KR20140044538A - 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서, 그 바이오센서의 제조방법, 그 바이오센서를 갖는 분석시스템 및 분석방법 - Google Patents

상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서, 그 바이오센서의 제조방법, 그 바이오센서를 갖는 분석시스템 및 분석방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서, 그 바이오센서의 제조방법, 그 바이오센서를 갖는 분석시스템 및 분석방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 바이오센서에 있어서, 기판상에 구비되는 소스와 드레인, 소스와 드레인 사이에 구비되는 양자점 쿨롱채널 및 상기 양자점 쿨롱채널의 상부 측에 구비되는 게이트를 갖는 단전자 트랜지스터; 게이트의 상부 측에 구비되어, 표적분자와 화학적 결합이 가능한 금속산화물 검지층; 및 내부에 표적분자를 갖는 이온수용액이 저장되고, 상기 이온수용액이 상기 금속산화물 검지층과 접촉되도록 상기 금속산화물 검지층의 상부측에 구비되는 이온수용액 용기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서에 관한 것이다.

Description

상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서, 그 바이오센서의 제조방법, 그 바이오센서를 갖는 분석시스템 및 분석방법{Method and analysis system for biosensor with room­temperature operating single­electron transistor}
본 발명은 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서, 그 바이오센서의 제조방법, 그 바이오센서를 갖는 분석시스템 및 분석방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 상온동작 단전자 트랜지스터의 소스와 드레인 사이의 양자점 쿨롱채널 위에 T-형 게이트(T-shaped gate)를 형성시켜 부유화 (floating)시키고, 게이트 상부에 금속산화물 검지층(metal-oxide sensing layer)을 형성시키고 그 표면을 이온 수용액과 접촉시키는 구조를 포함하여, 이온수용액 내에서 검지하고자 하는 표적분자(target molecule)의 화학적 결합 반응에 의해 생성될 수 있는 수소이온 (H+)등을 비롯한 기타 전하량들이 검지층 표면에 흡착되면서 T형 부유게이트를 통해 양자점 쿨롱채널의 정전 포텐셜의 변화를 유도하여, 소스-드레인 간의 전류의 변화를 일으키게 되며, 이러한 전류변화를 감지함으로써 이온수용액 내의 표적분자의 정체를 분석할 수 있는 바이오 센서 및 그 분석방법에 관한 것이다.
DNA, 단백질 및 바이러스 등, 생체 고분자의 검지 및 정량적 분석은 헬스 케어 및 생명공학 연구분야의 중요한 영역이다. 본 발명에 적용되는 양자점 단전자 트랜지스터(SET) 소자기술은 생체분자-분자 간의 화학결합 반응에 의해 생성되는 미세 전하량의 분포 변화를 10E-4e/√Hz (전자 한 개의 만분의 1 전하량) 수준의 초고감도 센싱이 가능하여 새롭게 기존의 FET 방식 바이오센서를 대치할 수 있다.
특히 기존의 방법으로 수용액 내의 극소량의 표적분자를 검지하는 경우, 발생하는 전기적 노이즈는 심각한 수준에 이르러 기존의 FET 방법에는 많은 문제점이 존재하였다.
본 발명이 대체할 수 있는 종래의 바이오 센싱 방법으로서는, 일반적인 FET 방식의 바이오센서에서와 마찬가지로 FET의 게이트에 인식물질을 고정화하여 인식물질과 타겟분자가 결합하였을 때 발생하는 전기적인 신호의 변화를 측정하는 형태로 되어 있다. 일예로는 게이트에 효소를 고정화한 enzyme FET, 항원-항체반응을 이용한 Immuno FET 및 실제 pH센서로 활용되고 있는 IS FET(ion-sensitive FET) 등을 비롯하여 이와 유사한 나노와이어 FET 방식 모두에 적용, 대치가 가능하다.
대한민국 등록특허 제1017814호 대한민국 등록특허 제0966009호 대한민국 공개특허 제2010-0090878호
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상온동작 단전자 트랜지스터 기술이 가진 10E-4e/√Hz (전자 한 개의 만분의 1 전하량) 수준의 미세 전하량의 분포 변화 관련 초고감도 센싱 특성을 이용하여 표적분자의 정체를 검지 및 분석하기 위한 것으로 검사 수용액 내의 극소량의 표적분자를 검지하는 경우 발생하는 심각한 수준의 노이즈 문제를 극복하여 기존의 나노와이어를 포함한 FET 방식의 어려움을 해결할 수 있는 바이오센서 및 분석방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 제1목적은, 바이오센서에 있어서, 기판상에 구비되는 소스와 드레인, 소스와 드레인 사이에 구비되는 양자점 쿨롱채널 및 양자점 쿨롱채널의 상부 측에 구비되는 게이트를 갖는 단전자 트랜지스터; 게이트의 상부 측에 구비되어, 표적분자와 화학적 결합이 가능한 금속산화물 검지층; 및 내부에 표적분자를 갖는 이온수용액이 저장되고, 이온수용액이 금속산화물 검지층과 접촉되도록 금속산화물 검지층의 상부측에 구비되는 이온수용액 용기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제2목적은 바이오센서에 있어서, 기판상에 구비되는 복수의 소스, 각각이 소스와 대향된 위치에 특정간격 이격되어 기판상에 구비되는 복수의 드레인, 소스와 소스와 대향된 위치에 구비된 드레인 사이 각각에 구비되는 복수의 양자점 쿨롱채널 및 복수의 양자점 쿨롱채널을 공유하여 상부 측에 구비되는 게이트; 게이트의 상부 측에 구비되어, 표적분자와 화학적 결합이 가능한 금속산화물 검지층; 및 내부에 표적분자를 갖는 이온수용액이 저장되고, 이온수용액이 금속산화물 검지층과 접촉되도록 금속산화물 검지층의 상부측에 구비되는 이온수용액 용기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서로서 달성될 수 있다.
소스와 양자점 쿨롱채널 및 드레인은 서로 연결되어 지고, 기판과 소스 및 드레인 사이에 구비되는 매몰산화막층; 및 소스와 양자점 쿨롱채널 및 드레인의 상부측으로 적층되며 트랜치가 형성된 제1유전층; 및 제1유전층과 양자점 쿨롱채널 상부에 증착되는 제2유전층;을 더 포함하고, 게이트는 T자형 부유게이트로 제2유전층이 증착된 트랜치에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
소스와 양자점 쿨롱채널 및 드레인은 서로 연결되어 복수의 나노선구조물을 형성하고, 기판과 복수의 소스 및 복수의 드레인 사이에 구비되는 매몰산화막층; 및 복수의 나노선구조물의 상부측으로 적층되며 트랜치가 형성된 제1유전층; 및 제1유전층과 복수의 양자점 쿨롱채널 상부에 증착되는 제2유전층;을 더 포함하고, 게이트는 T자형 부유게이트로 제2유전층이 증착된 트랜치에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
금속산화물 검지층은, 탄탈륨 산화막, 알루미늄 산화막, 실리콘 산화막 또는 질화규소막으로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
표적분자가 특정항원인 경우, 금속산화물 검지층의 상부표면은 특정항원과 반응하는 특정항체를 고정화시키기 위한 화학처리 표면층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은 적어도 하나의 매몰 산화막층 및 상부 실리콘층이 각각 적층된 기판을 갖는 상온동작 단전자 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 상부실리콘층을 식각하여 나노선구조물을 형성하는 제1단계; 기판과 나노선 구조물의 상부로 제1유전층을 형성하는 제2단계; 제1유전층을 식각하여 트랜치와 양자점 쿨롱채널을 형성하는 제3단계; 상부로 제2유전층을 형성하는 제4단계; 트랜치에 게이트를 형성하는 제5단계; 게이트의 상부로 표적분자와 화학적 결합이 가능한 금속산화물 검지층을 증착하는 제6단계; 및 내부에 표적분자를 갖는 이온수용액이 저장되고, 이온수용액이 금속산화물 검지층과 접촉되도록 금속산화물 검지층의 상부측으로 이온수용액용기를 형성하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 제조방법으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제4목적은 적어도 하나의 매몰 산화막층 및 상부 실리콘층이 각각 적층된 기판을 갖는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 제조방법에 있어서, 상부실리콘층을 식각하여 복수의 나노선구조물을 형성하는 제1단계; 기판과 복수의 나노선 구조물의 상부로 제1유전층을 형성하는 제2단계; 제1유전층을 식각하여 트랜치와 복수의 양자점 쿨롱채널을 형성하는 제3단계; 상부로 제2유전층을 형성하는 제4단계; 트랜치에 게이트를 형성하는 제5단계; 게이트의 상부로 표적분자와 화학적 결합이 가능한 금속산화물 검지층을 증착하는 제6단계; 및 내부에 표적분자를 갖는 이온수용액이 저장되고, 이온수용액이 금속산화물 검지층과 접촉되도록 금속산화물 검지층의 상부측으로 이온수용액용기를 형성하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 제조방법으로서 달성될 수 있다.
제6단계에서, 표적분자가 특정항원인 경우, 금속산화물 검지층의 상부표면을 특정항원과 반응하는 특정항체를 고정화시키기 위한 화학처리 표면층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제4단계와 제5단계 사이에는 증착공정으로 형성된 제2유전층의 일부를 식각하여 측벽스페이서를 형성하는 단계; 및 제1유전층 일부와 제2유전층 일부를 식각하여 게이트를 마스크로 불순물을 도핑하여 소스 및 드레인을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제7단계는, 금속산화물 검지층의 상부로 절연막층(Dielectric Layer)을 증착시키는 단계; 절연막층을 금속산화물 검지층의 상부면이 노출될 때까지 용기형상으로 식각하는 단계; 및 내부에 표적분자를 포함하는 이온수용액을 투입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제1유전층은 증착공정을 통하여 10nm~1000nm 두께로 형성하고, 제2유전층은 열산화 공정 또는 열산화 공정 후 증착공정으로 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제1단계에서 상부실리콘층을 식각하여 형성되는 나노선구조물의 폭은 1~50nm로, 길이는 0.1~10㎛로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
제3단계는 식각에 의해 트랜치를 폭이 1~100nm로 형성하며, 상부실리콘층의 두께 일부를 식각하여 양자점의 두께는 1~50nm로 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제5목적은 바이오센서를 갖는 표적분자 분석시스템에 있어서, 앞서 언급한 제1목적에 따른 바이오센서; 바이오센서의 이온수용액 용기 내부에 저장된 이온수용액에 특정전압을 인가시켜 게이트전압 역할을 하는 기준전극(reference electrode)을 갖는 전압인가부; 바이오센서의 소스와 드레인 사이에 흐르는 전류를 측정하기 위한 측정수단; 및 측정수단에서 측정된 데이터를 기반으로, 이온수용액에 포함된 표적분자와 바이오센서의 금속산화물 검지층 사이의 화학적 결합에 의한 전류변화를 측정하여 표적분자를 분석하는 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서를 갖는 표적분자 분석시스템으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제6목적은 바이오센서를 갖는 표적분자 분석시스템에 있어서, 앞서 언급한 제2목적에 따른 바이오센서; 바이오센서의 이온수용액 용기 내부에 저장된 이온수용액에 특정전압을 인가시켜 게이트전압 역할을 하는 기준전극(reference electrode)을 갖는 전압인가부; 바이오센서에 구비된 복수의 소스와 소스에 대향된 위치에 구비된 복수의 드레인 사이에 흐르는 전류 각각을 측정하기 위한 측정수단; 및 측정수단에서 측정된 데이터를 기반으로, 이온수용액에 포함된 표적분자와 바이오센서의 금속산화물 검지층 사이의 화학적 결합에 의한 전류변화를 측정하여 표적분자를 분석하는 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서를 갖는 표적분자 분석시스템으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제7목적은 앞서 언급한 제5목적 또는 제6목적에 따른 분석시스템을 이용한 표적분자 분석방법에 있어서, 전압인가부에 의해 이온수용액으로 전압을 인가하는 단계; 이온수용액 내에 포함된 표적분자의 화학적 결합이 발생되는 단계; 화학적 결합에 의해 발생된 전하량들이 금속산화물 검지층 표면에 흡착되는 단계; 금속산화물 검지층 표면에 흡착된 전하량에 의해 바이오센서의 게이트의 정전표텐셜이 변화하는 단계; 바이오센서의 양자점 쿨롱채널의 정전포텐셜의 변화를 유도하여 소스와 드레인 간의 전류변화가 발생되는 단계; 및 분석수단이 측정수단에 의해 측정된 소스와 드레인 간의 전류값을 기반으로 전류변화를 감지하여 표적분자를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적분자 분석방법으로서 달성될 수 있다.
표적분자는 특정항원이며, 금속산화물 검지층의 상부표면은 특정항원과 반응하는 특정항체를 고정화시키기 위한 화학처리 표면층을 포함하며, 검지층 표면에 흡착되는 단계는, 특정항원이 화학처리표면층과 항원-항체 반응하는 단계인 것을 특징으로 할 수 있다.
전하량은 H+를 포함하는 특정 양의 양전하 또는 음전하인 것을 특징으로 할 수 있다.
따라서, 상기 설명한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따르면, 상온동작 SET 기술이 가진 10E-4e/√Hz (전자 한 개의 만분의 1 전하량) 수준의 미세 전하량의 분포 변화 관련 초고감도 센싱 특성을 이용하여 표적분자의 정체를 검지 및 분석하기 위한 것으로 검사 수용액 내의 극소량의 표적분자를 검지하는 경우 발생하는 심각한 수준의 노이즈 문제를 극복하여 기존의 나노와이어를 포함한 FET 방식의 어려움을 해결할 수 있는 효과를 갖는다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 사시도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서 제조방법의 흐름도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 기판의 일예를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 나노선구조물이 형성된 상태를 도시한 사시도,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 제1유전층이 형성된 상태를 도시한 사시도,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 제1유전층에 트랜치가 형성된 상태를 도시한 사시도,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 양자점이 형성된 상태를 도시한 사시도,
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 제2유전층이 형성된 상태를 도시한 사시도,
도 9는 도 8의 A-A 단면도,
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 게이트가 형성된 일예를 도시한 사시도,
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 증착공정으로 형성된 제2유전층의 평면층을 식각하여 측벽스페이서가 형성된 다른 일예를 나타낸 사시도,
도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 불순물을 도핑하여 소스 및 드레인이 형성된 상태를 도시한 사시도,
도 13은 본 발명의 제1실시예에 따른 상부로 금속산화물 검지층이 형성된 상태의 사시도,
도 14는 본 발명의 제1실시예에 따른 상부로 절연막층이 형성된 상태의 사시도,
도 15는 본 발명의 제1실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 사시도,
도 16은 도 15의 B-B 단면도,
도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 사시도,
도 18은 본 발명의 제2실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 평면도,
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서를 갖는 표적분자 분석시스템의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도,
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서를 갖는 표적분자 분석시스템을 이용한 분석방법의 흐름도
도 21은 이온수용액 내에 포함된 표적분자의 주입/화학적 결합 발생 이전 (실선으로 표시)과 이후(점선으로 표시)의 전압인가부에서 인가되는 게이트전압(Vg)과 측정수단에서 측정되는 전류값(Ids) 특성곡선 (characteristic curve) 그래프의 변화를 도시한 것으로서, 표적분자의 주입 후 화학적 결합에 의해 발생된 전하량들, 혹은 표적분자가 금속산화물 검지층에 화학적 결합되어 발생되는 쿨롱진동 전류의 전이(shift)를 보여준다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 구성 및 제조방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 사시도를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서는, 기판상에 구비되는 소스(S)와 드레인(D), 소스(S)와 드레인(D) 사이에 구비되는 양자점 쿨롱채널(22) 및 양자점 쿨롱채널(22)의 상부 측에 구비되는 게이트(G)를 갖는 단전자 트랜지스터; 게이트(G)의 상부 측에 구비되어, 표적분자(62)와 화학적 결합이 가능한 금속산화물 검지층(50) 및 내부에 표적분자(62)를 갖는 이온수용액(61)이 저장되고, 이온수용액(61)이 금속산화물 검지층(50)과 접촉되도록 금속산화물 검지층(50)의 상부측에 구비되는 이온수용액 용기(60) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서는 소스(S)와 양자점 쿨롱채널(22) 및 드레인(D)은 서로 연결되어 지고, 기판과 소스(S) 및 드레인(D) 사이에 구비되는 매몰산화막층(10) 및 소스(S)와 양자점 쿨롱채널(22) 및 드레인(D)의 상부측으로 적층되며 트랜치(31)가 형성된 제1유전층(30) 및 제1유전층(30)과 양자점 쿨롱채널(22) 상부에 증착되는 제2유전층(40)을 더 포함하고 있음을 알 수 있다. 또한, 게이트(G)는 T자형 부유게이트(G)로 제2유전층(40)이 증착된 트랜치(31)에 구비되게 된다.
그리고, 금속산화물 검지층(50)은 이온수용액(61) 내에서 검지하고자 하는 표적분자(62)의 화학적 결합 반응에 의해 생성될 수 있는 수소이온(H+)을 비롯한 기타 전하량의 흡착율(adsorption)이 큰 탄탈륨 산화막(Ta2O5), 알루미늄 산화막(Al2O3), 실리콘 산화막(SiO2) 또는 질화규소막(Si3N4) 등의 금속산화물 및 전기적 부도체로 구성되어 진다.
또한, 금속산화물 검지층(50) 표면에 전하 흡착률을 극대화하기 위해 표면을 화학적으로 처리시켜 화학처리 표면층을 형성시킬 수 있다. 또한, 금속산화물 검지층(50)은 항체-항원 반응을 이용하여 표적분자(62)를 검지하는 경우, 특이항원에 작용하는 특정한 항체를 고정화시키기 위해 화학적 처리를 할 수 있다. 예를 들어, 표적분자(62)가 전립선 특이항원(PSA)인 경우, 금속산화물 검지층(50) 표면을 실린화시키고, 항체의 표면에 존재하는 아민기(NH2)와 반응시켜 고정화할 수 있다.
이하에서는 제1실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서 제조방법과 함께 각각의 구성에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 기판의 일예를 도시한 사시도이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 이용되는 기판은 매몰 산화막층(10)과 상부 실리콘층(20)이 반복하여 적층되는 기판을 이용할 수도 있으나, 여기서는 설명의 편의상 도 3에 도시된 바와 같이 실리콘기판(100), 매몰 산화막층(10) 그리고 상부 실리콘층(20)이 순차적으로 적층된 구조의 SOI 기판을 예로 들어 설명한다(S1). 또한, 실리콘기판(100)과 상부 실리콘층(20)은 다양한 종류의 전도체를 이용할 수 있으나, 여기서는 실리콘을 예로 들어 설명한다. 그리고, 매몰 산화막층(10)으로는 산화막 또는 절연막을 일예로 들어 설명한다.
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 나노선구조물(21)이 형성된 상태를 보여주는 일부단면 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, SOI기판 상에 나노선구조물(21)을 형성하게 된다(S2). 나노선구조물(21)은 상부 실리콘층(20)을 식각하여 형성한다. 이를 위해, 상부 실리콘층 위에 감광제(resist)을 도포 후 포토리소그래피나 전자빔 리소그래피를 이용하여 패턴을 형성한 다음, 형성된 패턴을 마스크로 상부실리콘층(20)을 식각하여 형성하게 된다. 이와 같이 정의되는 나노선구조물(21)은, 바람직하기로는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 전체 크기를 최소화할 수 있도록 폭과 길이가 각각 1~50㎚와 0.1~10㎛로 형성하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 제1유전층(30)이 형성된 상태를 보여주는 일부단면 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 다음 단계는 기판 상부에 제1유전층(30)을 형성하는 단계이다(S3). 제1유전층(30)은 일정한 두께를 가지도록 형성하는 것도 가능하고, 도 5에서와 같이 상부가 일정한 표면을 가지도록 형성하는 것도 가능하다. 이러한 제1유전층(30)은 전기적인 절연을 시켜주는 절연체의 역할을 하며 다양한 절연 물질을 사용할 수 있으며 실리콘 산화막, 실리콘 질화막을 예로 들 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제1유전층(30)의 형성방식으로는 증착방식을 이용하는 것이 바람직하다. 이는 제1유전층(30)이 기판 전면에 일정한 두께로 증착이 가능하고, 특히 그 두께 조절이 용이하기 때문이다.
도 6은 본 발명의 제 1실시예에 따른 트랜치(31)와 양자점 쿨롱채널(22)이 형성된 일예를 보여주는 일부 단면 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제 1실시예에 따른 양자점 쿨롱채널(22)이 형성된 다른 일예를 보여주는 일부 단면 사시도이다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 다음단계는 양자점 쿨롱채널(22)을 형성하는 단계이다(S4). 양자점 쿨롱채널(22)은 나노선구조물(21)이 드러나도록 제 1유전층(30)을 식각하여 트랜치(31)를 형성하여 정의하게 된다.
트랜치(31)는 나노선구조물(21)의 중간 부분에 직교하도록 마스크패턴을 형성 후 제1유전층(30)을 건식 식각에 의해 형성하거나 또는 집속 이온빔(Focus Ion Beam) 방식으로 제1유전층(30)을 식각하여 형성한다. 이어서 트랜치(31)에 드러난 나노선구조물(21)의 중간 부분을 일부 식각하여 양자점 쿨롱채널(22)을 형성할 수도 있다. 도 6에서 도시된 바와 같이, 양자점 쿨롱채널(22)은 나노선구조물(21)이 드러나도록 제1유전층(30)만을 식각하여 형성하게 된다. 또한, 도 7에서 도시된 바 같이 양자점 쿨롱채널(22)의 두께를 얇게 형성하기 위해 나노선구조물(21)의 두께 일부를 식각하여 형성할 수도 있다.
이와 같이 트랜치(31)를 형성함에 따라 외부에 노출되는 나노선구조물(21)에 의해 형성되는 양자점 쿨롱채널(22)은 1~50㎚의 폭과 1~50nm의 두께로 형성하는 것이 가능하게 된다. 여기서 정의되는 양자점 쿨롱채널(22)의 폭은 나노선구조물(21)의 폭에 해당한다. 또한, 양자점 쿨롱채널(22)은 최소한의 크기를 갖도록 트랜치(31) 폭을 1~100㎚로 형성하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 제 1실시예에 따른 제2유전층(40)이 형성된 상태를 보여주는 일부 단면사시도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 다음 단계는 기판의 상면에 제2유전층(40)을 형성하는 단계이다(S5). 제2유전층(40)은 양자점 쿨롱채널(22)과 후술할 T형 부유게이트(G)와의 절연을 위한 게이트 산화막으로서, 첫 번째 게이트산화막은 열산화 공정을 통하여 양자점 쿨롱채널(22)을 감싸는 산화막을 형성하며 이 과정에서 양자점 쿨롱채널(22)의 크기는 1nm~5nm 만큼 미세화되어 상온동작이 가능토록 한다. 이 후 증착공정을 통하여 제1유전층(30)의 상부와 트랜치(31)에 일정한 두께로 증착된다.
이처럼 제2유전층(40)을 형성하게 되면, 트랜치(31)의 폭이 그만큼 줄어들기 때문에 후술하는 후공정에서 형성되는 T형 부유 게이트(G)의 폭을 더욱 좁게 형성할 수 있게 된다. 이와 같은 기능을 하는 제2유전층(40)은 열산화공정, 또는 열산화공정후 증착공정을 통하여 형성하는 것이 바람직하다. 도 8은 양자점 쿨롱채널(22)을 형성 후 제2유전층(40)이 열산화공정 후 증착공정을 통해 형성된 예를 보여주고 있다. 도 9는 본 발명의 제 1실시예에 따른 제2유전층(40)이 형성된 상태를 보여주는 도 8의 A-A 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 1실시예에 따른 T형 부유 게이트(G)가 형성된 상태를 보여주는 일부 단면사시도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 다음 단계는 T형 부유게이트(G)를 형성하는 단계이다(S6). T형 부유게이트(G)는 트랜치(31)에 전도물질을 충진하는 형태로 형성된다. 즉, 트랜치(31)의 제작으로 양자점 쿨롱채널(22)이 형성되고, 이 양자점 쿨롱채널(22)을 제2유전층(40)으로 감싼 다음 그 위로 전도물질을 충전하여 T형 부유게이트(G)를 형성하게 되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 제1실시예의 제조방법은 형성된 제3유전막(40)의 일부를 식각하는 단계와, 트랜지스터의 소스(S)와 드레인(D)을 형성하기 위해 불순물을 도핑하는 단계를 더 포함하여 구성할 수도 있다.
도 11은 본 발명의 제 1실시예에 따른 증착공정으로 형성된 제2유전층(40)의 평면층을 식각하여 측벽스페이서(S1)가 형성된 상태를 보여주는 단면도이다. 즉, 도 11에서 도시된 바와 같이, 제2유전층(40)중 평면층을 식각하게 된다. 증착공정으로 형성된 제2유전층(40)을 트랜치(31) 벽면에만 존재하도록 식각하여 측벽스페이서(S1)를 형성하여 구성할 수 있다. 이때 게이트산화막은 열산화공정으로 형성된 제1게이트산화막이 존재하게 된다. 즉 도 11은 본 발명의 제 1실시예에 따른 제2유전층(40)의 일부를 식각하여 측벽 스페이서(S1)가 형성된 상태를 보여주는 단면도이다.
또한, 소스(S)와 드레인(D)을 만들기 위해 불순물로 도핑하는 단계를 포함할 수 있다. 건식식각을 통하여 제1유전층(30)과 제2유전층(40)을 불순물 도핑이 가능한 두께로 전부 또는 일부 식각한 후 T형 부유게이트(G)를 마스크로 하여 불순물로 도핑한다. 본 발명의 바람직한 실시예는 T형 부유게이트(G)의 형성방법에 따라 불순물 도핑을 다음과 같이 할 수 있다.
첫째, T형 부유게이트(G)를 형성하여 제1유전층(30)과 제2유전층(40)을 전부 또는 일부 식각한 후 도핑한다. 둘째, 트랜치(31)에만 게이트(G)를 형성하여 제1유전층(30)과 제2유전층(40)을 전부 또는 일부 식각한 후 도핑한다. 셋째, 트랜치(31)에만 게이트(G)를 형성하여 제1유전층(30)과 제2유전층(40)을 식각한 후 측벽 스페이서(S1)를 형성한 후 도핑한다. 도 12는 T형 부유게이트(G)를 형성하여 제1유전층(30)과 제2유전층(40)을 일부 식각하여 불순물을 도핑하여 소스(S) 및 드레인(D)이 형성된 단면사시도이다.
다음으로 T형 부유게이트(G)를 형성한 후에, 상부로 금속산화물 검지층(50)을 증착시키게 된다(S7). 도 13은 본 발명의 제1실시예에 따른 상부로 금속산화물 검지층(50)이 형성된 상태의 사시도를 도시한 것이다.
이러한 금속산화물 검지층(50)은 이온수용액(61) 내에서 검지하고자 하는 표적분자(62)의 화학적 결합 반응에 의해 생성될 수 있는 수소이온(H+)을 비롯한 기타 전하량의 흡착율(adsorption)이 큰 탄탈륨 산화막(Ta2O5), 알루미늄 산화막(Al2O3), 실리콘 산화막(SiO2) 또는 질화규소막(Si3N4) 등의 금속산화물 및 전기적 부도체로 구성되어 진다.
또한, 금속산화물 검지층(50) 표면에 전하 흡착률을 극대화하기 위해 표면을 화학적으로 처리시켜 화학처리 표면층을 형성시킬 수 있다. 또한, 금속산화물 검지층(50)은 항체-항원 반응을 이용하여 표적분자(62)를 검지하는 경우, 특이항원에 작용하는 특정한 항체를 고정화시키기 위해 화학적 처리를 할 수 있다. 예를 들어, 표적분자(62)가 전립선 특이항원(PSA)인 경우, 금속산화물 검지층(50) 표면을 실린화시키고, 항체의 표면에 존재하는 아민기(NH2)와 반응시켜 고정화할 수 있다.
그리고, 금속산화물 검지층(50)을 형성한 후, 상부로 이온수용액 용기(60)를 형성시키게 된다(S8). 이온수용액 용기(60) 내에는 표적분자(62)를 함유한 이온수용액(61)이 담겨지게 된다. 이러한 이온수용액(61)은 앞서 언급한 금속산화물 검지층(50)의 표면과 접촉되게 된다. 따라서 금속산화물 검지층(50)의 표면에서 이온수용액(61) 내에 포함된 표적분자(62)들이 화학적 반응을 일으켜 H+를 비롯한 기타 전하량(Q)이 발생되게 된다.
이온수용액 용기(60)를 형성하는 방법의 일예로는 상부로 표적분자(62)와 반응하지 않는 절연막층을 증착하고, 절연막층 일부를 금속산화물 검지층(50)의 표면이 노출될 때까지 식각하여 형성시킬 수 있다. 도 14는 본 발명의 제1실시예에 따른 상부로 절연막층이 형성된 상태의 사시도를 도시한 것이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 절연막층을 금속산화물 검지층(50) 상부로 증착시킨 후 T형 게이트(G)의 폭과 길이에 맞게 절연막층 일부를 금속산화물 검지층(50)의 표면이 노출될 때까지 식각하여 용기(60) 형태를 만들어 내부에 이온수용액(61)을 저장할 수 있도록 구성한다. 도 15는 본 발명의 제1실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 사시도를 도시한 것이다. 도 16은 도 15의 B-B 단면도를 도시한 것이다.
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 구성 및 제조방법을 설명하도록 한다. 기본적인 구성과 제조방법은 앞서 언급한 제1실시예와 동일하므로 차이점을 위주로 설명하도록 한다. 먼저, 도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 18은 본 발명의 제2실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 평면도를 도시한 것이다.
도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서는 하나의 T형 부유게이트(G)와 이온수용액 용기(60)에 대해 복수의 드레인(D)과 복수의 소스(S) 및 복수의 양자점 쿨롱채널(22)을 구비하고 있음을 알 수 있다. 이는 제1실시예에 따른 제조방법에서 상부실리콘층(20)을 식각하여 나노선 구조물(21)을 형성할 때, 하나가 아닌 복수의 나노선 구조물(21)을 형성시키도록 한다.
따라서 후에 설명되는 바와 같이, 하나의 바이오센서에 다수의 소스(S)-양자점 쿨롱채널(22)-드레인(D)을 구비하고 있어 각각 소스(S)-드레인(D)에 흐르는 전류(Ids)값을 측정할 수 있어 보다 신속하고 정확하게 표적분자(62)를 분석할 수 있게 된다. 즉, 하나의 T형 부유게이트(G)를 공용으로 다수의 소스(S)-양자점 쿨롱채널(22)-드레인(D)으로 집적된 단전자 트랜지스터들을 추가하게 됨으로써 T형 부유게이트(G)/금속산화물 검지층(50) 상부에 위치한 하나의 이온수용액 용기(60) 내에 존재하는 표적분자(62)가 화학반응을 하는 동안 각각의 단전자 트랜지스터의 소스(S)-드레인(D) 전류(Ids)의 변화를 동시에 측정하여 해독함으로써 신뢰도를 높이면서 소요되는 시간을 대폭 단축시킬 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서를 갖는 표적분자(62) 분석시스템의 구성과 표적분자(62) 분석방법에 대해 설명하도록 한다. 도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서를 갖는 표적분자(62) 분석시스템의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오센서를 갖는 표적분자(62) 분석시스템을 이용한 분석방법의 흐름도를 도시한 것이다. 또한, 도 21은 이온수용액 내에 포함된 표적분자(62)의 화학적 결합 발생 이전과 이후의 전압인가부(70)에서 인가되는 게이트전압(Vg)과 측정수단(80)에서 측정되는 전류값(Ids) 특성곡선(characteristic curve) Ids-Vg 그래프의 변화를 도시한 것이다. 표적분자의 화학적 결합이전의 쿨롱진동 전류(실선으로 표시)가 표적분자의 화학적 결합에 의해 발생된 전하량들, 혹은 표적분자가 금속산화물 검지층(50)에 결합되어 쿨롱진동 전류의 전이(shift)를 보여준다(점선으로 표시).
도 19에 도시된 바와 같이, 측정수단(80)은 실시간으로 소스(S)와 드레인(D) 간에 흐르는 전류(Ids)값을 게이트 전압(Vg)의 함수로 측정하게 됨을 알 수 있다. 표적분자(62)의 분석방법은 먼저, 이온수용액 내로 표적분자 주입이전에 전압인가부(70)가 이온수용액(61) 내에 구비된 기준전극(reference electrode)으로 게이트 전압(Vg)을 인가하여 측정수단(80)에서 전류값(Ids) 을 측정, 표적분자 주입이전의 Ids-Vg 특성곡선을 얻는다(S10).
다음, 이온수용액(61) 내로 검지하고자 하는 표적분자(62)(target molecule)들을 주입시켜 표적분자(62)들이 금속산화물 검지층(50) 표면과 화학적 결합하여 반응하도록 한다(S20). 또한, 이러한 화학적 결합은 항원-항체 반응이 될 수 있다. 이러한 화학적 반응, 결합은 전하량들을 검지층(50) 표면에 흡착시킬 수만 있다면 어떠한 종류도 가능하다. 표적분자(62)가 특이항원인 경우 금속산화물 검지층(50) 표면에 이러한 특이항원과 작용하는 특정 항체를 고정화하는 화학처리를 수행하게 된다. 예를 들어, 특이 항원이 전립선 특이항원(PSA)인 경우, 금속산화물 검지층(50) 표면을 실린화시키고 항체의 표면에 존재하는 아민기(NH2)와 반응시켜 고정화할 수 있다.
이러한 화학적 결합에 의해 생성되는 수소이온을 비롯한 기타 전하량(Q)들이 금속산화물 검지층(50) 표면에 흡착하게 된다(S30).
따라서, 이러한 금속산화물 검지층(50) 표면에 흡착된 전하량에 의한 T형 부유게이트(G)의 정전 포텐셜이 변화되게 된다(S40). 그리고, T형 부유게이트(G)의 정전포텐셜이 변화되게 됨으로써, T형 부유게이트(G) 하단에 위치한 양자점 쿨롱채널(22)의 정전포텐셜의 변화를 유도하여 소스(S)-드레인(D) 간의 전류(Ids)가 변화되게 된다(S50, S60). 분석수단은 이러한 표적분자 주입후의 전류(Ids)값의 변화를 감지하고 새로운 Ids-Vg 특성을 측정(S70), 표적분자 주입 이전의 Ids-Vg 특성곡선과 비교/분석하여(S80) 이온수용액(61) 내의 표적분자(62)의 정체를 해독하게 된다.
또한, 앞서 설명한 제2실시예에 따른 바이오센서를 이용하여 표적분자(62)를 분석하게 되는 경우, 즉, 하나의 T형게이트(G)와 이온수용액 용기(60)를 공용으로 수 개의 소스(S)-양자점 쿨롱채널(22)-드레인(D)으로 집적된 단전자 트랜지스터들을 추가함으로써 T형 부유게이트(G) 및 금속산화물 검지층(50) 상부에 위치한 하나의 이온수용액(61) 내에서 표적분자(62)가 화학반응을 하는 동안, 다수의 소스(S)-드레인(D) 각각에 구비된 측정수단(80)에서 게이트전압의 함수로 전류(Ids)를 측정하고 각각의 전류(Ids)변화를 동시에 측정하여 표적분자 주입이전의 Ids-Vg 특성곡선과 비교/분석하여 표적분자 정체를 해독함으로써 신뢰도를 높이면서 소요되는 시간을 대폭 단축시킬 수 있게 된다.
10:매몰산화막층
20:상부실리콘층
21:나노선구조물
22:양자점 쿨롱채널
30:제1유전층
31:트랜치
40:제2유전층
50:금속산화물 금속층
60:이온수용액 용기
61:이온수용액
62:표적분자
70:전압인가부
80:측정수단
S1:측벽스페이서
S:소스
D:드레인
G:T형 부유게이트
Vg:게이트 전압
Ids:소스-드레인 전류

Claims (19)

  1. 바이오센서에 있어서,
    기판상에 구비되는 소스와 드레인, 소스와 드레인 사이에 구비되는 양자점 쿨롱채널 및 상기 양자점 쿨롱채널의 상부 측에 구비되는 게이트를 갖는 단전자 트랜지스터;
    상기 게이트의 상부 측에 구비되어, 표적분자와 화학적 결합이 가능한 금속산화물 검지층; 및
    내부에 표적분자를 갖는 이온수용액이 저장되고, 상기 이온수용액이 상기 금속산화물 검지층과 접촉되도록 상기 금속산화물 검지층의 상부측에 구비되는 이온수용액 용기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서.
  2. 바이오센서에 있어서,
    기판상에 구비되는 복수의 소스, 각각이 상기 소스와 대향된 위치에 특정간격 이격되어 기판상에 구비되는 복수의 드레인, 상기 소스와 상기 소스와 대향된 위치에 구비된 드레인 사이 각각에 구비되는 복수의 양자점 쿨롱채널 및 복수의 상기 양자점 쿨롱채널을 공유하여 상부 측에 구비되는 게이트;
    상기 게이트의 상부 측에 구비되어, 표적분자와 화학적 결합이 가능한 금속산화물 검지층; 및
    내부에 표적분자를 갖는 이온수용액이 저장되고, 상기 이온수용액이 상기 금속산화물 검지층과 접촉되도록 상기 금속산화물 검지층의 상부측에 구비되는 이온수용액 용기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 소스와 상기 양자점 쿨롱채널 및 드레인은 서로 연결되어 지고,
    상기 기판과 상기 소스 및 상기 드레인 사이에 구비되는 매몰산화막층; 및
    상기 소스와 상기 양자점 쿨롱채널 및 드레인의 상부측으로 적층되며 트랜치가 형성된 제1유전층; 및
    상기 제1유전층과 상기 양자점 쿨롱채널 상부에 증착되는 제2유전층;을 더 포함하고,
    상기 게이트는 T자형 부유게이트로 상기 제2유전층이 증착된 트랜치에 구비되는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 소스와 상기 양자점 쿨롱채널 및 드레인은 서로 연결되어 복수의 나노선구조물을 형성하고,
    상기 기판과 복수의 상기 소스 및 복수의 상기 드레인 사이에 구비되는 매몰산화막층; 및
    복수의 나노선구조물의 상부측으로 적층되며 트랜치가 형성된 제1유전층; 및
    상기 제1유전층과 복수의 상기 양자점 쿨롱채널 상부에 증착되는 제2유전층;을 더 포함하고,
    상기 게이트는 T자형 부유게이트로 상기 제2유전층이 증착된 트랜치에 구비되는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 금속산화물 검지층은,
    탄탈륨 산화막, 알루미늄 산화막, 실리콘 산화막 또는 질화규소막으로 구성된 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 표적분자가 특정항원인 경우
    상기 금속산화물 검지층의 상부표면은 상기 특정항원과 반응하는 특정항체를 고정화시키기 위한 화학처리 표면층을 포함하는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서.
  7. 적어도 하나의 매몰 산화막층 및 상부 실리콘층이 각각 적층된 기판을 갖는 상온동작 단전자 트랜지스터의 제조방법에 있어서,
    상기 상부실리콘층을 식각하여 나노선구조물을 형성하는 제1단계;
    상기 기판과 상기 나노선 구조물의 상부로 제1유전층을 형성하는 제2단계;
    상기 제1유전층을 식각하여 트랜치와 양자점 쿨롱채널을 형성하는 제3단계;
    상부로 제2유전층을 형성하는 제4단계;
    상기 트랜치에 게이트를 형성하는 제5단계;
    상기 게이트의 상부로 표적분자와 화학적 결합이 가능한 금속산화물 검지층을 증착하는 제6단계; 및
    내부에 표적분자를 갖는 이온수용액이 저장되고, 상기 이온수용액이 상기 금속산화물 검지층과 접촉되도록 상기 금속산화물 검지층의 상부측으로 이온수용액용기를 형성하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 제조방법.
  8. 적어도 하나의 매몰 산화막층 및 상부 실리콘층이 각각 적층된 기판을 갖는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 제조방법에 있어서,
    상기 상부실리콘층을 식각하여 복수의 나노선구조물을 형성하는 제1단계;
    상기 기판과 복수의 상기 나노선 구조물의 상부로 제1유전층을 형성하는 제2단계;
    상기 제1유전층을 식각하여 트랜치와 복수의 양자점 쿨롱채널을 형성하는 제3단계;
    상부로 제2유전층을 형성하는 제4단계;
    상기 트랜치에 게이트를 형성하는 제5단계;
    상기 게이트의 상부로 표적분자와 화학적 결합이 가능한 금속산화물 검지층을 증착하는 제6단계; 및
    내부에 표적분자를 갖는 이온수용액이 저장되고, 상기 이온수용액이 상기 금속산화물 검지층과 접촉되도록 상기 금속산화물 검지층의 상부측으로 이온수용액용기를 형성하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 제조방법.
  9. 제 7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제6단계에서,
    상기 표적분자가 특정항원인 경우, 상기 금속산화물 검지층의 상부표면을 상기 특정항원과 반응하는 특정항체를 고정화시키기 위한 화학처리 표면층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 제조방법.
  10. 제 7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제4단계와 상기 제5단계 사이에는 증착공정으로 형성된 제2유전층의 일부를 식각하여 측벽스페이서를 형성하는 단계; 및
    상기 제1유전층 일부와 상기 제2유전층 일부를 식각하여 게이트를 마스크로 불순물을 도핑하여 소스 및 드레인을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 제조방법.
  11. 제 7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제7단계는,
    상기 금속산화물 검지층의 상부로 절연막층을 증착시키는 단계;
    상기 절연막층을 상기 금속산화물 검지층의 상부면이 노출될 때까지 용기형상으로 식각하는 단계; 및
    내부에 표적분자를 포함하는 이온수용액을 투입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 제조방법.
  12. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1유전층은 증착공정을 통하여 10nm~1000nm 두께로 형성하고,
    상기 제2유전층은 열산화 공정 또는 열산화 공정 후 증착공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 제조방법.
  13. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1단계에서 상부실리콘층을 식각하여 형성되는 나노선구조물의 폭은 1~50nm로, 길이는 0.1~10㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 제조방법.
  14. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제3단계는 식각에 의해 트랜치를 폭이 1~100nm로 형성하며, 상부실리콘층의 두께 일부를 식각하여 양자점의 두께는 1~50nm로 형성하는 것을 특징으로 하는 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서의 제조방법.
  15. 바이오센서를 갖는 표적분자 분석시스템에 있어서,
    제1항에 따른 바이오센서;
    상기 바이오센서의 이온수용액 용기 내부에 저장된 이온수용액 내에 기준전극을 통해 특정전압을 인가시키는 전압인가부;
    상기 바이오센서의 소스와 드레인 사이에 흐르는 전류를 측정하기 위한 측정수단; 및
    상기 측정수단에서 측정된 데이터를 기반으로, 이온수용액에 포함된 표적분자와 상기 바이오센서의 금속산화물 검지층 사이의 화학적 결합에 의한 전류-게이트(Ids-Vg) 특성 변화를 측정하여 상기 표적분자를 분석하는 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서를 갖는 표적분자 분석시스템.
  16. 바이오센서를 갖는 표적분자 분석시스템에 있어서,
    제2항에 따른 바이오센서;
    상기 바이오센서의 이온수용액 용기 내부에 저장된 이온수용액 내에 기준전극을 통해 특정전압을 인가시키는 전압인가부;
    상기 바이오센서에 구비된 복수의 소스와 상기 소스에 대향된 위치에 구비된 복수의 드레인 사이에 흐르는 전류 각각을 측정하기 위한 측정수단; 및
    상기 측정수단에서 측정된 데이터를 기반으로, 이온수용액에 포함된 표적분자와 상기 바이오센서의 금속산화물 검지층 사이의 화학적 결합에 의한 전류-게이트(Ids-Vg) 특성 변화를 측정하여 상기 표적분자를 분석하는 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오센서를 갖는 표적분자 분석시스템.
  17. 제 15항 또는 제16항에 따른 분석시스템을 이용한 표적분자 분석방법에 있어서,
    전압인가부에 의해 상기 이온수용액으로 전압을 인가하는 단계;
    이온수용액 내로 표적분자들을 주입하기 이전에 소스-드레인 전류를 측정하는 단계;
    이온수용액 내로 표적분자들을 주입하여 표적분자의 화학적 결합이 발생되는 단계;
    상기 화학적 결합에 의해 발생된 전하량들이 금속산화물 검지층 표면에 흡착되는 단계;
    상기 금속산화물 검지층 표면에 흡착된 전하량에 의해 상기 바이오센서의 게이트의 정전표텐셜이 변화하는 단계;
    상기 바이오센서의 양자점 쿨롱채널의 정전포텐셜의 변화를 유도하여 소스와 드레인 간의 전류변화가 발생되는 단계; 및
    분석수단이 측정수단에 의해 표적분자 주입 이전 및 주입 이후 각각에서 측정된 소스와 드레인 간의 전류값을 기반으로 Ids-Vg 특성 변화를 감지하여 상기 표적분자를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 표적분자 분석방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 표적분자는 특정항원이며, 상기 금속산화물 검지층의 상부표면은 상기 특정항원과 반응하는 특정항체를 고정화시키기 위한 화학처리 표면층을 포함하며,
    상기 검지층 표면에 흡착되는 단계는,
    상기 특정항원이 상기 화학처리표면층과 항원-항체 반응하는 단계인 것을 특징으로 하는 표적분자 분석방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 전하량은 H+을 포함하는 특정 양의 양전하 또는 음전하인 것을 특징으로 하는 표적분자 분석방법.

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