KR101247112B1 - The biosensor using gate induced drain leakage of field effect transistor and its manufacturing method - Google Patents

The biosensor using gate induced drain leakage of field effect transistor and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
KR101247112B1
KR101247112B1 KR20100036741A KR20100036741A KR101247112B1 KR 101247112 B1 KR101247112 B1 KR 101247112B1 KR 20100036741 A KR20100036741 A KR 20100036741A KR 20100036741 A KR20100036741 A KR 20100036741A KR 101247112 B1 KR101247112 B1 KR 101247112B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gate
drain
biomolecule
biosensor
substrate
Prior art date
Application number
KR20100036741A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20110117345A (en
Inventor
최양규
최성진
김지연
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR20100036741A priority Critical patent/KR101247112B1/en
Publication of KR20110117345A publication Critical patent/KR20110117345A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101247112B1 publication Critical patent/KR101247112B1/en

Links

Images

Abstract

전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오센서에 관한 것으로서, 전계효과 트랜지스터 소스(source)와 드레인(drain) 또는 드레인에 바이오 분자의 흡착 또는 탈착에 의해 생기는 전기적 특성 변화 효과를 게이트 유기 드레인 누설 전류를 통해 검출하는 것을 특징으로 하는 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서는 게이트 전극 및 드레인 전극을 구비한 전계효과 트랜지스터를 포함하고, 게이트 전극과 드레인 전극 사이의 전위차로 인하여 발생하는 누설전류에 기초하여 바이오 분자가 탈착되는지 여부를 검출한다. The present invention relates to a biosensor using a field effect transistor, wherein detecting a change in electrical characteristics caused by adsorption or desorption of biomolecules to a field effect transistor source and drain or drain through a gate organic drain leakage current. The present invention relates to a biosensor and a method of manufacturing the same.
The biosensor according to an embodiment of the present invention includes a field effect transistor having a gate electrode and a drain electrode, and detects whether the biomolecule is desorbed based on a leakage current generated due to a potential difference between the gate electrode and the drain electrode. do.

Description

전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서 및 그 제조방법 {THE BIOSENSOR USING GATE INDUCED DRAIN LEAKAGE OF FIELD EFFECT TRANSISTOR AND ITS MANUFACTURING METHOD}Biosensor using gate organic drain leakage current of field effect transistor and its manufacturing method {THE BIOSENSOR USING GATE INDUCED DRAIN LEAKAGE OF FIELD EFFECT TRANSISTOR AND ITS MANUFACTURING METHOD}

전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오센서에 관한 것으로서, 전계효과 트랜지스터 소스(source)와 드레인(drain) 또는 드레인에 바이오 분자의 흡착 또는 탈착에 의해 생기는 전기적 특성 변화 효과를 게이트 유기 드레인 누설 전류를 통해 검출하는 것을 특징으로 하는 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biosensor using a field effect transistor, wherein detecting a change in electrical characteristics caused by adsorption or desorption of biomolecules to a field effect transistor source and drain or drain through a gate organic drain leakage current. The present invention relates to a biosensor and a method of manufacturing the same.

바이오센서란 특정한 물질에 대한 인식기능을 갖는 생물학적 수용체가 전기, 화학, 물리, 생물학적 또는 광학적 변환기(transducer) 등과 결합되어 생물학적 상호작용 및 인식반응을 전기, 화학, 물리, 생물학적 또는 광학적 신호 등으로 변환함으로써 분석하고자 하는 물질을 선택적으로 감지할 수 있는 소자이다. A biosensor is a biological receptor that has a cognitive function for a specific substance, combined with electrical, chemical, physical, biological or optical transducers to convert biological interactions and recognition reactions into electrical, chemical, physical, biological or optical signals. The device can selectively detect the material to be analyzed.

여기서 인식할 수 있는 물질은 단백질, 항원, DNA와 같은 생체물질뿐만 아니라 일반적인 화학물질도 포함한다. 발생된 반응을 유용한 신호로 변환시키는 데 전기화학(electrochemical), 형광, 발색, SPR(surface plasmon resonance), FET(field-effect transistor), QCM(quartz crystal microbalance), 열센서 등 다양한 물리화학적 방법이 사용되고 있으며, 궁극적으로는 칩 기반의 센서를 위해 전기신호가 얻어진다. Recognizable materials include general chemicals as well as biological materials such as proteins, antigens and DNA. To convert the generated reaction into useful signals, various physicochemical methods such as electrochemical, fluorescence, color development, surface plasmon resonance (SPR), field-effect transistor (FET), quartz crystal microbalance (QCM), and thermal sensors are used. And ultimately an electrical signal is obtained for the chip-based sensor.

바이오센서가 갖추어야 할 요건 중 하나는 측정하고자 하는 시료와 반응하여 선택적으로 신속 정확하게 물질을 고감도로 분석하는 것이다. 즉, 측정의 단순성, 선택성, 신속성 및 민감성 등이 매우 중요하다. One of the requirements for biosensors is the high sensitivity analysis of the material, optionally quickly and accurately, in response to the sample to be measured. That is, the simplicity, selectivity, speed and sensitivity of the measurement are very important.

대표적인 반도체 소자인 전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오센서는 반도체 공정을 이용하기 때문에 대량으로 생산이 가능하다는 장점이 있다. 또한 전계효과 트랜지스터의 전기적 특성으로 바이오 분자를 검출 할 수 있어서 별도의 변환기가 필요하지 않아 검출 방법이 상대적으로 간단하다. Biosensors using field effect transistors, which are typical semiconductor devices, have the advantage that they can be produced in large quantities because they use semiconductor processes. In addition, biomolecules can be detected by the electric properties of field effect transistors, so a separate converter is not required, so the detection method is relatively simple.

종래기술로서 대한민국 특허 “유전율 - 변화 전계효과 트랜지스터 및 그 제조 방법(등록번호 : 0902517)” 에서는, 금속산화 전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오센서는 단순하게 문턱전압의 변화로만 바이오 물질을 검출하는 방법 등이 개시되어 있다.As a prior art, in the Korean patent "K dielectric constant-change field effect transistor and its manufacturing method (Registration No .: 0902517)", a biosensor using a metal oxide field effect transistor has a simple method of detecting a biomaterial only by changing the threshold voltage. Is disclosed.

본 발명은 상술한 종래기술과 상호 보완적으로 바이오 물질을 검출하기 위해 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor and a method of manufacturing the same, in order to detect a biomaterial complementary to the above-described prior art.

본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서에서, 바이오 센서는 기판, 상기 기판상에 이격되어 형성된 소스와 드레인, 상기 소스와 상기 드레인을 연결하도록 형성된 채널부, 상기 기판상에 상기 채널부와 이격되도록 형성된 게이트, 및 바이오 분자를 포함하는 영역인 바이오 분자 결합부를 포함하며, 상기 게이트와 상기 드레인 사이의 전위차로 인하여 발생하는 게이트 유기 드레인 누설전류에 기초하여 바이오 분자가 탈착되는지 여부를 검출하며, 상기 바이오 분자 결합부는 상기 소스와 상기 드레인 상에 형성될 수 있다. In a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention, the biosensor includes a substrate, a source and a drain formed on the substrate, a channel portion formed to connect the source and the drain, A biomolecule coupling part, the gate being spaced apart from the channel part on the substrate, and a biomolecule coupling part including a biomolecule, the biomolecule based on a gate organic drain leakage current generated by a potential difference between the gate and the drain; The biomolecule binding portion may be formed on the source and the drain.

본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 제조하는 방법은, (a) 기판 상에 유전체층을 형성하는 단계; (b) 기판과 유전체층 상에 게이트층 및 드레인층을 형성하는 단계; (c) 드레인층 상에 바이오 분자를 결합하여 바이오 분자 결합부를 형성하는 단계; 를 포함한다. A method of manufacturing a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention includes: (a) forming a dielectric layer on a substrate; (b) forming a gate layer and a drain layer on the substrate and the dielectric layer; (c) combining the biomolecules on the drain layer to form a biomolecule bond portion; It includes.

본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서에서, 바이오 센서는 기판, 상기 기판상에 이격되어 형성된 소스와 드레인, 상기 소스와 상기 드레인을 연결하도록 형성된 채널부, 상기 기판상에 상기 채널부와 이격되도록 형성된 게이트, 및 바이오 분자를 포함하는 영역인 바이오 분자 결합부를 포함하며, 상기 게이트와 상기 드레인 사이의 전위차로 인하여 발생하는 게이트 유기 드레인 누설전류에 기초하여 바이오 분자가 탈착되는지 여부를 검출하며, 상기 채널부와 상기 게이트 사이에 유전체층을 더 포함하며, 상기 바이오 분자 결합부는 상기 유전체층에 포함될 수 있다. In a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention, the biosensor includes a substrate, a source and a drain formed on the substrate, a channel portion formed to connect the source and the drain, A biomolecule coupling part, the gate being spaced apart from the channel part on the substrate, and a biomolecule coupling part including a biomolecule, the biomolecule based on a gate organic drain leakage current generated by a potential difference between the gate and the drain; Detects whether is desorbed, and further comprising a dielectric layer between the channel portion and the gate, wherein the biomolecule coupling portion may be included in the dielectric layer.

본 발명의 실시예에 따른 전계효과의 게이트 유기 드레인 누설을 이용한 바이오센서를 제조하는 방법은, (a) 기판 상에 희생층을 형성하는 단계; (b) 기판과 희생층 상에 게이트층을 형성하는 단계; (c) 희생층을 제거하는 단계; (d) 희생층이 제거된 부분에 바이오 분자를 포함하는 유전체층을 형성하는 단계; 를 포함한다. Method of manufacturing a biosensor using a gate organic drain leakage of the field effect according to an embodiment of the present invention, (a) forming a sacrificial layer on a substrate; (b) forming a gate layer on the substrate and the sacrificial layer; (c) removing the sacrificial layer; (d) forming a dielectric layer comprising biomolecules in the portion where the sacrificial layer is removed; It includes.

본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서에서, 바이오 센서는 기판, 상기 기판상에 이격되어 형성된 소스와 드레인, 상기 소스와 상기 드레인을 연결하도록 형성된 채널부, 상기 기판상에 상기 채널부와 이격되도록 형성된 게이트, 및 바이오 분자를 포함하는 영역인 바이오 분자 결합부를 포함하며, 상기 게이트와 상기 드레인 사이의 전위차로 인하여 발생하는 게이트 유기 드레인 누설전류에 기초하여 바이오 분자가 탈착되는지 여부를 검출하며, 상기 게이트와 상기 소스 사이의 영역과 상기 게이트와 상기 드레인 사이의 영역 상에 형성된 스페이서(spacer)를 더 포함하며, 상기 바이오 분자 결합부는 상기 스페이서 상에 위치할 수 있다. In a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention, the biosensor includes a substrate, a source and a drain formed on the substrate, a channel portion formed to connect the source and the drain, A biomolecule coupling part, the gate being spaced apart from the channel part on the substrate, and a biomolecule coupling part including a biomolecule, the biomolecule based on a gate organic drain leakage current generated by a potential difference between the gate and the drain; Detects whether is attached or detached, and further comprising a spacer formed on the region between the gate and the source and the region between the gate and the drain, wherein the biomolecule coupling portion may be located on the spacer .

본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 제조하는 방법은, (a) 기판 상에 유전체층을 형성하는 단계; (b) 기판과 유전체층 상에 게이트층을 형성하는 단계; (c) 게이트층 측면에 스페이서를 형성하는 단계; (d) 스페이서에 바이오 분자를 결합하여 바이오 분자 결합부를 형성하는 단계; 를 포함한다. A method of manufacturing a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention includes: (a) forming a dielectric layer on a substrate; (b) forming a gate layer on the substrate and the dielectric layer; (c) forming a spacer on the side of the gate layer; (d) binding the biomolecule to the spacer to form a biomolecule bond; It includes.

본 발명에 따른, 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서는 전계효과 트랜지스터의 게이트 전극과 드레인 전극 사이의 전위차로 인해 생기는 누설전류의 변화를 이용한다. The biosensor using the gate organic drain leakage current of the field effect transistor according to the present invention utilizes the change of the leakage current caused by the potential difference between the gate electrode and the drain electrode of the field effect transistor.

종래 기술의 금속산화 전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오센서는 단순하게 문턱전압의 변화로만 바이오 물질을 검출하였으나, 본 발명에서는 게이트 유기 드레인 전류의 변화를 감지하여 바이오 물질을 검출할 수 있다. 따라서 하나의 바이오센서로 두 가지 방법으로 바이오 물질을 상호 보완적으로 검출하므로 센서의 신뢰성과 안정성을 높일 수 있다.The biosensor using the metal oxide field effect transistor of the prior art simply detects the biomaterial by simply changing the threshold voltage, but in the present invention, the biomaterial may be detected by detecting a change in the gate organic drain current. Therefore, one biosensor detects complementary biomaterials in two ways, thus increasing the reliability and stability of the sensor.

따라서 전계효과 트랜지스터의 전기적 특성 중에서 게이트 유기 드레인 누설전류의 변화로 바이오물질을 검출한다. 게이트 유기 드레인 누설전류는 유전율의 증가에 의한 영향과 음의 전하가 추가되는 영향에 의해 모두 증가하는 효과를 보이기 때문에, 바이오 분자를 검출하는 민감도가 증가한다.Therefore, the biomaterial is detected by the change of the gate organic drain leakage current among the electrical characteristics of the field effect transistor. Since the gate organic drain leakage current has an effect of increasing both by an increase in dielectric constant and by the addition of negative charge, the sensitivity of detecting biomolecules increases.

도 1a 는 본 발명의 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서의 드레인 부분을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1b 는 도1a 에서 A-A' 의 절단면을 따르는 밴드 다이어그램(band diagram)이다.
도 2a 는 본 발명의 일실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2b는 도 2a 에서 A-A'를 따른 단면을 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3d 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 제조하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.
도 4a 는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 4b 는 도 4a 에서 A-A'를 따른 단면을 나타내는 도면이다.
도 4c 는 도 4a 에서 B-B'를 따른 단면을 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5e 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 제조하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.
도 6a 는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 개략적으로 나타낸 평면도이고이다.
도 6b 는 도 6a 에서 A-A'를 따른 단면을 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7e 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 제조하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.Figure 1a schematically shows the drain portion of the biosensor using the gate organic drain leakage current of the field effect transistor of the present invention.
FIG. 1B is a band diagram along the cut plane of AA ′ in FIG. 1A.
2A is a plan view schematically illustrating a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 2A.
3A to 3D are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention.
4A is a plan view schematically illustrating a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to another exemplary embodiment of the present invention.
4B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 4A.
4C is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG. 4A.
5A through 5E are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention.
6A is a plan view schematically illustrating a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to another exemplary embodiment of the present invention.
6B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 6A.
7A through 7E are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 인용부호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 인용부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, detailed descriptions of preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that reference numerals and like elements among the drawings are denoted by the same reference numerals as much as possible even though they are shown in different drawings.

본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1a 는 본 발명의 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서의 드레인 부분을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 1b 는 도1a 에서 A-A' 의 절단면을 따르는 밴드 다이어그램(band diagram)이다. Figure 1a schematically shows the drain portion of the biosensor using the gate organic drain leakage current of the field effect transistor of the present invention. FIG. 1B is a band diagram along the cut plane of AA ′ in FIG. 1A.

도 1a 에 도시된 바와 같이, 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서는 게이트(110), 유전체층(120), 드레인(130), 바이오 분자를 고정시키기 위한 링커(140), 바이오 분자(150)을 포함한다. As shown in FIG. 1A, a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor includes a gate 110, a dielectric layer 120, a drain 130, a linker 140 for fixing a biomolecule, and a biomolecule. And 150.

점선은 게이트를 접지상태에 놓고, 드레인에 큰 전압이 걸렸을 경우 나타나는 공핍층의 경계를 그린 것이다. 게이트에 비해 드레인에 높게 걸린 전압으로 인해 게이트 하부와 드레인이 겹치는 영역에서 공핍층이 형성된다. 이 공핍층에서 발생하는 터널링으로 인해 게이트 유기 드레인 누설 전류가 나타나게 된다.The dotted line shows the boundary of the depletion layer that appears when the gate is grounded and a large voltage is applied to the drain. Due to the voltage applied to the drain higher than the gate, a depletion layer is formed in the region where the gate and the drain overlap each other. Tunneling in this depletion layer results in gate organic drain leakage current.

도 1b 는 도 1a 에서 A-A'를 따른 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다. 접지상태의 게이트에 큰 드레인 전압을 걸어주게 되면, 드레인 쪽의 전위가 낮아지면서 밴드가 휘게 된다. 이때 큰 드레인 전압으로 인해 휘어짐의 정도가 커지고, 밸런스 밴드(valence band)의 전하들이 터널링(tunneling)을 통해 컨덕션 밴드(conduction band)로 넘어가게 된다. 이 터널링 효과로 인해 접지 상태의 게이트 임에도 드레인 쪽으로 전류가 흐르는 현상이 발생하게 되는데, 이를 게이트 유기 드레인 누설이라 한다. FIG. 1B shows a band diagram along AA ′ in FIG. 1A. When a large drain voltage is applied to the gate in the ground state, the potential of the drain is lowered and the band is bent. At this time, the degree of warpage increases due to the large drain voltage, and charges in the balance band are transferred to the conduction band through tunneling. This tunneling effect causes a current to flow toward the drain even when the gate is in a ground state, which is called a gate organic drain leakage.

이 때, 바이오 분자가 결합하게 되면, 바이오 분자에 의해 발생하는 두 가지 영향을 생각할 수 있다. 바이오 분자가 결합함으로써 유전율의 증가를 보인다. 이 유전율의 증가로 인해 유전체층에 걸리는 전기장이 증가하게 된다. 또 다른 영향으로 바이오 분자가 결함함으로써 바이오 분자가 갖는 전하의 극성, 그 중에서도 음의 전하로 인해 유전체층에 걸리는 전기장의 세기를 증가시킨다. 전기장의 세기가 증가함으로 인해 기판 쪽의 밴드가 더 휘어지게 되고, 이는 터널링 효과를 더 증가시킨다. At this time, when the biomolecules bind, two effects generated by the biomolecules can be considered. The binding of biomolecules shows an increase in permittivity. This increase in dielectric constant results in an increase in the electric field across the dielectric layer. Another effect is that the biomolecules are defective, increasing the polarity of the charges of the biomolecules, especially the negative electric charges, which increases the strength of the electric field across the dielectric layer. As the intensity of the electric field increases, the band on the substrate side becomes more curved, which further increases the tunneling effect.

즉, 바이오 분자가 결합함으로써 게이트 유기 드레인 누설 전류는 증가하게 된다. 본 발명에서는 바이오 분자에 의한 게이트 유기 드레인 누설 전류의 변화를 통해 바이오 분자를 검출하는 바이오 센서를 제안한다.In other words, as the biomolecules bind, the gate organic drain leakage current increases. The present invention proposes a biosensor for detecting biomolecules through a change in gate organic drain leakage current by the biomolecules.

이하, 본 발명에 따른 전계효과 트랜지스터의 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서 및 그 제조 방법을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor of the field effect transistor according to the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a 는 본 발명의 일실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 2b는 도 2a 에서 A-A'를 따른 단면을 나타내는 도면이다.2A is a plan view schematically illustrating a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 2A.

도 2a 에 도시된 바와 같이, 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서는 기판(210), 게이트(220), 소스(230) 및 드레인(240)을 포함한다. 기판(210)은 실리콘 기판일 수도 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 소스(230) 및 드레인(240)은 기판(210)에 n-형 또는 p-형 불순물을 도핑하여 형성된다. As shown in FIG. 2A, the biosensor using the gate organic drain leakage current of the field effect transistor includes a substrate 210, a gate 220, a source 230, and a drain 240. The substrate 210 may be a silicon substrate, but is not limited thereto. The source 230 and the drain 240 are formed by doping the substrate 210 with n-type or p-type impurities.

도 2b 에 도시된 바와 같이, 기판(210) 상에 활성 영역(250)이 정의되어 있으며 활성 영역(250)에 소스(230)와 드레인(240)이 형성되어 있다. 활성 영역(250)의 소스(230)와 드레인(240) 사이의 영역 상에 유전체층(260)이 형성되고, 유전체층(260) 상에 게이트층(220)이 형성된다. 드레인(240) 상에 바이오 분자가 결합하여 바이오 분자 결합부(270, 280)를 형성하는데, 이는 바이오 분자를 드레인(240) 상에 고정시키기 위한 링커(270) 등을 포함하는 영역을 의미한다. 이하, 바이오 분자 결합부(270, 280)을 이루는 바이오 분자(280)를 수용체(receptor) 바이오 분자라고 하고, 수용체 바이오 분자와 결합하는 외부 물질을 검출 대상 물질이라고 지칭한다. As shown in FIG. 2B, an active region 250 is defined on the substrate 210, and a source 230 and a drain 240 are formed in the active region 250. The dielectric layer 260 is formed on the region between the source 230 and the drain 240 of the active region 250, and the gate layer 220 is formed on the dielectric layer 260. The biomolecules are combined on the drain 240 to form the biomolecule coupling parts 270 and 280, which means a region including a linker 270 for fixing the biomolecules on the drain 240. Hereinafter, the biomolecule 280 constituting the biomolecule binding units 270 and 280 is called a receptor biomolecule, and an external substance that binds to the receptor biomolecule is called a detection target substance.

수용체 바이오 분자는 DNA, RNA, 핵산 유사체, 단백질, 펩티드, 아미노산, 리간드, 항체-항원물질, 당구조물, 유/무기화학물, 비타민, 드러그(durg) 및 효소 등의 형태로 이루어 질 수 있으며 이것은 검출하고자 하는 타겟 물질에 따라 적절히 선택할 수 있다. 수용체 바이오 분자를 링커를 이용하여 게이트(220) 또는 기판(210)에 고정할 수 있으며, Receptor biomolecules can be in the form of DNA, RNA, nucleic acid analogs, proteins, peptides, amino acids, ligands, antibody-antigens, glycostructures, organic / inorganic chemicals, vitamins, drags, and enzymes. It may be appropriately selected depending on the target substance to be detected. Receptor biomolecules can be fixed to the gate 220 or the substrate 210 using a linker,

여기서, 링커의 일예로서 SAM(Self Assembly Monolayer)을 들 수 있다. 게이트(220)를 금(Au)로 형성하는 경우 사이올(thiol) SAM을 이용하여 링커를 형성할 수 있으며, 게이트(220)를 실리콘으로 형성하는 경우 실란(silane) SAM을 이용하여 링커를 형성할 수 있다. 또한, 수용체 바이오 분자 자체가 게이트에 용이하게 고정될 수 있는 물질인 경우에는 링커를 포함하지 않아도 무방하다. 또는, 이 경우는 바이오 분자 자체에 링커가 포함된 것으로 볼 수도 있다. Here, an example of a linker may be a SAM (Self Assembly Monolayer). When the gate 220 is formed of gold (Au), a linker may be formed using a thiol SAM, and when the gate 220 is formed of silicon, a linker is formed using a silane SAM. can do. In addition, when the receptor biomolecule itself is a material that can be easily fixed to the gate, it is not necessary to include a linker. Alternatively, in this case, the biomolecule itself may be considered to contain a linker.

도 3a 내지 도 3d 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 제조하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.3A to 3D are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention.

먼저, 기판 상에 LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 또는 다른 형태의 소자 분리막 형성 공정을 통해 소스 및 드레인이 형성될 활성 영역을 형성한다. 또는 SOI 기판을 사용하여 활성 영역을 형성한다. (미도시) First, an active region on which a source and a drain are to be formed is formed on a substrate through a local oxide of silicon (LOCOS) or shallow trench isolation (STI) or other device isolation layer formation process. Or an active region is formed using an SOI substrate. (Not shown)

다음으로, 도 3a를 참조하면, 기판(310) 상에 활성 영역(350)을 형성하고, 활성 영역(350) 상에 유전체층(360)을 형성한다. 상기 유전체층(360)은 실리콘 옥사이드, Al2O3및 HfO2와 같은 메탈 옥사이드, 또는 통상의 MOSFET에서 유전체층을 형성한는데 이용될 수 있는 임의의 물질일 수도 있다. 상기 유전체층(360) 상에 게이트층(320)을 형성한다. Next, referring to FIG. 3A, the active region 350 is formed on the substrate 310, and the dielectric layer 360 is formed on the active region 350. The dielectric layer 360 may be silicon oxide, metal oxides such as Al 2 O 3 and HfO 2 , or any material that can be used to form the dielectric layer in conventional MOSFETs. The gate layer 320 is formed on the dielectric layer 360.

바람직하게는, 게이트층(320)은 금(Au)와 같은 금속 또는 폴리실리콘으로 형성된다. 또는, 게이트층(320)은 통상의 MOSFET에서 게이트를 형성하는데 이용될 수 있는 임의의 물질일 수도 있다. Preferably, the gate layer 320 is formed of a metal such as gold (Au) or polysilicon. Alternatively, gate layer 320 may be any material that can be used to form a gate in a conventional MOSFET.

다음으로, 도 3b 및 3c를 참조하면, 게이트층(320) 및 유전체층(360)을 패터닝한다. 게이트 영역을 정의하는 하드마스크(390)를 게이트층(320) 상에 적층하고, 하드마스크 패턴을 마스크로 하여 게이트층(320)과 유전체층(360)을 부분 식각한 후, 하드마스크 패턴을 제거한다. 하드마스크 제거 후 소스(330) 및 드레인(340)을 형성한다. 여기서, 처음 활성 영역(350)을 형성한 후에 소스(330) 및 드레인(340)을 형성하고 그 후 유전체층(360)을 형성하는 과정을 거쳐도 된다.Next, referring to FIGS. 3B and 3C, the gate layer 320 and the dielectric layer 360 are patterned. A hard mask 390 defining a gate region is stacked on the gate layer 320, the gate layer 320 and the dielectric layer 360 are partially etched using the hard mask pattern as a mask, and then the hard mask pattern is removed. . After removing the hard mask, the source 330 and the drain 340 are formed. Here, the source 330 and the drain 340 may be formed after the first active region 350 is formed, and then the dielectric layer 360 may be formed.

다음으로, 도 3d를 참조하면, 상기 드레인(340) 상에 바이오 분자(380)를 포함하는 바이오 분자 결합부(370, 380)를 형성한다. 즉, 수용체 바이오 분자(380)를 링커(370)를 이용하여 드레인(340)에 고정한다. 링커(370)로는 SAM을 이용할 수 있다. Next, referring to FIG. 3D, the biomolecule coupling units 370 and 380 including the biomolecule 380 are formed on the drain 340. That is, the receptor biomolecule 380 is fixed to the drain 340 using the linker 370. The linker 370 may use a SAM.

수용체 바이오 분자(380)는 검출 대상 물질의 종류에 따라 적절히 선택가능하며, 예를 들어 DNA, RNA, 핵산 유사체, 단백질, 펩티드, 아미노산, 리간드, 항체-항원물질, 당구조물, 유/무기화학물, 비타민, 드러그(drug) 및 효소 중 하나일 수 있다. 여기서 결합되는 영역은 드레인(340)에만 국한되지 않으며 다른 영역 상에 결합될 수도 있다.The receptor biomolecule 380 may be appropriately selected depending on the kind of the substance to be detected, for example, DNA, RNA, nucleic acid analogs, proteins, peptides, amino acids, ligands, antibody-antigens, glycostructures, organic / inorganic chemicals. , Vitamins, drugs, and enzymes. The region to be coupled here is not limited to the drain 340 and may be coupled to another region.

도 4a 는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 개략적으로 나타낸 평면도이다. 도 4b 는 도 4a 에서 A-A'를 따른 단면을 나타내는 도면이다. 도 4c 는 도 4a 에서 B-B'를 따른 단면을 나타내는 도면이다.4A is a plan view schematically illustrating a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to another exemplary embodiment of the present invention. 4B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 4A. 4C is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG. 4A.

도 4a 에 도시된 바와 같이, 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서는 기판(410), 게이트(420), 소스(430) 및 드레인(440)을 포함한다. 기판(410)은 실리콘 기판일 수도 있으나 반도시 이에 제한되는 것은 아니다. 소스(430) 및 드레인(440)은 기판(410)에 n-형 또는 p-형 불순물을 도핑하여 형성된다. As shown in FIG. 4A, the biosensor using the gate organic drain leakage current of the field effect transistor includes a substrate 410, a gate 420, a source 430, and a drain 440. The substrate 410 may be a silicon substrate, but is not limited thereto. The source 430 and the drain 440 are formed by doping n-type or p-type impurities to the substrate 410.

도 4b 에 도시된 바와 같이, 기판(410)에 소스(430)와 드레인(440)이 형성되어 있으며, 기판(410)의 소스(430)와 드레인(440) 사이의 영역 상에 유전체층(460)이 형성되고, 유전체층(460) 상에 게이트층(420)이 형성된다. 유전체층(460)은 게이트(420)와 활성 영역(450) 사이의 에어갭, 바이오 분자, 및 바이오 분자를 활성 영역(450) 또는 게이트(420)에 고정시키기 위한 링커등을 포함하는 영역을 의미한다.As shown in FIG. 4B, a source 430 and a drain 440 are formed on the substrate 410, and the dielectric layer 460 is disposed on an area between the source 430 and the drain 440 of the substrate 410. The gate layer 420 is formed on the dielectric layer 460. The dielectric layer 460 refers to a region including an air gap between the gate 420 and the active region 450, a biomolecule, and a linker for fixing the biomolecule to the active region 450 or the gate 420. .

도 4c 에 도시된 바와 같이, 활성 영역(450)과 게이트층(420) 사이의 유전체층(460)에 수용체 바이오 분자(480)가 고정된다. 이때 유전체층(460)이 형성될 수 있는 나노갭을 형성하기 위하여 게이트층(420)은 유전체층(460)이 형성되는 영역의 양측에서 기판(410)과 접속되는 형태로 형성된다. 이러한 형태의 게이트층(420)으로 인해 생기는 나노갭은, 양측이 개방되어 있으므로 유전체층(460)에 형성될 물질이 용이하게 유입될 수 있다. 게이트층(420)의 일단이 기판(410)과 접속되어 게이트층(420)을 지지할 수 있으면 게이트층(420)의 형태는 제한되지 않는다.As shown in FIG. 4C, the receptor biomolecule 480 is fixed to the dielectric layer 460 between the active region 450 and the gate layer 420. In this case, in order to form a nanogap in which the dielectric layer 460 may be formed, the gate layer 420 is formed to be connected to the substrate 410 at both sides of the region where the dielectric layer 460 is formed. Since the nanogap generated by the gate layer 420 of this type is open at both sides, a material to be formed in the dielectric layer 460 may be easily introduced. The shape of the gate layer 420 is not limited as long as one end of the gate layer 420 is connected to the substrate 410 to support the gate layer 420.

본 발명에서의 바이오 센서는 게이트 유기 드레인 전류의 변화를 감지하여 바이오 물질을 검출할 수 있다. 따라서 하나의 바이오센서로 두 가지 방법으로 바이오 물질을 상호 보완적으로 검출하므로 센서의 신뢰성과 안정성을 높일 수 있다. 따라서 대상 물질을 검출하는데 있어서 발전된 민감도를 보인다.The biosensor in the present invention can detect a biomaterial by sensing a change in the gate organic drain current. Therefore, one biosensor detects complementary biomaterials in two ways, thus increasing the reliability and stability of the sensor. Therefore, it shows the developed sensitivity in detecting the target material.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 제조하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.5 is a cross-sectional view sequentially illustrating a method of manufacturing a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention.

먼저, 기판 상에 LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 또는 다른 형태의 소자분리막 형성 공정에 의해 소스 및 드레인이 형성될 활성 영역을 형성한다. 또는 SOI 기판을 사용하여 활성 영역을 형성한다. (미도시) First, an active region on which a source and a drain are to be formed is formed on a substrate by a local oxide of silicon (LOCOS) or shallow trench isolation (STI) or other device isolation layer formation process. Or an active region is formed using an SOI substrate. (Not shown)

다음으로, 도 5a를 참조하면, 활성 영역(550) 상에 희생층(590)을 형성한다. 상기 희생층(590)은 실리콘 옥사이드, Al2O3및 HfO2와 같은 메탈 옥사이드, SAM과 같은 유기층 중 하나의 물질로 형성될 수 있다. Next, referring to FIG. 5A, a sacrificial layer 590 is formed on the active region 550. The sacrificial layer 590 may be formed of one of silicon oxide, a metal oxide such as Al 2 O 3 , HfO 2 , and an organic layer such as SAM.

또는 통상의 MOSFET에서 유전체층을 형성한는데 이용될 수 있는 임의의 물질일 수도 있다. 상기 희생층(590) 상에 게이트층(520)을 형성한다. 바람직하게는, 게이트층(520)은 금(Au)와 같은 금속 또는 폴리실리콘으로 형성된다. 또는, 게이트층(520)은 통상의 MOSFET에서 게이트를 형성하는데 이용될 수 있는 임의의 물질일 수도 있다. Or any material that can be used to form a dielectric layer in a conventional MOSFET. The gate layer 520 is formed on the sacrificial layer 590. Preferably, the gate layer 520 is formed of a metal such as gold (Au) or polysilicon. Alternatively, gate layer 520 may be any material that can be used to form a gate in a conventional MOSFET.

다음으로, 도 5b 및 도 5c 를 참조하면, 게이트층(520) 및 희생층(590)을 패터닝한다. 게이트 영역을 정의하는 하드마스크(521)를 게이트층(520) 상에 적층하고, 하드마스크 패턴을 마스크로 하여 게이트층(520)과 희생층(590)을 부분 식각한 후, 하드마스크 패턴을 제거한다. 하드마스크(521) 제거 후 소스(530) 및 드레인(540)을 형성한다. 여기서, 처음 활성 영역(550)을 형성한 후에 소스(530) 및 드레인(540)을 형성하고 그 후 희생층(590)을 형성하는 과정을 거쳐도 된다.Next, referring to FIGS. 5B and 5C, the gate layer 520 and the sacrificial layer 590 are patterned. A hard mask 521 defining a gate region is stacked on the gate layer 520, the gate layer 520 and the sacrificial layer 590 are partially etched using the hard mask pattern as a mask, and then the hard mask pattern is removed. do. After removing the hard mask 521, the source 530 and the drain 540 are formed. Here, the source 530 and the drain 540 may be formed after the first active region 550 is formed, and then the sacrificial layer 590 may be formed.

다음으로, 도 5d 를 참조하면, 활성 영역(550) 상에 형성된 희생층(590)을 전부 제거한다. 이때 부분 제거도 가능하다. 희생층(590)이 제거된 게이트(520)와 활성 영역(550) 사이의 영역에는 에어갭(560)이 형성된다.Next, referring to FIG. 5D, all of the sacrificial layer 590 formed on the active region 550 is removed. Partial removal is also possible. An air gap 560 is formed in a region between the gate 520 and the active region 550 from which the sacrificial layer 590 is removed.

다음으로, 도 5e 를 참조하면, 희생층의 제거를 통해 형성된 에어갭에 바이오 분자(570, 580)를 포함하는 유전체층(560)을 형성한다. 즉, 수용체 바이오 분자(580)를 링커(570)를 이용하여 게이트(520) 또는 활성 영역(550)에 고정한다. 링커(570)로는 SAM을 이용할 수 있다. 수용체 바이오 분자(580)는 검출 대상 물질의 종류에 따라 적절히 선택가능하며, 예를 들어 DNA, RNA, 핵산 유사체, 단백질, 펩티드, 아미노산, 리간드, 항체-항원물질, 당구조물, 유/무기화학물, 비타민, 드러그(drug) 및 효소 중 하나일 수 있다. Next, referring to FIG. 5E, the dielectric layer 560 including the biomolecules 570 and 580 is formed in the air gap formed through the removal of the sacrificial layer. That is, the receptor biomolecule 580 is fixed to the gate 520 or the active region 550 using the linker 570. The linker 570 may use a SAM. The receptor biomolecule 580 may be appropriately selected depending on the type of substance to be detected, for example, DNA, RNA, nucleic acid analogs, proteins, peptides, amino acids, ligands, antibody-antigens, glycostructures, organic / inorganic chemicals. , Vitamins, drugs, and enzymes.

도 6a 는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 6b 는 도 6a 에서 A-A'를 따른 단면을 나타내는 도면이다.6A is a plan view schematically illustrating a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to another exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 6A.

도 6a 에 도시된 바와 같이, 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서는 기판(610), 게이트(620), 소스(630), 드레인(640) 및 스페이서(650)를 포함한다. 기판(610)은 실리콘 기판일 수도 있으나 반도시 이에 제한되는 것은 아니다. 소스(630) 및 드레인(640)은 기판(610)에 n-형 또는 p-형 불순물을 도핑하여 형성된다. As shown in FIG. 6A, the biosensor using the gate organic drain leakage current of the field effect transistor includes a substrate 610, a gate 620, a source 630, a drain 640, and a spacer 650. The substrate 610 may be a silicon substrate, but is not limited thereto. The source 630 and the drain 640 are formed by doping n-type or p-type impurities to the substrate 610.

도 6b 에 도시된 바와 같이, 기판(610) 상에 활성 영역(660)이 정의되어 있고, 활성 영역(660) 상에 소스(630)와 드레인(640)이 형성되어 있다. 활성 영역(660)에 이격되어 형성된 소스(630)와 드레인(640) 사이의 영역 상에 유전체층(670)이 형성되고, 유전체층(670) 상에 게이트층(620)이 형성된다. 게이트(620) 측면에는 스페이서(650)가 형성되는데, 이 스페이서(650) 상에 바이오 분자(690)가 결합하여 바이오 분자 결합부를 형성하는데, 이는 바이오 분자(680)를 스페이서(650) 상에 고정시키기 위한 링커(690) 등을 포함하는 영역을 의미한다.As shown in FIG. 6B, an active region 660 is defined on the substrate 610, and a source 630 and a drain 640 are formed on the active region 660. The dielectric layer 670 is formed on the region between the source 630 and the drain 640 spaced apart from the active region 660, and the gate layer 620 is formed on the dielectric layer 670. A spacer 650 is formed on the side of the gate 620, and the biomolecule 690 is bonded to the biomolecule 690 on the spacer 650, which fixes the biomolecule 680 on the spacer 650. Means a region including a linker 690 and the like.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 제조하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.7 is a cross-sectional view sequentially illustrating a method of manufacturing a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention.

먼저, 기판 상에 LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 또는 STI(Shallow Trench Isolation) 다른 형태의 소자분리막 형성 공정에 의해 소스 및 드레인이 형성될 활성 영역을 형성한다. 또는 SOI 기판을 사용하여 활성 영역을 형성한다. (미도시) First, an active region on which a source and a drain are to be formed is formed on a substrate by a local isolation of silicon (LOCOS) or shallow trench isolation (STI) form of a device isolation film. Or an active region is formed using an SOI substrate. (Not shown)

다음으로, 도 7a를 참조하면, 활성 영역(760) 상에 유전체층(770)을 형성한다. 상기 유전체층(770)은 실리콘 옥사이드, Al2O3및 HfO2와 같은 메탈 옥사이드, 또는 통상의 MOSFET에서 유전체층을 형성한는데 이용될 수 있는 임의의 물질일 수도 있다. Next, referring to FIG. 7A, a dielectric layer 770 is formed on the active region 760. The dielectric layer 770 may be silicon oxide, metal oxides such as Al 2 O 3 and HfO 2, or any material that can be used to form the dielectric layer in conventional MOSFETs.

상기 유전체층(770) 상에 게이트층(720)을 형성한다. 바람직하게는, 게이트층(720)은 금(Au)와 같은 금속 또는 폴리실리콘으로 형성된다. 또는, 게이트층(720)은 통상의 MOSFET에서 게이트를 형성하는데 이용될 수 있는 임의의 물질일 수도 있다. The gate layer 720 is formed on the dielectric layer 770. Preferably, the gate layer 720 is formed of a metal such as gold (Au) or polysilicon. Alternatively, gate layer 720 may be any material that can be used to form a gate in a conventional MOSFET.

다음으로, 도 7b 및 7c를 참조하면, 게이트층(720) 및 유전체층(770)을 패터닝한다. 게이트 영역을 정의하는 하드마스크(721)를 게이트층 상에 적층하고, 하드마스크 패턴을 마스크로 하여 게이트층(720)과 유전체층(770)을 부분 식각한 후, 하드마스크 패턴을 제거한다. Next, referring to FIGS. 7B and 7C, the gate layer 720 and the dielectric layer 770 are patterned. A hard mask 721 defining a gate region is stacked on the gate layer, the gate layer 720 and the dielectric layer 770 are partially etched using the hard mask pattern as a mask, and then the hard mask pattern is removed.

다음으로, 도 7d를 참조하면, 형성된 게이트층(720)과 유전체층(770) 측벽에 스페이서(750)를 형성한다. Next, referring to FIG. 7D, spacers 750 are formed on sidewalls of the gate layer 720 and the dielectric layer 770.

다음으로, 도 7e를 참조하면, 상기 스페이서(750) 상에 바이오 분자(780)를 포함하는 바이오 분자 결합부(780, 790)를 형성한다. 즉, 수용체 바이오 분자(780)를 링커(790)를 이용하여 스페이서(750)에 고정한다. 링커(790)로는 SAM을 이용할 수 있다. 수용체 바이오 분자(780)는 검출 대상 물질의 종류에 따라 적절히 선택가능하며, 예를 들어 DNA, RNA, 핵산 유사체, 단백질, 펩티드, 아미노산, 리간드, 항체-항원물질, 당구조물, 유/무기화학물, 비타민, 드러그(drug) 및 효소 중 하나일 수 있다.
Next, referring to FIG. 7E, biomolecule coupling units 780 and 790 including biomolecules 780 are formed on the spacer 750. That is, the receptor biomolecule 780 is fixed to the spacer 750 using the linker 790. The linker 790 may use a SAM. The receptor biomolecule 780 may be appropriately selected depending on the type of substance to be detected, for example, DNA, RNA, nucleic acid analogs, proteins, peptides, amino acids, ligands, antibody-antigens, glycostructures, organic / inorganic chemicals. , Vitamins, drugs, and enzymes.

이상에서 보는 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. As described above, those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the embodiments described above are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above description, and the meaning and scope of the claims and All changes or modifications derived from the equivalent concept should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

110 : 게이트 120 : 유전체층
130 : 드레인 140 : 링커
150 : 바이오 분자110: gate 120: dielectric layer
130: drain 140: linker
150: Biomolecule

Claims (7)

삭제delete 기판;
상기 기판상에 이격되어 형성된 소스와 드레인;
상기 소스와 상기 드레인을 연결하도록 형성된 채널부;
상기 기판상에 상기 채널부와 이격되도록 형성된 게이트; 및
바이오 분자를 포함하는 영역인 바이오 분자 결합부를 포함하며,
상기 게이트와 상기 드레인 사이의 전위차로 인하여 발생하는 게이트 유기 드레인 누설전류에 기초하여 바이오 분자가 탈착되는지 여부를 검출하며,
상기 바이오 분자 결합부는 상기 소스와 상기 드레인 상에 형성된 것을 특징으로 하는, 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오 센서.Board;
Source and drain formed spaced apart on the substrate;
A channel portion formed to connect the source and the drain;
A gate formed to be spaced apart from the channel portion on the substrate; And
Comprising a biomolecule binding unit which is a region containing a biomolecule,
Detecting whether the biomolecule is desorbed based on a gate organic drain leakage current generated due to a potential difference between the gate and the drain,
The biomolecule coupling unit is formed on the source and the drain, the biosensor using the gate organic drain leakage current of the field effect transistor. 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 제조하는 방법으로서,
(a) 기판 상에 유전체층을 형성하는 단계;
(b) 상기 기판과 상기 유전체층 상에 게이트층 및 드레인층을 형성하는 단계;
(c) 상기 드레인층 상에 바이오 분자를 결합하여 바이오 분자 결합부를 형성하는 단계; 를 포함하는 바이오센서 제조 방법.A method of manufacturing a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor,
(a) forming a dielectric layer on the substrate;
(b) forming a gate layer and a drain layer on the substrate and the dielectric layer;
(c) forming a biomolecule binding unit by combining the biomolecules on the drain layer; Biosensor manufacturing method comprising a. 기판;
상기 기판상에 이격되어 형성된 소스와 드레인;
상기 소스와 상기 드레인을 연결하도록 형성된 채널부;
상기 기판상에 상기 채널부와 이격되도록 형성된 게이트; 및
바이오 분자를 포함하는 영역인 바이오 분자 결합부를 포함하며,
상기 게이트와 상기 드레인 사이의 전위차로 인하여 발생하는 게이트 유기 드레인 누설전류에 기초하여 바이오 분자가 탈착되는지 여부를 검출하며,
상기 채널부와 상기 게이트 사이에 유전체층을 더 포함하며,
상기 바이오 분자 결합부는 상기 유전체층에 포함되는 것을 특징으로 하는, 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서.Board;
Source and drain formed spaced apart on the substrate;
A channel portion formed to connect the source and the drain;
A gate formed to be spaced apart from the channel portion on the substrate; And
Comprising a biomolecule binding unit which is a region containing a biomolecule,
Detecting whether the biomolecule is desorbed based on a gate organic drain leakage current generated due to a potential difference between the gate and the drain,
Further comprising a dielectric layer between the channel portion and the gate,
The biomolecule coupling unit is included in the dielectric layer, the biosensor using the gate organic drain leakage current of the field effect transistor. 삭제delete 기판;
상기 기판상에 이격되어 형성된 소스와 드레인;
상기 소스와 상기 드레인을 연결하도록 형성된 채널부;
상기 기판상에 상기 채널부와 이격되도록 형성된 게이트; 및
바이오 분자를 포함하는 영역인 바이오 분자 결합부를 포함하며,
상기 게이트와 상기 드레인 사이의 전위차로 인하여 발생하는 게이트 유기 드레인 누설전류에 기초하여 바이오 분자가 탈착되는지 여부를 검출하며,
상기 게이트와 상기 소스 사이의 영역과 상기 게이트와 상기 드레인 사이의 영역 상에 형성된 스페이서(spacer)를 더 포함하며,
상기 바이오 분자 결합부는 상기 스페이서 상에 위치하는 것을 특징으로 하는, 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서.Board;
Source and drain formed spaced apart on the substrate;
A channel portion formed to connect the source and the drain;
A gate formed to be spaced apart from the channel portion on the substrate; And
Comprising a biomolecule binding unit which is a region containing a biomolecule,
Detecting whether the biomolecule is desorbed based on a gate organic drain leakage current generated due to a potential difference between the gate and the drain,
A spacer formed on a region between the gate and the source and a region between the gate and the drain,
The biomolecule coupling unit is located on the spacer, the biosensor using the gate organic drain leakage current of the field effect transistor. 전계효과 트랜지스터의 게이트 유기 드레인 누설전류를 이용한 바이오센서를 제조하는 방법으로서,
(a) 기판 상에 유전체층을 형성하는 단계;
(b) 상기 기판과 유전체층 상에 게이트층을 형성하는 단계;
(c) 상기 게이트층 측면에 스페이서를 형성하는 단계;
(d) 상기 스페이서에 바이오 분자를 결합하여 바이오 분자 결합부를 형성하는 단계; 를 포함하는 바이오센서 제조 방법.A method of manufacturing a biosensor using a gate organic drain leakage current of a field effect transistor,
(a) forming a dielectric layer on the substrate;
(b) forming a gate layer on the substrate and the dielectric layer;
(c) forming a spacer on the side of the gate layer;
(d) binding a biomolecule to the spacer to form a biomolecule binding portion; Biosensor manufacturing method comprising a.
KR20100036741A 2010-04-21 2010-04-21 The biosensor using gate induced drain leakage of field effect transistor and its manufacturing method KR101247112B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20100036741A KR101247112B1 (en) 2010-04-21 2010-04-21 The biosensor using gate induced drain leakage of field effect transistor and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20100036741A KR101247112B1 (en) 2010-04-21 2010-04-21 The biosensor using gate induced drain leakage of field effect transistor and its manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110117345A KR20110117345A (en) 2011-10-27
KR101247112B1 true KR101247112B1 (en) 2013-03-29

Family

ID=45031279

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20100036741A KR101247112B1 (en) 2010-04-21 2010-04-21 The biosensor using gate induced drain leakage of field effect transistor and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101247112B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101927415B1 (en) * 2012-11-05 2019-03-07 삼성전자주식회사 Nanogap device and signal processing method from the same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
임형순, 황씽주, 구본상, 최양규. A dielectric-modulated field-effect transistor for biosensing. Nature. UK: Nature Publishing Group. 2007.06.24, 2, p.430-434. *
임형순, 황씽주, 구본상, 최양규. A dielectric-modulated field-effect transistor for biosensing. Nature. UK: Nature Publishing Group. 2007.06.24, 2, p.430-434.*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110117345A (en) 2011-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Choi et al. Integration of field effect transistor-based biosensors with a digital microfluidic device for a lab-on-a-chip application
KR100455283B1 (en) Molecular detection chip including MOSFET fabricated in the sidewall of molecular flux channel, molecular detection apparatus having the same, fabrication method for the same, and method for molecular detection using the molecular detection apparatus
US9921216B2 (en) Nanoelectronic-enzyme linked immunosorbent assay system and method
US20230375500A1 (en) Bio-Field Effect Transistor Device
KR101287445B1 (en) The Bio-sensor Array Device and Fabricating Method thereof, and Bio-sensor Chip and Fabricating Method thereof
KR101056385B1 (en) Detection element
US10545142B2 (en) Calibration of nanostructure sensors
KR101616560B1 (en) Nanoprobe-fused ion-sensitive field effect transistor biosensor
KR101195612B1 (en) A field effect transistor comprising a gold layer, a microfluidic device comprising the field effect transistor and a method of detecting an analyte having a thiol group using the field effect transistor and microfluidic device
JP4768226B2 (en) FET sensor with gate electrode specially configured for sensitive detection of analyte
US20130291627A1 (en) Fin-fet sensor with improved sensitivity and specificity
US9110014B2 (en) Field effect transistor-based bio-sensor
US9316612B2 (en) Regenerative nanosensor devices
KR20160087709A (en) Multiplexing detection system of dual gate ion-sensitive field-effect transistor sensor
KR101059562B1 (en) Sensitivity Bio FET
JP2006258661A (en) Organic transistor type biosensor, and biosensor measuring method
Dorvel et al. Effect of biointerfacing linker chemistries on the sensitivity of silicon nanowires for protein detection
KR20130036484A (en) Biosensor using field effect transistor
Manga et al. Ultra-fast and sensitive silicon nanobelt field-effect transistor for high-throughput screening of alpha-fetoprotein
KR101247112B1 (en) The biosensor using gate induced drain leakage of field effect transistor and its manufacturing method
KR100758822B1 (en) Highly sensitive field effect transistor type bio sensor and method of manufacturing the same
KR101583470B1 (en) A cantilever sensor with slit and biosensor having the same
KR20110117280A (en) Flexible biosensor using gold binding material and manufacturing method for the same
US20230408443A1 (en) Semiconductor structure having biosensor and manufacturing method thereof
US20220280935A1 (en) System and method for detecting biomolecules

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160225

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170224

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180226

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200302

Year of fee payment: 8