一種新式的單分子偵測法：以InGaN奈米量子井形成的增益型表面強化拉曼散射

本計畫欲以一年的時間，利用氮化物奈米結構，在單分子偵測上開發一條新的研究途徑。我們將以此種新式的奈米結構產生“表面強化拉曼散射(surface enhanced Raman scattering, SERS)”，並利用增益介質(gain medium)的機制，將SERS訊號放大至單分子偵測所需的強度。此種檢測平台以金屬/奈米量子井的複合結構產生所謂的“熱點(hot spots)”，也就是SERS訊號被極度放大的區域。奈米量子井的材料為InGaN，是以有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)磊晶而成。MOCVD的磊晶參數，可有效而均勻地控制奈米量子井的尺寸與分佈密度。與傳統的平面式金屬奈米顆粒團(metal nanoparticle aggregates on flat surface)相較，MOCVD產生的奈米結構，可藉由磊晶參數的調整，大幅提高hot spots的可控制度，使得單分子的訊號更容易被偵測到。由於量子井可視為SERS的增益介質，用來補償能量至金屬與奈米表面所形成的表面電漿結構，以增強SERS的放大程度，因此量子井的發光波長、發光效率以及表面粗糙程度等條件，將直接影響hot spots 的密度與訊號強度。在目前的研究文獻中，此種具備增益介質的SERS平台相當少見，我們希望本計畫提出的奈米量子井結構，能解決單分子偵測上常遭遇的兩大困境：訊號密度太低、訊號強度太弱。