンを載せる金属薄膜の構成を示す図であり、その中に、レフェレンスアームとバッファ層がなく、金属下表面１０１、金属上表面１０２、金属薄膜下方誘電体６、金属薄膜上方の測定待ち誘電体２を含む。
【図３】ロングレンジの表面プラズモンポラリトンを載せるストリップ状金属の構成を示す図であり、その中に、レフェレンスアームとバッファ層を有し、測定アーム１１、第一レフェレンスアーム１２、第二レフェレンスアーム１３、上下制限誘電体７、金属上方バッファ層３、測定待ち誘電体４を含む。
【図４】測定窓口の屈折率によるロングレンジの表面プラズモンポラリトンの伝送損失の変化を示す図であり、その中の８が測定区域である。
【図５】金属上層誘電体の変化による光スポットサイズの変化を示す図である。
【図６】ロングレンジの表面プラズモンポラリトンの屈折率の測定チップを示す図であり、その中に、ＳｉＯ2下制限層６０１、ＳｉＯ2上制限層６０２、Ａｕ薄膜６０３、バッファ層６０４、測定窓口６０５、Ｓｉ基板１０、測定Ａｕアーム２１、第一レフェレンスＡｕアーム２２、第二レフェレンスＡｕアーム２３を含む。
【図７】図６のＡ−Ａ断面を示す図であり、その中に、端面で励起される表面プラズモンポラリトンの入射光ファイバや導波９１、ロングレンジの表面プラズモンポラリトンを検出する光ファイバや赤外検出用ＣＣＤ９２を含む。
【図８】図６のＢ−Ｂ断面を示す図である。
【図９】図７のＣ−Ｃ断面を示す図である。
【図１０】実施例２のロングレンジの表面プラズモンポラリトンの屈折率の測定チップを示す図であり、その中に、生物抗体０１、生物抗原０２、測定Ａｕアーム２１を含む。
【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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