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Fabrication and characterization of chemical sensors by using the exciting of the surface plasmon polariton at the interface of GaP-Au contact
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Nakamura, Shohei |
| Copyright Year | 2013 |
| Abstract | E-mail: 412m232@m.mie-u.ac.jp 我々は、金属―半導体接触における表面プラズモンポラリトン(SPP)の励起を利用して、屈折率 の高い(n>1.45)媒質を検出する化学センサーを目指して研究を行っている。半導体の屈折率は、ガ ラスやサファイアなどの透明材料より高く、特に GaP や GaN のような、バンドギャップの大きな 材料は、可視光領域や近紫外光領域において、透明な性質を有している。このような半導体材料 と金属薄膜を組み合わせることで、界面で伝搬型 SPP の励起が期待できるためである。 一方、SiO2 プリズムと金属による Kretschmann 配置を用いた全反射減衰法による化学センサー への応用に関する研究が行われている。しかし、この方法では全反射を利用するため、炭酸(屈折 率 1.65)のように、SiO2の屈折率(n = 1.45)より大きな媒質の検出は困難である。そこで、本研究で は屈折率が 3.32 と大きく、バンドギャップが 2.2eV で可視光領域に対して透明である GaP に着目 し、GaP と金属薄膜の接触における界面での伝搬型 SPP の励起を利用して、化学センサーへの応 用を試みる。これまでに、厳密波結合解析(RCWA)法によるシミュレーションと実験により、 GaP/Au/Air における SPP の励起を確認した 1) ~ 。本研究では、空気より屈折率が高い水(n = 1.33) で SPP 励起ができることを確認したので、これについて報告する。 Fig.1 中に示す金属半導体接触のモデルで波長 635nm の光を半導体側から照射したときの反射 率の角度依存性を RCWA 法により計算し、反射率測定を行った。なお、このモデルでは、Au 表 面が空気または H2O と接しているとする。Fig.1 に膜厚 30nm の Au と膜厚 300m の GaP で金属半 導体接触を形成し、TM 偏光で波長 635nm の光を GaP 側から照射したときの反射率入射角依存性 を示す。Au 表面が空気と接している場合、 水と接している場合共に、反射率が低下す る角度があり、Au 表面に接触させる媒質の 屈折率が高くなると、ピーク位置が高角度 側にシフトしていることがわかった。Au と GaP の界面における SPP の分散関係より、 620.7nm より長波長側で SPP が存在するこ とから、この反射率の減少は伝搬型 SPP の 励起によるものと考えられる。このように、 GaP と Au の接触において、GaP 側から光 を照射することで、伝搬型 SPP が発生でき ることが明らかになった。 本研究の一部は日本光学会 2010 年度光 みらい若手奨励金、科学研究費助成事業 (No.24360008)によるものである。 1) 元垣内他 第 59 回応用物理学関係連合講演会 (2012) 2) A.Motogaito et al. JSAP-OSA Joint Symposia (2012) 3) 中村他 日本光学会年次学術講演会 (2012) 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://confit.atlas.jp/guide/event-img/jsap2013s/29a-PA3-16/public/pdf?type=in |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
