TWI738109B - 檢測基板及其製作方法、檢測裝置 - Google Patents
檢測基板及其製作方法、檢測裝置 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI738109B TWI738109B TW108140316A TW108140316A TWI738109B TW I738109 B TWI738109 B TW I738109B TW 108140316 A TW108140316 A TW 108140316A TW 108140316 A TW108140316 A TW 108140316A TW I738109 B TWI738109 B TW I738109B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- detection
- substrate
- quantum well
- well structure
- semiconductor layer
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 124
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 46
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 44
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 206
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 59
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims description 43
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims description 26
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- RNWHGQJWIACOKP-UHFFFAOYSA-N zinc;oxygen(2-) Chemical group [O-2].[Zn+2] RNWHGQJWIACOKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 102
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 10
- 238000004416 surface enhanced Raman spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 4
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical group [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002116 nanohorn Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000009993 protective function Effects 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- -1 region Substances 0.000 description 1
- SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si].[Si] SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/017—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. superlattices, quantum wells
- G02F1/01716—Optically controlled superlattice or quantum well devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0202—Mechanical elements; Supports for optical elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/0216—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using light concentrators or collectors or condensers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
- G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2202/00—Materials and properties
- G02F2202/10—Materials and properties semiconductor
- G02F2202/108—Materials and properties semiconductor quantum wells
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/15—Function characteristic involving resonance effects, e.g. resonantly enhanced interaction
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
一種檢測基板,其包括基板、量子井結構、檢測表面以及多個奈米金屬粒子。量子井結構配置於基板上,且量子井結構包括至少一第一氮化金屬層以及多個第二氮化金屬層。第一氮化金屬層以及第二氮化金屬層交替堆疊於基板上。量子井結構位於檢測表面以及基板之間。這些奈米金屬粒子配置於檢測表面上,且檢測表面為粗糙表面。一種檢測基板的製作方法以及檢測裝置亦被提出。
Description
本發明有關於一種檢測基板及其製作方法以及檢測裝置,特別是有關於一種可以應用於光譜分析的檢測基板及其製作方法以及檢測裝置。
光譜分析技術可以根據物質的光譜來鑑別物質和確定其化學組成。在現有的光譜分析技術中,表面增強拉曼光譜(surface-enhanced Raman scattering,SERS)是目前最受期待的生物分子撿測技術之一。藉由金屬和生物分子之間產生光共振,表面增強拉曼光譜可以讓生物分子的拉曼散射(Raman scattering)增強數百萬倍,進而讓表面增強拉曼光譜可以檢測低濃度的生物分子。
然而,表面增強拉曼光譜的檢測在可靠度仍需要改進。由於在一檢測的區域中,入射光所照射的區域中僅有零散的熱點(hot spot)可以產生共振,進而產生拉曼散射。同時,入射光及其共振時所產生的熱也會使檢測區域的表面的分子隨著溫度提高產生熱擴散,因此取得的訊號中有關欲檢測的生物分子的部分訊號會隨著時間變動,進而降低表面增強拉曼
光譜檢測的可靠性。因此,在本技術領域中如何解決上述問題仍是本領域技術人員所欲解決的主要問題之一。
本發明有關於一種檢測基板及其製作方法,以及一檢測裝置。
本發明實施例的檢測基板包括一基板、量子井結構、一檢測表面以及多個奈米金屬粒子。量子井結構配置於基板上,且量子井結構包括至少一第一氮化金屬層以及多個第二氮化金屬層。第一氮化金屬層與這些第二氮化金屬層交替堆疊於基板上。量子井結構位於檢測表面以及基板之間。這些奈米金屬粒子配置於檢測表面上,且檢測表面為粗糙表面。
本發明實施例的檢測裝置包括一檢測光源、一合光元件、上述的檢測基板以及光譜儀。檢測光源提供一第一檢測光。第一檢測光經合光元件到達檢測基板。檢測表面承載檢測樣品,第一檢測光照射檢測樣品後形成一第二檢測光,且第二檢測光經合光元件到達光譜儀。
在本發明的一實施例中,檢測表面適於承載一檢測樣品,使檢測樣品鄰近這些奈米金屬粒子配置。
在本發明的一實施例中,上述的基板的材料包括藍寶石、矽(silicon)、碳化矽(silicon carbide,SiC)。
在本發明的一實施例中,上述的檢測基板還包括第一型摻雜半導體層。第一型摻雜半導體層配置於基板上,且第一型摻雜半導體層位於量子井結構與基板之間。
在本發明的一實施例中,上述的第一型摻雜半導體層的材料包括氮化鎵(gallium nitride,GaN)或氮化鋁鎵(aluminum gallium nitride,AlGaN)。
在本發明的一實施例中,上述的檢測基板還包括應力緩衝層。應力緩衝層配置於基板上,且應力緩衝層位於第一型摻雜半導體層與基板之間。
在本發明的一實施例中,上述的應力緩衝層包括多個應力緩衝柱,分布於基板上。
在本發明的一實施例中,上述的每個應力緩衝柱包括一氧化鋅核以及一氮化鎵管,氮化鎵管包覆氧化鋅核。
在本發明的一實施例中,上述的量子井結構中,第一氮化金屬層的數量落在1至15的範圍內。
在本發明的一實施例中,上述的檢測基板,還包括無摻雜半導體層。無摻雜半導體層配置於量子井結構上,且檢測表面位於無摻雜半導體層上。
在本發明的一實施例中,上述的這些奈米金屬粒子的材料包括金、鋁、銀或銅。
在本發明的一實施例中,上述的檢測表面具有多個奈米角椎結構,這些奈米角椎結構之間的間距落在100奈米至500奈米的範圍。
本發明實施例的檢測基板的製作方法包括提供一基板;形成一量子井結構於基板上,其中量子井結構包括至少一第一氮化金屬層以及多個第二氮化金屬層,這些第一氮化金屬層與第二氮化金屬層交替堆疊於基板上;形成一檢測表面,
且檢測表面為粗糙表面;以及配置多個奈米金屬粒子於檢測表面。
在本發明的一實施例中,在形成上述的量子井結構於基板的步驟之前還包括形成一應力緩衝層於基板;以及形成一第一型摻雜半導體層於應力緩衝層。
在本發明的一實施例中,藉由水熱合成法形成多個氧化鋅核於基板上;於每個氧化鋅核的四周形成一氮化鎵管並形成一應力緩衝柱,且這些應力緩衝柱形成應力緩衝層。
在本發明的一實施例中,形成上述的檢測表面的步驟包括形成一無摻雜半導體層於量子井結構上,且檢測表面位於無摻雜半導體層上。
在本發明的一實施例中,形成上述的無摻雜半導體層的步驟包括於一腔室內形成一氮氣環境,氮氣環境的氣壓維持於150豪巴至250豪巴的範圍,且氮氣環境的溫度落在攝氏580度至攝氏1200度的範圍。
由上述可知,本發明實施例中檢測基板具有量子井結構以及檢測表面,因此檢測基板可以提升對檢測樣品的訊號強度。本發明實施例中檢測裝置可以在檢測光照射到檢測基板時,有效對檢測樣品作檢測。
h1‧‧‧厚度
h2‧‧‧厚度
h3‧‧‧厚度
h4‧‧‧高度
L1‧‧‧第一檢測光
L2‧‧‧第二檢測光
L3‧‧‧第一檢測光
L4‧‧‧第二檢測光
P‧‧‧間距
50‧‧‧檢測樣品
52‧‧‧檢測樣品
100‧‧‧檢測基板
101‧‧‧檢測表面
102‧‧‧奈米金屬粒子
110‧‧‧基板
120‧‧‧量子井結構
121‧‧‧第一氮化金屬層
122‧‧‧第二氮化金屬層
130‧‧‧無摻雜半導體層
140‧‧‧第一型摻雜半導體層
200‧‧‧檢測基板
201‧‧‧檢測表面
202‧‧‧奈米金屬粒子
203‧‧‧奈米角椎結構
210‧‧‧基板
220‧‧‧量子井結構
221‧‧‧第一氮化金屬層
222‧‧‧第二氮化金屬層
230‧‧‧無摻雜半導體層
240‧‧‧第一型摻雜半導體層
250‧‧‧應力緩衝層
251‧‧‧氧化鋅核
252‧‧‧應力緩衝柱
253‧‧‧氮化鎵管
300‧‧‧檢測裝置
310‧‧‧檢測光源
320‧‧‧中性輝度濾波片
330‧‧‧擴束透鏡組
340‧‧‧合光元件
350‧‧‧物鏡
360‧‧‧可動載台
370‧‧‧拉曼濾波片
380‧‧‧聚焦透鏡
390‧‧‧光譜儀
391‧‧‧收光端
第1圖是本發明一實施例中檢測基板的剖面示意圖;
第2圖是本發明另一實施例中檢測基板的剖面示意圖;
第3圖是本發明一實施例中檢測裝置的示意圖。
本發明所提出的檢測基板以及檢測裝置可以應用在光譜分析檢測裝置。舉例而言,本發明所提出的檢測基板以及檢測裝置可以應用在拉曼光譜分析檢測裝置。以下將分別以數個實施例說明本發明所提出的檢測基板以及檢測基板應用至檢測裝置時的詳細技術特徵。
應當理解,儘管術語「第一」、「第二」等在本文中可以用於描述各種元件,但是這些元件不應受這些術語限制。這些術語僅用於將一個元件區分開。因此,下面討論的「第一元件」也可以被稱為「第二元件」而不脫離本文的教導。
在附圖中,為了清楚起見,放大了層、膜、面板、區域等的大小及厚度。在整個說明書中,相同或類似的附圖標記表示相同的元件。應當理解,當諸如層、膜、區域或基板的元件被稱為在另一元件「上」或「連接到」另一元件時,其可以直接在另一元件上或與另一元件連接,或者中間元件可以也存在。相反,當元件被稱為「直接在另一元件上」或「直接連接到」另一元件時,不存在中間元件。如本文所使用的,「連接」可以指物理及/或電性連接。再者,「電性連接」或「耦合」係可為二元件間存在其它元件。
需要說明的是,諸如「下」或「底部」和「上」或「頂部」的相對術語可在本文中用於描述一個元件與另一元件的關係,如圖所示。應當理解,相對術語旨在包括除了圖中
所示的方位之外的裝置的不同方位。舉例而言,如果翻轉一個附圖中的裝置,則原本被描述為在其他元件的「下」或「底部」的元件將被定向在其他元件的「上」或「頂部」。因此相對術語「下」根據附圖的視角方向,可以包括「下」和「上」的指向;相對術語「底部」根據附圖的視角方向,可以包括「頂部」和「底部」的指向。
第1圖是本發明一實施例中檢測基板的剖面示意圖。請參照第1圖,在本發明的一實施例中,檢測基板100包括基板110、量子井結構120、檢測表面101以及多個奈米金屬粒子102。量子井結構120配置於基板110上,這些奈米金屬粒子102配置於檢測表面101上,且檢測表面101適於承載一檢測樣品50。本實施例的檢測表面101為粗糙表面。換句話說,本實施例的檢測表面101具有多個微結構。
於所參照的第1圖以及以下圖式中,這些奈米金屬粒子102係以相同大小的圓形符號表示,檢測樣品50中的分子係以相同大小的三角形符號表示,其旨在說明這些元件與其他元件之間的相對位置,並非用以對奈米金屬粒子102的大小、形狀及位置作限定。
量子井結構120包括多個第一氮化金屬層121以及多個第二氮化金屬層122。這些第一氮化金屬層121以及這些第二氮化金屬層122交替堆疊於基板110上。
本實施例的量子井結構120位於檢測表面101以及基板110之間,且量子井結構120的位置鄰近檢測表面101。當檢測表面101接收一第一檢測光L1時,第一檢測光L1會激發
量子井結構120,並使量子井結構120產生額外的光子。
在本發明的一些實施例中,量子井結構120中的這些第一氮化金屬層121的材料可以包含氮化銦鎵(gallium indium nitride,InGaN)、氮化鋁鎵(Aluminum gallium nitride,AlGaN)或氮化鎵(gallium nitride,GaN)。在本發明的另一些實施例中,量子井結構120中的這些第二氮化金屬層122的材料可以包含氮化鎵、氮化鋁(aluminum nitride,AlN)、氮化銦鎵或氮化鋁鎵。舉例而言,第一氮化金屬層121的量子位能較第二氮化金屬層122的量子位能低,因此這些第一氮化金屬層121可以在量子井結構120中形成多個量子井(quantum well)。
請參照第1圖,在本實施例中,檢測表面101因為是粗糙表面,因此可以承載更多的檢測樣品50以及奈米金屬粒子102,這些檢測樣品50和這些奈米金屬粒子102在檢測表面101上可以各自在彼此之間形成更多共振間隔。當一第一檢測光L1照射至檢測表面101,且檢測樣品50接收到第一檢測光L1會產生第二檢測光L2時,第一檢測光L1可以在這些共振間隔中引發共振現象,使檢測樣品50產生更強的第二檢測光L2。
舉例而言,第二檢測光L2例如具有檢測樣品50的拉曼散射(Raman scattering)光,使用者可以藉由分析第二檢測光L2來對檢測樣品50作定性(qualitative)量測。另一方面,由於檢測基板100包括量子井結構120,因此第一檢測光L1可以激發量子井結構120,使量子井結構120發出額外的光子。在量子井結構120被激發後產生的額外光子可以再次
傳遞至檢測樣品50,進而提升第二檢測光L2的強度。再另一方面,藉由第一檢測光L1激發量子井結構120,檢測基板100的檢測表面101上位於導電能帶(conduction band)或其他高能的能階的載子濃度也會提升,檢測表面101上的檢測樣品50同時也會跟這些載子產生共振,進而再次發出拉曼散射光。因此,本實施例的檢測基板100藉由量子井結構120、奈米金屬粒子102以及檢測表面101可以在各方面大幅提昇對檢測樣品50的檢測效率,使第二檢測光L2的強度可以大幅提昇。
舉例而言,本實施例的基板110的材料可以包括藍寶石(sapphire),以提供一個適當的承載表面111供上述這些半導體層成長,但本發明不限於此。在其他實施例中,基板110的材料也可以包括矽(silicon)或碳化矽(silicon carbide,SiC)。
在量子井結構120中,第一氮化金屬層121具有厚度h1,第二氮化金屬層層122具有厚度h2。舉例而言,第一氮化金屬層121的厚度h1為第二氮化金屬層122的厚度h2的0.5倍。
奈米金屬粒子102的材料為金,但本發明並不限於此。在本發明的其他實施例中,奈米金屬粒子102的材料還可以包括銀、鋁或銅。因此,奈米金屬粒子102的表面電子可以和檢測樣品50產生共振。舉例而言,奈米金屬粒子102適於和檢測樣品50產生區域表面電漿共振(localize surface plasma resonance,LSPR)。本實施例的奈米金屬粒子102例如是藉由在檢測表面101上以電子束蒸鍍(e-beam
evaporator)形成一厚度大致為7奈米的金屬層,其材料為金;以及在氮氣環境下以攝氏300度退火140秒來形成這些奈米金屬粒子102。在本實施例中,這些奈米金屬粒子102的直徑可以落在10奈米至100奈米的範圍。
另一方面,在量子井結構120中,這些第一氮化金屬層121的數量為3,但本發明並不限於此。在本發明的其他實施例中,第一氮化金屬層121的數量可以落在1至15的範圍內。換句話說,量子井結構120中量子井的數量可以落在1至15的範圍。
請參照第1圖,在本實施例中,檢測基板100還包括一無摻雜半導體層130。無摻雜半導體層130配置於量子井結構120上,且檢測表面101位於無摻雜半導體層130上。進一步而言,無摻雜半導體層130覆蓋於量子井結構120上,且無摻雜半導體層130具有一厚度h3。舉例而言,無摻雜半導體層130的厚度h3為6奈米。因此,無摻雜半導體層130可以在量子井結構120上提供保護功能,同時可以在檢測表面101和量子井結構120之間提供適當的間距,以提升檢測表面101上的載子與檢測樣品50產生共振的機率,進而提升第二檢測光L2中拉曼散射光的強度。另一方面,檢測基板100的檢測表面101上的微結構可以藉由調整無摻雜半導體層130長晶時的氣流以及溫度來形成這些微結構以形成粗糙表面。
請參照第1圖,本實施例的檢測基板100還可以包括一第一型摻雜半導體層140。第一型摻雜半導體層140配置於基板110上,且第一型摻雜半導體層140位於量子井結構120
與基板110之間。舉例而言,第一型摻雜半導體層140的材料包括氮化鎵或氮化鋁鎵,且第一型摻雜半導體層140為n型摻雜氮化鎵層。第一型摻雜半導體層140和量子井結構120可以在檢測基板100和檢測表面101之間提供良好的導熱功能,使檢測基板100的整體溫度不會太高,檢測表面101上的檢測樣品50也不會因為原子或分子的熱擴散而影響檢測效能。
第2圖是本發明另一實施例中檢測基板的剖面示意圖。請參照第2圖,在本發明的另一實施例中,檢測基板200類似於上述檢測基板100包括基板210、量子井結構220、無摻雜半導體層230、可以承載檢測樣品52的檢測表面201、第一型摻雜半導體層240以及配置於檢測表面201的奈米金屬粒子202,其中量子井結構220包括多個第一氮化金屬層221以及多個第二氮化金屬層222,上述元件的詳細說明在此不再贅述。
在本實施例中,檢測基板200還包括應力緩衝層250,且應力緩衝層250位於第一型摻雜半導體層240與基板210之間。舉例而言,第一型摻雜半導體層240可以是n型摻雜氮化鎵層,基板210的材料包括藍寶石,應力緩衝層250可以釋放第一型摻雜半導體層240與基板210之間的應力。
在本實施例中,應力緩衝層250包括多個應力緩衝柱252,分布於基板210上。具體而言,在本實施例中,檢測基板200的製作方法包括提供基板210;形成量子井結構220於基板210上;形成檢測表面201;以及配置多個奈米金屬粒子202於檢測表面201。在形成這些量子井結構220於基板210之前,本實施例的製作方法還進一步配置多個應力緩衝柱252
以在基板210上形成應力緩衝層250。
這些應力緩衝柱252還包括多個氧化鋅核251,且這些應力緩衝柱252的製作方法是藉由先在基板210上製作這些氧化鋅核251,接著再於每個氧化鋅核251的四周形成氮化鎵管253來形成應力緩衝柱252。換句話說,這些氮化鎵管253各自包覆這些氧化鋅核251,且這些氮化鎵管253和這些氧化鋅核251各自形成這些應力緩衝柱252。舉例而言,氧化鋅核251的形成方式可以包括水熱合成法(hydrothermal method)。
在本發明的一些實施例中,應力緩衝柱252可以包括氧化鋅核251以及與上述氮化鎵管253類似形狀且包覆氧化鋅核251的半導體管,且半導體管的材料可以包括氮化鋁或氮化鋁鎵。在本發明的另一些實施例中,應力緩衝層250可以是單一層結構,且應力緩衝層250的材料可以包括氮化鎵、氮化鋁或氮化鋁鎵。
請參照第2圖,本實施例的檢測基板200的製作方式在形成應力緩衝層250後可以形成第一型摻雜半導體層240於應力緩衝層250上。藉由這些氧化鋅核251,應力緩衝層250可以在基板210和第一型摻雜半導體層240之間釋放應力。
另一方面,在本實施例中,檢測表面201可以具有多個奈米角椎結構203,這些奈米角椎結構203之間的間距P落在100奈米至500奈米的範圍,且這些奈米角椎結構203的高度h4落在200奈米至300奈米的範圍。進一步而言,藉由形成這些應力緩衝柱252,依序配置其上的第一型摻雜半導體層
240、量子井結構220以及檢測表面201可以對應這些應力緩衝柱252的位置具有多個奈米角椎結構203。
另一方面,本實施例的檢測基板200的製作方式在形成量子井結構220後,形成檢測表面201的步驟包括形成無摻雜半導體層230於量子井結構220上,而檢測表面201位於無摻雜半導體層230上。
進一步而言,形成無摻雜半導體層230的步驟包括於一腔室內形成一氮氣環境,氮氣環境的氣壓維持於150豪巴至250豪巴的範圍,且氮氣環境的溫度落在攝氏580度至攝氏1200度的範圍。藉由上述的形成方式,無摻雜半導體層230可以形成於量子井結構220上,且無摻雜半導體層230上的檢測表面201或形成多個微結構並形成為粗糙表面。此處所參照之第2圖為了清楚標示各元件位置,並未進一步繪出檢測表面201上的微結構,其並非用以限定本發明的元件樣態。
第3圖是本發明一實施例中檢測裝置的示意圖。請參照第3圖,檢測裝置300包括一檢測光源310、一合光元件340、上述的檢測基板200以及光譜儀390。
檢測光源310提供一第一檢測光L3。第一檢測光L3經合光元件340到達檢測基板200。檢測基板200的檢測表面201承載檢測樣品52(請參照第2圖),第一檢測光L3照射檢測樣品後形成一第二檢測光L4,且第二檢測光L4經合光元件340到達光譜儀390。
舉例而言,檢測裝置300可以包括中性輝度濾波片320(neutral density filter,ND filter)、擴束透鏡組330、
物鏡350、拉曼濾波片370(Raman filter)以及聚焦透鏡380。另一方面,檢測光源310可以是波長為532奈米的固態雷射,合光元件340可以是雷射分色鏡(dichroic mirror)。檢測基板200可以配置於可動載台360上,而光譜儀390可以包括收光端391,藉以接收來自檢測基板200的第二檢測光L4。
藉由檢測基板200,本實施例的檢測裝置300可以更有效率、可靠性及穩定度對檢測基板200上的檢測樣品作檢測。
h1‧‧‧厚度
h2‧‧‧厚度
h3‧‧‧厚度
L1‧‧‧第一檢測光
L2‧‧‧第二檢測光
50‧‧‧檢測樣品
100‧‧‧檢測基板
101‧‧‧檢測表面
102‧‧‧奈米金屬粒子
110‧‧‧基板
120‧‧‧量子井結構
121‧‧‧第一氮化金屬層
122‧‧‧第二氮化金屬層
130‧‧‧無摻雜半導體層
140‧‧‧第一型摻雜半導體層
Claims (16)
- 一種檢測基板,包括:一基板;一量子井結構,配置於所述基板上,所述量子井結構包括:至少一第一氮化金屬層;以及多個第二氮化金屬層,與所述第一氮化金屬層交替堆疊於所述基板上;一第一型摻雜半導體層,配置於所述基板上,且所述第一型摻雜半導體層位於所述量子井結構與所述基板之間;一檢測表面,所述量子井結構配置於所述基板以及所述檢測表面之間;以及多個奈米金屬粒子,配置於所述檢測表面上,其中所述檢測表面為粗糙表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之檢測基板,其中所述檢測表面適於承載一檢測樣品,使所述檢測樣品鄰近所述多個奈米金屬粒子配置。
- 如申請專利範圍第1項所述之檢測基板,其中所述基板的材料包括藍寶石、矽或碳化矽。
- 如申請專利範圍第1項所述之檢測基板,其中所述第一型摻雜半導體層的材料包括氮化鎵或氮化鋁鎵。
- 如申請專利範圍第1項所述之檢測基板,還包括:一應力緩衝層,配置於所述基板上,且所述應力緩衝層位於所述第一型摻雜半導體層與所述基板之間。
- 如申請專利範圍第5項所述之檢測基板,其中所述應力緩衝層包括:多個應力緩衝柱,分布於所述基板上。
- 如申請專利範圍第6項所述之檢測基板,其中每個所述應力緩衝柱包括一氧化鋅核以及一氮化鎵管,所述氮化鎵管包覆所述氧化鋅核。
- 如申請專利範圍第1項所述之檢測基板,其中在所述量子井結構中,所述第一氮化金屬層的數量落在1至15的範圍內。
- 如申請專利範圍第1項所述之檢測基板,還包括:一無摻雜半導體層,配置於所述量子井結構上,且所述檢測表面位於所述無摻雜半導體層上。
- 如申請專利範圍第1項所述之檢測基板,其中所述多個奈米金屬粒子的材料包括金、鋁、銀或銅。
- 如申請專利範圍第1項所述之檢測基板,其中所述檢測表面具有多個奈米角椎結構,所述多個奈米角椎結構之間的間距落在100奈米至500奈米的範圍。
- 一種檢測基板的製作方法,包括:提供一基板;形成一量子井結構於所述基板上,其中所述量子井結構包括至少一第一氮化金屬層以及多個第二氮化金屬層,所述第一氮化金屬層與所述多個第二氮化金屬層交替堆疊於所述基板上;在形成所述量子井結構於所述基板的步驟之前還包括形成一應力緩衝層於所述基板及形成一第一型摻雜半導體層於所述應力緩衝層;形成一檢測表面,且所述檢測表面為粗糙表面;以及配置多個奈米金屬粒子於所述檢測表面。
- 如申請專利範圍第12項所述之製作方法,其中形成所述應力緩衝層於所述基板的步驟包括:藉由水熱合成法形成多個氧化鋅核於所述基板上;於每個所述氧化鋅核的四周形成一氮化鎵管,所述多個氧化鋅核與所述多個氮化鎵管各自並形成多個應力緩衝柱,且所述多個應力緩衝柱形成所述應力緩衝層。
- 如申請專利範圍第12項所述之製作方法,其中形成所述檢測表面的步驟包括: 形成一無摻雜半導體層於所述量子井結構上,且所述檢測表面位於所述無摻雜半導體層上。
- 如申請專利範圍第14項所述之製作方法,其中形成所述無摻雜半導體層的步驟包括:於一腔室內形成一氮氣環境,所述氮氣環境的氣壓維持於150豪巴至250豪巴的範圍,且所述氮氣環境的溫度落在攝氏580度至攝氏1200度的範圍。
- 一種檢測裝置,包括:一檢測光源,提供一第一檢測光;一合光元件;如申請專利範圍第1至11項的其中之一所述的檢測基板;以及一光譜儀,其中所述第一檢測光經所述合光元件到達所述檢測基板,所述檢測表面承載所述檢測樣品,所述第一檢測光照射所述檢測樣品後形成一第二檢測光,且所述第二檢測光經所述合光元件到達所述光譜儀。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW108140316A TWI738109B (zh) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | 檢測基板及其製作方法、檢測裝置 |
| US16/691,560 US10976577B1 (en) | 2019-11-06 | 2019-11-21 | Sensing substrate, manufacturing method thereof, and sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW108140316A TWI738109B (zh) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | 檢測基板及其製作方法、檢測裝置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202119018A TW202119018A (zh) | 2021-05-16 |
| TWI738109B true TWI738109B (zh) | 2021-09-01 |
Family
ID=75394223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW108140316A TWI738109B (zh) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | 檢測基板及其製作方法、檢測裝置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10976577B1 (zh) |
| TW (1) | TWI738109B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060250613A1 (en) * | 2005-04-14 | 2006-11-09 | Chem Image Corporation | Method and applications to enhance and image optical signals from biological objects |
| CN102156114A (zh) * | 2010-02-12 | 2011-08-17 | 财团法人工业技术研究院 | 拉曼检测方法与系统 |
| US8687186B2 (en) * | 2009-07-30 | 2014-04-01 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Nanowire-based systems for performing raman spectroscopy |
| TW201912574A (zh) * | 2017-08-31 | 2019-04-01 | 國立高雄大學 | 具氧化石墨烯複合材料薄膜的表面增強拉曼散射感測基片及其製備方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050285128A1 (en) * | 2004-02-10 | 2005-12-29 | California Institute Of Technology | Surface plasmon light emitter structure and method of manufacture |
| US7177021B2 (en) * | 2004-09-14 | 2007-02-13 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Integrated radiation sources and amplifying structures, and methods of using the same |
| US7426025B2 (en) | 2005-09-23 | 2008-09-16 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Nanostructures, systems, and methods including nanolasers for enhanced Raman spectroscopy |
| US7453565B2 (en) | 2006-06-13 | 2008-11-18 | Academia Sinica | Substrate for surface-enhanced raman spectroscopy, sers sensors, and method for preparing same |
| US8323580B2 (en) * | 2007-05-29 | 2012-12-04 | OptoTrace (SuZhou) Technologies, Inc. | Multi-layer micro structure for sensing substance |
| EP2196796A1 (en) * | 2008-12-09 | 2010-06-16 | Imec | Single molecule optical spectroscopy in solid-state nanopores in a transmission-based approach |
| US20100190661A1 (en) | 2009-01-26 | 2010-07-29 | City University Of Hong Kong | Sers-active structure for use in raman spectroscopy |
| WO2011011000A1 (en) * | 2009-07-22 | 2011-01-27 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Autonomous light amplifying device for surface enhanced raman spectroscopy |
| US8358408B2 (en) * | 2010-04-30 | 2013-01-22 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Apparatus for performing SERS |
| US20140036262A1 (en) | 2012-07-31 | 2014-02-06 | Shih-Yuan Wang | Electronic and plasmonic enhancement for surface enhanced raman spectroscopy |
| US9134249B2 (en) * | 2013-01-25 | 2015-09-15 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Electric field generating apparatus for performing spectroscopy |
| TWI611461B (zh) | 2016-09-23 | 2018-01-11 | 國立成功大學 | 可撓式拉曼基板及其製備方法 |
-
2019
- 2019-11-06 TW TW108140316A patent/TWI738109B/zh active
- 2019-11-21 US US16/691,560 patent/US10976577B1/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060250613A1 (en) * | 2005-04-14 | 2006-11-09 | Chem Image Corporation | Method and applications to enhance and image optical signals from biological objects |
| US8687186B2 (en) * | 2009-07-30 | 2014-04-01 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Nanowire-based systems for performing raman spectroscopy |
| CN102156114A (zh) * | 2010-02-12 | 2011-08-17 | 财团法人工业技术研究院 | 拉曼检测方法与系统 |
| TW201912574A (zh) * | 2017-08-31 | 2019-04-01 | 國立高雄大學 | 具氧化石墨烯複合材料薄膜的表面增強拉曼散射感測基片及其製備方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Chang Yun-Chorng & Tseng Chung-Bin, "Surface Plasmon-Enhanced Spontaneous Emission from InGaN/GaN Multiple Quantum Wells by Indium Nanoparticles Fabricated Using Nanosphere Lithography",Plasmonics(2013) 8 page 1395-1400 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202119018A (zh) | 2021-05-16 |
| US20210132419A1 (en) | 2021-05-06 |
| US10976577B1 (en) | 2021-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111610177A (zh) | 一种micro LED芯片的拉曼增强的检测方法及其装置 | |
| CN102741681B (zh) | 用于光谱术的装置和相关方法 | |
| US9431211B2 (en) | Hybrid electron microscope | |
| US20080094621A1 (en) | Nanoscale structures, systems, and methods for use in nano-enhanced raman spectroscopy (ners) | |
| US7151599B2 (en) | Monolithic system and method for enhanced Raman spectroscopy | |
| US7236242B2 (en) | Nano-enhanced Raman spectroscopy-active nanostructures including elongated components and methods of making the same | |
| US8780344B2 (en) | Waveguides configured with arrays of features for performing Raman spectroscopy | |
| US20060054881A1 (en) | SERS-active structures including nanowires | |
| US9170203B2 (en) | Enhancement of raman scattering | |
| US8319963B2 (en) | Compact sensor system | |
| CN1496478A (zh) | 利用非线性光学现象的激光扫描晶片检查 | |
| He et al. | Surface enhanced anti-Stokes one-photon luminescence from single gold nanorods | |
| EP2884264B1 (en) | Surface-enhanced raman scattering element, and method for producing same | |
| Ferrari et al. | Design and analysis of blue InGaN/GaN plasmonic LED for high-speed, high-efficiency optical communications | |
| Xie et al. | Strain relaxation in InGaN/GaN micro-pillars evidenced by high resolution cathodoluminescence hyperspectral imaging | |
| US7224451B2 (en) | Raman spectroscopy method, raman spectroscopy system and raman spectroscopy device | |
| Sarau et al. | Disentangling the effects of nanoscale structural variations on the light emission wavelength of single nano-emitters: InGaN/GaN multiquantum well nano-LEDs for a case study | |
| US7385691B2 (en) | Integrated modular system and method for enhanced Raman spectroscopy | |
| JP2008249478A (ja) | カソードルミネッセンス装置及びそれを用いた分析方法 | |
| Kim et al. | Purcell-enhanced photoluminescence of few-layer MoS 2 transferred on gold nanostructure arrays with plasmonic resonance at the conduction band edge | |
| FR2943456A1 (fr) | Procede de lithographie electronique a imagerie de cathodoluminescence. | |
| Yoshikawa | Advanced Optical Spectroscopy Techniques for Semiconductors | |
| Shubina et al. | III-nitride tunable cup-cavities supporting quasi whispering gallery modes from ultraviolet to infrared | |
| TWI738109B (zh) | 檢測基板及其製作方法、檢測裝置 | |
| KR20170138207A (ko) | 표면 검사 방법 |