KR20140081920A - 실리콘 나노결정 바이오 센서 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서는 신체 기관의 형태에 따라 적어도 일면으로 변형이 가능한 유연기판, 상기 유연기판의 상에 배치되고 광을 방출하는 발광 소자, 및 상기 유연기판의 상에 상기 발광 소자와 마주보도록 배치되고 방출된 상기 광을 흡수하는 광 검출기를 포함하되, 상기 유연기판의 길이는 상기 기관의 곡률반경보다 같거나 더 길다.
Description
본 발명은 실리콘 나노결정 바이오 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유연한 실리콘 나노결정 바이오 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
바이오 센서는 생체감지물질(bioreceptor)과 신호변환기(signal transducer)로 구성되어 분석하고자 하는 바이오 물질을 선택적으로 감지할 수 있는 센서이다. 생체감지물질은 특정 바이오 물질과 선택적으로 반응 및 결합할 수 있는 효소, 단백질, 수용체, 세포, 조직, 및 DNA 등일 수 있다. 신호변환기는 전기화학(electrochemical), 형광, 광학, 발색 및 압전 등일 수 있다. 바이오 센서는 의료 분야, 환경 분야, 및 감염성 병원균의 분석에 응용되며 군대, 산업, 연구용 센서에 이르기까지 매우 광범위하다.
일반적으로 바이오 물질을 감지하는 방법으로 사용되는 신호변환 방식은 전기화학적 방법과 광학적 방법으로 나눌 수 있다. 전기화학적 방법은 샘플 내에 존재하는 바이오 물질로부터 나오는 미세한 신호를 감지하여 측정한다. 광학적 방법은 바이오 물질에 광을 입사시켜 나오는 광학 신호를 측정하여 바이오 물질의 유무를 분석할 수 있다.
광학적 방법을 이용하는 광학 바이오 센서는 일반적으로 광을 생성하는 광원과 광 신호를 측정하는 광 검출기로 구성된다. 광원으로는 레이저(laser)가 사용되고 있으며, 광 신호의 측정은 스펙트로미터(spectrometer)가 사용되고 있다. 광학식 바이오 센서에 사용되는 레이저는 일반적으로 화합물 반도체 박막을 이용하여 제조된다. 이에 따라, 기판 상에 화합물 반도체 박막을 성장하기가 어려울 뿐만 아니라 박막을 성장하는데 사용되는 가스의 비용이 비싼 단점이 있다. 또한, 종래의 화합물 반도체 박막은 비실리콘 계열의 기판 상에 성장되기 때문에 회로를 구성하기 위한 실리콘 전자소자와의 집적이 용이하지 않아 어려움을 가지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 제조비용이 저렴하고 유연한 실리콘 나노결정 바이오 센서를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 제조비용이 저렴하고 유연한 실리콘 나노결정 바이오 센서의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서는 신체 기관의 형태에 따라 적어도 일면으로 변형이 가능한 유연기판, 상기 유연기판의 상에 배치되고 광을 방출하는 발광 소자, 및 상기 유연기판의 상에 상기 발광 소자와 마주보도록 배치되고 방출된 상기 광을 흡수하는 광 검출기를 포함하되, 상기 유연기판의 길이는 상기 기관의 곡률반경보다 같거나 더 길다.
상기 유연기판은 고분자 기판, 액정고분자 기판, 금속기판 또는 유리기판을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 유연기판 상에 차례로 적층된 정공 주입층, 발광층, 전자 주입층, 및 소자전극을 포함할 수 있다.
상기 발광층는 실리콘 나노결정을 포함하는 탄화규소(SiC)로 이루어질 수 있다.
상기 실리콘 나노결정은 1nm 내지 10nm의 크기를 가질 수 있다.
상기 정공 주입층 및 상기 전자 주입층은 SiN 또는 SiNC을 포함할 수 있다.
상기 광 검출기는 상기 유연기판 상에 차례로 적층된 정공 도핑층, 광 흡수층, 전자 도핑층, 및 검출전극을 포함할 수 있다.
상기 광 흡수층은 실리콘 나노결정을 포함하는 탄화규소(SiC)로 이루어질 수 있다.
상기 정공 도핑층 및 상기 전자 도핑층은 SiN 또는 SiNC을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서는 관통영역를 가지며 유연물질로 이루어진 측정부, 상기 측정부의 일측에 배치되고 상기 측정부에 광을 발광하는 발광부, 상기 발광부와 마주보도록 상기 측정부의 타측에 배치되고 상기 관통영역에 배치된 바이오 물질들의 광 흡수량에 따라 달라지는 상기 발광부에서 발광된 광을 흡수하는 광 검출부를 포함한다.
상기 측정부는 고분자 물질, 액정고분자 물질, 금속물질 또는 유리물질을 포함할 수 있다.
상기 발광부는 실리콘 나노결정을 포함하는 탄화규소(SiC)를 포함할 수 있다.
상기 실리콘 나노결정은 1nm 내지 10nm의 크기를 가질 수 있다.
상기 광 검출부는 실리콘 나노결정을 포함하는 탄화규소(SiC)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서는 실리콘 기판 상에 발광 소자 및 광 검출기를 형성하는 것, 상기 실리콘 기판으로부터 상기 발광 소자 및 상기 광 검출기를 분리시키는 것, 및 상기 발광 소자 및 상기 광 검출기를 유연기판 상에 서로 이격되도록 부착시키는 것을 포함한다.
상기 발광소자 및 상기 광 검출기를 형성하는 것은, 제 1 반도체 기판 상에 정공 주입층, 발광층, 전자 주입층, 및 소자전극을 차례로 증착하는 것, 및 제 2 반도체 기판 상에 정공 도핑층, 광 흡수층, 전자 도핑층, 및 검출전극을 차례로 증착하는 것을 포함할 수 있다.
상기 발광층 및 상기 광 흡수층은 화학 기상 증착법(Plasma enhanced chemical vapor deposition)을 이용하여 실란가스(SiH4) 및 메탄가스(CH4)을 반응시켜 형성될 수 있다.
상기 발광층 및 상기 광 흡수층은 실리콘 나노결정을 포함하는 탄화규소(SiC)막일 수 있다.
상기 발광소자 및 상기 광 검출기는 화학적 식각 또는 물리적 식각을 이용하여 상기 반도체 기판에서 분리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서의 발광소자 및 광 검출기는 실리콘 나노결정을 포함하는 탄화규소(SiC)로 이루어질 수 있다. 상기 탄화규소(SiC)는 실리콘 기판 상에 화학 기상 증착법을 이용하여 저비용의 실란가스(SiH4) 및 메탄가스(CH4)을 반응시켜 형성할 수 있다. 따라서, 저비용으로 상기 실리콘 나노결정 바이오 센서를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서는 신체의 기관의 형태로 변형이 가능한 유연기판으로 형성하여 상기 실리콘 나노결정 바이오 센서를 인체의 기관에 부착 또는 이식시킬 수 있다. 따라서, 체액 내에 존재하는 바이오 물질을 검출할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서를 나타낸 평면도들이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서를 이용하여 측정된 바이오 물질의 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서를 나타낸 평면도들이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서를 이용하여 측정된 바이오 물질의 측정결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 1a를 참조하면, 각각의 실리콘 기판들(10a, 10b) 상에 발광 소자(200) 및 광 검출기(300)를 형성한다. 상기 발광 소자(200)는 제 1 실리콘 기판(10a) 상에 정공 주입층(201), 발광층(203), 전자 주입층(205), 및 소자전극(207)을 순차적으로 증착하여 형성될 수 있다. 상기 정공 주입층(201)은 및 전자 주입층(205)은 SiC막 또는 SiCN막을 증착하여 형성될 수 있다. 상기 발광층(203)은 SiN막을 증착하여 형성될 수 있다. 상세하게, 상기 발광층(203)은 화학 기상 증착법(Plasma enhanced chemical vapor deposition)을 이용하여 실란가스(SiH4) 및 메탄가스(CH4)를 반응시켜 형성할 수 있다. 상기 소자전극(207)은 ITO(Indium tin oxide)막, SnO2막, In2O3막, Cd2SnO4막, 또는 ZnO막을 증착하여 형성될 수 있다.
상기 광 검출기(300)는 제 2 실리콘 기판(10b) 상에 정공 도핑층(301), 광 흡수층(303), 전자 도핑층(305), 및 검출전극(307)을 순차적으로 증착하여 형성될 수 있다. 상기 정공 도핑층(301) 및 전자 도핑층(305)은 SiC막 또는 SiCN막을 증착하여 형성될 수 있다. 상기 광 흡수층(303)은 SiN막을 증착하여 형성될 수 있다. 상세하게, 상기 광 흡수층(303)은 화학 기상 증착법(Plasma enhanced chemical vapor deposition)을 이용하여 실란가스(SiH4) 및 메탄가스(CH4)를 반응시켜 형성할 수 있다. 상기 검출전극(307)은 ITO(Indium tin oxide)막, SnO2막, In2O3막, Cd2SnO4막, 또는 ZnO막을 증착하여 형성될 수 있다.
이와 달리, 상기 발광소자(200) 및 상기 광검출기(300)는 하나의 실리콘 기판 상에 p형 실리콘막, 실리콘 나노결정막, n형 실리콘막, 및 투명 전극막을 순차적으로 증착하고 상기 막들을 패터닝하여 형성될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상기 발광 소자(200) 및 상기 광 검출기(300)를 상기 반도체 기판들(10a, 10b)로부터 분리시킨 후 상기 발광 소자(200) 및 상기 광검출기(300)를 유연기판(100) 상에 부착시켜 실리콘 나노결정 바이오 센서(1000)를 형성할 수 있다.
상기 발광 소자(200) 및 상기 광 검출기(300)는 물리적 식각 또는 화학적 식각을 이용하여 상기 실리콘 기판들(10a, 10b)로부터 분리될 수 있다. 분리된 상기 발광 소자(200) 및 상기 광 검출기(300)를 물리적 증착(예를 들어 열에 의한 압착공정) 또는 화학적 증착으로 상기 유연기판(100) 상에 부착시킬 수 있다. 상기 유연기판(100)은 휨 특성을 가지고 있는 기판일 수 있다. 또한, 상기 유연기판(100)은 투명한 물질을 포함할 수 있다. 상기 유연기판(100)은 예를 들어, 고분자 기판, 액정고분자 기판, 또는 유리기판일 수 있다.
상기 실리콘 나노결정 바이오 센서(1000)의 표면은 생체에 접합성이 있는 고분자 물질로 캡핑될 수 있다.
상기 탄화규소(SiC)를 포함하는 상기 발광 소자(200) 및 상기 광 검출기(300)는 상기 실리콘 기판들(10a, 10b) 상에 화학 기상 증착법을 이용하여 저비용의 실란가스(SiH4) 및 메탄가스(CH4)을 반응시켜 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 실리콘 나노결정 바이오 센서(1000)는 별도의 광학계를 필요하지 않아 저비용으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광 소자(200) 및 상기 광 검출기(300)를 상기 유연기판(100) 상에 부착하여 실리콘 나노결정 바이오 센서(1000)를 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 실리콘 나노결정 바이오 센서(1000)는 상기 유연기판(100)에 의해 유연하여 다양한 모양을 갖는 인체의 기관(예를 들어, 혈관 또는 심장과 같은 내장)의 외벽에 부착 또는 이식될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서를 나타낸 평면도들이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 실리콘 나노결정 바이오 센서(1000)는 유연기판(100)과 상기 유연기판(100) 상에 형성된 발광 소자(200)과 광 검출기(300)를 포함할 수 있다. 상기 실리콘 나노결정 바이오 센서(1000)의 표면은 생체에 접합성이 있는 고분자 물질(미도시)로 캡핑될 수 있다.
상기 유연기판(100)은 휨 특성을 가지고 있는 기판일 수 있다. 이에 따라, 상기 유연기판(100)이 휠 경우, 상기 유연기판(100)은 내부면을 갖는 일면(100a)과 외부면을 갖는 타면(100b)을 가질 수 있다. 즉, 상기 일면(100a)과 상기 타면(100b)은 곡면을 가질 수 있다.
도 2a와 같이 상기 유연기판(100)의 상기 일면(100a)은 체액이 포함된 인체의 기관(예를 들어, 혈관, 심장과 같은 내장)(20)이 배치되는 영역일 수 있다. 상기 발광 소자(200) 및 상기 광 검출기(300)는 상기 유연기판(100)의 상기 타면(100b) 상에 마주보도록 배치될 수 있다. 상기 발광 소자(200)에서 발광하는 광은 상기 기관(20)을 통해 상기 광 검출기(300)로 검출되어야 하기 때문에 상기 유연기판(100)은 투명한 물질로 이루어질 수 있다.
이와 달리, 도 2b와 같이 상기 발광 소자(200) 및 상기 광 검출기(300)는 상기 유연기판(100)의 상기 일면(100a) 상에 서로 마주보며 배치될 수 있고, 상기 유연기판(100)의 상기 일면(100a)에 체액이 포함된 상기 기관(예를 들어, 혈관, 심장과 같은 내장)(20)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 소자(200)과 상기 광 검출기(300)은 상기 기관(20)과 접촉될 수 있다. 이러한 경우, 상기 유연기판(100)은 투명 또는 불투명한 물질로 이루어질 수 있다. 상기 유연기판(100)은 예를 들어, 고분자 기판, 액정고분자 기판, 금속기판 또는 유리기판일 수 있다.
상기 체액(예를 들어, 혈액, 소변, 눈물) 내에 바이오 물질들(30)이 포함될 수 있다. 이에 따라, 상기 체액 내에 포함된 바이오 물질들(30)을 검출하기 위하여 상기 유연기판(100)의 길이는 상기 기관(20)의 곡률반경보다 같거나 더 길 수 있다.
상기 발광 소자(200)는 상기 발광 소자(200)는 정공 주입층(201), 발광층(203), 전자 주입층(205) 및 소자전극(207)을 포함할 수 있다.
상기 정공 주입층(201)은 p형의 실리콘 물질을 포함할 수 있고, 상기 전자 주입층(205)은 n형의 실리콘 물질을 포함할 수 있다. 상기 정공 주입층(201) 및 상기 전자 주입층(205)은 SiC 또는 SiCN을 포함할 수 있다. 상기 정공 및 전자 주입층(201, 205)는 약 1nm 이상의 두께를 가질 수 있다. 상기 정공 주입층(201)은 상기 발광층(203)에 정공을 공급할 수 있고, 상기 전자 주입층(205)은 상기 발광층(203)에 전자를 공급할 수 있다.
상기 발광층(203)은 상기 정공 및 전자 주입층(201, 205) 사이에 배치될 수 있다. 상기 발광층(203)은 실리콘 나노결정을 포함하는 탄화규소(SiC)로 이루어질 수 있다. 상기 실리콘 나노결정은 약 1nm 내지 약 10nm의 크기를 가질 수 있다. 상기 발광층(203)은 약 1nm 이상의 두께를 가질 수 있다. 상기 발광층(203)은 상기 정공 주입층(201) 및 상기 전자 주입층(205)에서 받은 정공과 전자가 결합되어 광을 형성할 수 있다.
상기 소자전극(207)은 투명전극일 수 있다. 상기 소자전극(207)은 ITO(Indium tin oxide), SnO2, In2O3, Cd2SnO4, 또는 ZnO을 포함할 수 있다.
상기 광 검출기(300)는 정공 도핑층(301), 광 흡수층(303), 전자 도핑층(305), 및 검출전극(307)을 포함할 수 있다.
상기 정공 도핑층(301)은 p형의 실리콘 물질을 포함할 수 있고, 상기 전자 도핑층(305)은 n형의 실리콘 물질을 포함할 수 있다. 상기 정공 도핑층(301) 및 상기 전자 도핑층(305)은 SiC 또는 SiCN을 포함할 수 있다. 상기 정공 및 전자 도핑층(301, 305)는 약 1nm 이상의 두께를 가질 수 있다. 상기 정공 도핑층(301)은 상기 광 흡수층(303)으로부터 정공을 받을 수 있고, 상기 전자 도핑층(305)은 상기 광 흡수층(303)으로부터 전자를 받을 수 있다.
상기 광 흡수층(303)은 상기 정공 및 전자 도핑층(301, 305) 사이에 배치될 수 있다. 상기 광 흡수층(303)은 실리콘 나노결정 포함하는 탄화규소(SiC)로 이루어질 수 있다. 상기 광흡수층(303)은 약 1nm 이상의 두께를 가질 수 있다. 상기 광 흡수층(303)은 상기 발광 소자(200)에서 방출된 광을 흡수할 수 있다.
상기 검출전극(307)은 투명전극일 수 있다. 상기 검출전극(307)은 ITO(Indium tin oxide), SnO2, In2O3, Cd2SnO4, 또는 ZnO을 포함할 수 있다.
상기 실리콘 나노결정 바이오 센서(1000)의 측정방법은 다음과 같다. 상기 발광 소자(200)의 정공 주입층(201)에 +전압 및 전자 주입층(205)에 -전압을 인가하고, 상기 광 검출기(300)의 정공 도핑층(301)에 -전압 및 전자 도핑층(305)에 +전압을 인가한다. 상기 발광 소자(200)에서는 광이 발생되어 상기 인체의 상기 기관(20)에 입사되고 상기 광 검출기(300)는 상기 기관(20)에 입사된 광을 흡수하게 된다. 상기 바이오 물질들(30)의 농도에 따라 상기 광 검출기(300)로 흡수되는 광의 세기가 달라짐을 이용하여 상기 체액 내에 포함된 상기 바이오 물질들(30)의 농도를 검출할 수 있다.
상기 바이오 물질들(30a, 30b, 30c) 각각은 고유한 광 흡수 파장을 가지고 있다. 따라서, 상기 검출하고자 하는 바이오 물질의 광 흡수 파장과 같은 광 파장을 발광시키는 발광 소자(200)를 적용하게 되면 고감도의 상기 실리콘 나노결정 바이오센서(1000)를 구현할 수 있다.
상기 실리콘 나노결정 바이오 센서(1000)는 형태를 갖는 상기 기관(20)의 체액에 포함되어 있는 상기 바이오 물질들(30)을 검출하기 위하여 유연기판(100)을 사용하였다. 상기 유연기판(100)의 특성을 이용하여 상기 실리콘 나노결정 바이오 센서(1000)는 상기 인체의 상기 기관(20) 외벽에 부착될 수 있다. 따라서, 상기 기관(20)의 체액 내에 존재하는 바이오 물질(30)을 검출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서를 나타낸 평면도이다.
도 3에 도시된 실시예에서, 일 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 해당 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 반도체 나노결정 바이오 센서(2000)는 관통영역(40)를 갖는 측정부(400), 상기 측정부(400)의 일측에 배치된 발광 부(200)와 상기 측정부(400)의 타측에 상기 발광부(200)와 마주보도록 배치되는 광 검출부(300)를 포함한다. 상기 반도체 나노결정 바이오 센서(2000)의 표면은 생체에 접합성이 있는 고분자 물질로 캡핑될 수 있다.
상기 측정부(400)는 유연물질로 이루어져 있다. 상기 측정부(400)는 고분자 물질, 액정고분자 물질, 금속물질 또는 유리물질을 포함할 수 있다. 도 3과 같이 상기 발광부(200) 및 상기 광 검출부(300)가 상기 측정부(400)의 외측에 배치될 경우, 상기 측정부(100)는 상기 광원부(200)에서 발광하는 광이 투과되어야 하므로 투명한 물질로 이루어질 수 있다.
이와 달리, 상기 발광부(200) 및 상기 광 검출부(300)가 상기 측정부(400)의 내측에 서로 마주보며 배치될 경우, 상기 측정부(100)는 투명 또는 불투명한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 관통영역(40)에 혈관이 배치될 수 있다. 바람직하게, 상기 혈관은 인공혈관일 수 있다. 상기 반도체 나노결정 바이오 센서(2000)의 관통영역에 상기 인공혈관을 삽입하고, 상기 인공혈관은 상기 인체의 혈관에 이식될 수 있다. 이에 따라, 상기 혈관 내에 존재하는 바이오 물질들(30a, 30b, 30c)들 중에 원하는 바이오 물질의 농도를 검출할 수 있다.
상기 발광부(200) 및 상기 광 검출부(300)는 실리콘 나노결정을 포함하는 탄화규소(SiC)를 포함할 수 있다. 상기 실리콘 나노결정은 약 1nm 내지 약 10nm의 크기를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 나노결정 바이오 센서를 이용하여 측정된 바이오 물질의 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, A는 저농도의 바이오 물질이 포함된 체액이고, B는 고농도의 바이오 물질이 포함된 체액이다. 그 결과, A체액이 B체액보다 특정 파장(λ1)에서 광흡수가 더 많이 일어나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 광 흡수량을 확인하여 상기 바이오 물질이 B체액에 많이 포함되어 있는 것을 알 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10a: 제 1 실리콘 기판
10b: 제 2 실리콘 기판
100: 유연기판
200: 발광소자
201: 정공 주입층
203: 발광층
205: 전자 주입층
207: 전자소자
300: 광 검출기
301: 정공 도핑층
303: 광흡수층
305: 전자 도핑층
307: 검출전극
1000: 실리콘 나노결정 바이오 센서
10b: 제 2 실리콘 기판
100: 유연기판
200: 발광소자
201: 정공 주입층
203: 발광층
205: 전자 주입층
207: 전자소자
300: 광 검출기
301: 정공 도핑층
303: 광흡수층
305: 전자 도핑층
307: 검출전극
1000: 실리콘 나노결정 바이오 센서
Claims (19)
- 신체의 기관의 형태에 따라 적어도 일면으로 변형이 가능한 유연기판;
상기 유연기판의 상에 배치되고 광을 방출하는 발광 소자; 및
상기 유연기판의 상에 상기 발광 소자와 마주보도록 배치되고 방출된 상기 광을 흡수하는 광 검출기를 포함하되,
상기 유연기판의 길이는 상기 기관의 곡률반경보다 같거나 더 긴 실리콘 나노결정 바이오 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 유연기판은 고분자 기판, 액정고분자 기판, 금속기판 또는 유리기판을 포함하는 실리콘 나노결정 바이오 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 발광 소자는 상기 유연기판 상에 차례로 적층된 정공 주입층, 발광층, 전자 주입층, 및 소자전극 포함하는 실리콘 나노결정 바이오 센서. - 제 3 항에 있어서,
상기 발광층는 실리콘 나노결정을 포함하는 탄화규소(SiC)로 이루어진 실리콘 나노결정 바이오 센서. - 제 4 항에 있어서,
상기 실리콘 나노결정은 1nm 내지 10nm의 크기를 갖는 실리콘 나노결정 바이오 센서. - 제 3 항에 있어서,
상기 정공 주입층 및 상기 전자 주입층은 SiN 또는 SiNC을 포함하는 실리콘 나노결정 바이오 센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 광 검출기는 상기 유연기판 상에 차례로 적층된 정공 도핑층, 광 흡수층, 전자 도핑층, 및 검출전극을 포함하는 실리콘 나노결정 바이오 센서. - 제 7 항에 있어서,
상기 광 흡수층은 실리콘 나노결정을 포함하는 탄화규소(SiC)로 이루어진 실리콘 나노결정 바이오 센서. - 제 7 항에 있어서,
상기 정공 도핑층 및 상기 전자 도핑층은 SiN 또는 SiNC을 포함하는 실리콘 나노결정 바이오 센서. - 관통영역를 가지며 유연물질로 이루어진 측정부;
상기 측정부의 일측에 배치되고 상기 측정부에 광을 발광하는 발광부;
상기 발광부와 마주보도록 상기 측정부의 타측에 배치되고 상기 관통영역에 배치된 바이오 물질들의 광 흡수량에 따라 달라지는 상기 발광부에서 발광된 광을 흡수하는 광 검출부를 포함하는 실리콘 나노결정 바이오 센서. - 제 10 항에 있어서,
상기 측정부는 고분자 물질, 액정고분자 물질, 유리물질을 포함하는 실리콘 나노결정 바이오 센서. - 제 10 항에 있어서,
상기 발광부는 실리콘 나노결정을 포함하는 탄화규소(SiC)를 포함하는 실리콘 나노결정 바이오 센서. - 제 12 항에 있어서,
상기 실리콘 나노결정은 1nm 내지 10nm의 크기를 갖는 실리콘 나노결정 바이오 센서. - 제 10항에 있어서,
상기 광 검출부는 실리콘 나노결정을 포함하는 탄화규소(SiC)를 포함하는 실리콘 나노결정 바이오 센서. - 실리콘 기판 상에 발광 소자 및 광 검출기를 형성하는 것;
상기 실리콘 기판으로부터 상기 발광 소자 및 상기 광 검출기를 분리시키는 것; 및
상기 발광 소자 및 상기 광 검출기를 유연기판 상에 서로 이격되도록 부착시키는 것을 포함하는 실리콘 나노결정 바이오 센서의 제조 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 발광소자 및 상기 광 검출기를 형성하는 것은,
제 1 반도체 기판 상에 정공 주입층, 발광층, 전자 주입층, 및 소자전극을 차례로 증착하는 것; 및
제 2 반도체 기판 상에 정공 도핑층, 광 흡수층, 전자 도핑층, 및 검출전극을 차례로 증착하는 것을 포함하는 실리콘 나노결정 바이오 센서의 제조 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 발광층 및 상기 광 흡수층은 화학 기상 증착법(Plasma enhanced chemical vapor deposition)을 이용하여 실란가스(SiH4) 및 메탄가스(CH4)을 반응시켜 형성되는 실리콘 나노결정 바이오 센서의 제조 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 발광층 및 상기 광 흡수층은 실리콘 나노결정을 포함하는 탄화규소(SiC)막인 실리콘 나노결정 바이오 센서의 제조 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 발광소자 및 상기 광 검출기는 화학적 식각 또는 물리적 식각을 이용하여 상기 반도체 기판에서 분리되는 실리콘 나노결정 바이오 센서의 제조 방법.
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