일반기술

표면 플라즈몬 공명을 이용한 나노 스케일 간극 측정장치 및 이를 이용한 나노 스케일 간극 측정방법

본 발명의 목적은 대상 물질과 측정 시스템 사이의 미소 거리를 실시간으로(real time) 표식자 없이(non-labeling) 측정할 수 있으며, 표면 플라즈몬 공명 조건을 제어함으로써 측정 감도를 더욱 개선하고, 수 nm 단위까지의 거리 차이 측정이 가능한 표면 플라즈몬 microscopy 및 시스템 구현 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 프리즘, 상기 프리즘 상단에 증착된 다층 금속 박막, 상기 금속 박막 상단을 형성하고 있는 유전 물질, 상기 유전 물질 상단에 측정 대상 물질이 이격되어 있도록 설계되어, 광원을 통해 조사되는 입사광에 의해 표면 플라즈몬 공명 현상을 발생시켜서 반사된 광이 수광부를 통해 검출되는 시스템을 제공한다. 광원으로부터 조사되는 광이 시스템에 대해 일정한 각도로 프리즘을 통해 입사하면 금속 박막의 경계면에서 전반사 되어 수광부로 입사되고, 소산파(evanescent wave)는 경계면에서 양쪽 방향으로 지수함수적으로 감소하지만, 특정한 제어 조건에서는 경계면과 평행한 방향의 파동벡터 성분이 금속 박막과 유전물질이 이루는 경계면을 따라 진행하는 표면 플라즈몬의 파동 벡터와 일치할 경우, 금속 박막과 유전물질의 경계면을 따라 진동하는 집단 전자 밀도 즉, 표면 플라즈몬 현상이 발생하여 입사광의 에너지는 대부분 흡수되고, 금속 박막의 경계면에서 반사되어 수광부로 입사하는 광의 세기는 현저하게 감소한다. 본 발명에서는 유전물질을 공기로 채택하여, 대상 물질의 위치 변화를 통해서 다층 금속 박막과 대상 물질 사이의 간극을 형성시키고, 이 간극의 변화에 따른 표면 플라즈몬 공명 현상의 발생 조건을 측정하는 방법을 제시했다. 이 때, 입사광의 파장과 프리즘, 금속박막, 공기, 대상물질의 유전율과 금속 박막과 공기층의 두께에 따라 표면 플라즈몬 공명 현상이 예민하게 반응하는데, 이를 통해 수광부에서 검출한 반사광의 세기를 이용해서 반사율을 측정하고, 입사각과 반사각을 비교하여 금속 박막과 대상 물질 사이의 미소 간극을 측정할 수 있다. 상기와 같은 본 발명에 따른 방법에 의하면 분석하고자 하는 미소 거리를 측정, 또는 평면적으로 이미지화함으로써 대상 물질의 미세 표면 형상을 빠른 시간 내에 보다 정확하고 구체적으로 파악할 수 있게 된다.