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A Study on Optical Biosensor Using SOI Photodiode with Surface Plasmon Antenna
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Satoh, Hiroaki |
| Copyright Year | 2013 |
| Abstract | 筆者らはこれまでに、SOI (silicon-on-insulator) フォトダイオード上に表面プラズモン(SP)ア ンテナを配置すると、特定波長の光感度が向上し、かつ鋭い分光感度が得られることを実証して きた [1]。さらに斜入射の光に対する分光感度特性を測定したところ、回折格子状の SP アンテナ における位相整合条件を反映し、垂直入射における波長軸上のピークが両側に分裂することを示 した[2, 3]。位相整合条件はアンテナ周辺の媒質の屈折率で変化するため、屈折率変化を検出する バイオセンサーへの応用が考えられる。同様の光学式バイオセンサーとしては、SOI 細線導波路 のリング共振器を利用した方式が報告されている[4]。このリング共振器は光通信波長帯において 高い Q値を有し、リング共振器に付着した検体屈折率に対応する共振ピーク波長のシフト量を読 み取ることにより、種々の検体検出が試みられている。しかしながら、光学系が複雑で、光の入 出力は光ファイバを SOI 上のグレーティング結合器に近接させて行われるため、光源からリング 共振器を介した光検出器までの損失が大きく、光の利用効率が低い。 そこで本報告では、シリコンベースで光の利用効率が高く、より簡素な光学系の光学式バイオ センサーを目指し、SP アンテナ付 SOI フォトダイオード(Fig. 1)を利用した新方式を提案する。 そして、周期 p = 300 nm の SP アンテナ付 SOI フォトダイオード上に屈折率 1 から 2 の検体が付 着した場合の、斜入射によって分裂するピークの波長差を見積もった(Fig. 2)。垂直入射に対す る光感度のピーク波長は 702 nm で、実験的に得られている外部量子効率は 25 % 程度である。入 射角 θが大きいとピークの波長差が大きくなるとともに、屈折率変化に対する感度も大きくなる。 特に θ = 20o では 0.135 [RIU]であり、文献[4]の 0.104 [RIU](検体屈折率変化に対するピーク波 長のシフト量 165 [nm/RIU]をリング共振器の共振波長 1564.9 [nm]で規格化した値)と同程度であ る。実際には共振ピークの鋭さや受光信号の SN 比などを含めた性能評価が必要であるが、簡素 で高効率な光学系、かつ可視光域で検出可能な特徴を有する新しい光学式バイオセンサーが得ら れると期待される。 文献:[1] H. Satoh, et al., IEEE Trans. Electron Devices, vol. 60, no. 2, (in press). [2] 川久保他, 応物秋 季, p. 05-117, 2012. [3] H. Satoh, et al., SSDM, pp. 272-273, 2012. [4] M. Iqbal, et al., IEEE J. Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 16, no. 3, pp. 654-661, 2010. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://confit.atlas.jp/guide/event-img/jsap2013s/29p-G17-12/public/pdf?type=in |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
