KR20200129849A - Bio-sensing device - Google Patents

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KR20200129849A
KR20200129849A KR1020190054863A KR20190054863A KR20200129849A KR 20200129849 A KR20200129849 A KR 20200129849A KR 1020190054863 A KR1020190054863 A KR 1020190054863A KR 20190054863 A KR20190054863 A KR 20190054863A KR 20200129849 A KR20200129849 A KR 20200129849A
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Abstract

The present invention provides a bio-sensing apparatus which comprises: a first gate and a second gate spaced apart from each other and extending on a substrate; a first electrode and a second electrode disposed on one side of the first gate and spaced apart from each other; a sensing layer which is a channel between the first electrode and the second electrode; and a passivation pattern formed on the substrate and having an open area in which a part of the first gate is exposed so that a receptor capable of binding to a target material can be attached to the other side of the first gate. The present invention can provide the bio-sensing apparatus capable of improving sensitivity without being contaminated by the target material.

Description

바이오 감지 장치{Bio-sensing device}Bio-sensing device

본 발명은 바이오 감지 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 구조를 가지는 바이오 감지 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a biosensing device, and more particularly, to a biosensing device having an electrode structure.

질병 진단에 사용되는 검사 방법은 주로 효소 반응에 의한 발색, 형광 등에 기반을 두고 있으나, 최근 항원과 항체 사이의 면역 반응을 이용한 면역검사를 이용하는 방법도 사용되고 있다. 기존의 면역분석법은 효소의 촉매 반응에 광 표지를 결합한 광학적 측정 방법이 가장 많이 이용되었다. 이러한 방법들은 주로 실험실 위주의 숙련된 연구원에 의해 수행될 수 있는 복잡한 절차가 필요하고, 분석을 위한 장치가 고가의 대형 장치이며, 분석 시간이 오래 소요되는 단점이 있다.The test method used for disease diagnosis is mainly based on color development and fluorescence by an enzymatic reaction, but recently, a method using an immunological test using an immune reaction between an antigen and an antibody is also used. The conventional immunoassay method is the most widely used optical measurement method that combines an optical label with an enzyme catalytic reaction. These methods mainly require a complicated procedure that can be performed by an experienced researcher focusing on a laboratory, and the device for analysis is an expensive large-scale device, and the analysis time is long.

관련 선행기술로는 대한민국 특허공개번호 KR20110116461A호(2011.10.26. 공개, 발명의 명칭: 면역분석 진단 장치 및 이를 이용한 면역분석 방법)가 있다.Related prior art is Korean Patent Publication No. KR20110116461A (published on October 26, 2011, title of invention: immunoassay diagnostic device and immunoassay method using the same).

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 표적 물질에 의하여 오염되지 않으면서 민감도를 향상시킬 수 있는 바이오 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.An object of the present invention is to provide a biosensing device capable of improving sensitivity without being contaminated by a target material, as to solve various problems including the above problems. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 바이오 감지 장치가 제공된다. 상기 바이오 감지 장치는 기판 상에 서로 이격되어 신장하는 제 1 게이트 및 제 2 게이트; 제 1 게이트의 일측 상에 배치되되 서로 이격되어 배치된 제 1 전극 및 제 2 전극; 제 1 전극 및 제 2 전극 사이의 채널인 감지막; 및 기판 상에 형성되되, 표적 물질과 결합할 수 있는 리셉터가 제 1 게이트의 타측 상에 부착될 수 있도록 제 1 게이트의 일부가 노출되는 오픈(open) 영역을 구비하는, 패시베이션 패턴;을 포함한다. A biosensing device according to an aspect of the present invention for solving the above problem is provided. The biosensing device may include a first gate and a second gate spaced apart from each other and extending on a substrate; A first electrode and a second electrode disposed on one side of the first gate and spaced apart from each other; A sensing layer that is a channel between the first electrode and the second electrode; And a passivation pattern formed on the substrate and having an open area in which a part of the first gate is exposed so that a receptor capable of binding to the target material can be attached to the other side of the first gate. .

상기 바이오 감지 장치에서, 패시베이션 패턴이 구비하는 상기 오픈 영역은 감지막이 노출되지 않도록 감지막과 이격되어 형성될 수 있다. In the bio-sensing device, the open area provided in the passivation pattern may be formed to be spaced apart from the sensing layer so that the sensing layer is not exposed.

상기 바이오 감지 장치에서, 제 1 게이트는 상기 오픈 영역의 하부에서 감지막의 아래로 일체로 연결되어 신장할 수 있다. In the bio-sensing device, the first gate may be integrally connected and extended under the sensing layer under the open area.

상기 바이오 감지 장치에서, 제 1 게이트와 제 2 게이트는 커패시턴스가 형성될 수 있는 이격거리를 가지도록 배치될 수 있다. In the bio-sensing device, the first gate and the second gate may be disposed to have a separation distance through which capacitance can be formed.

상기 바이오 감지 장치에서, 제 1 게이트와 제 2 게이트는 서로 나란하게 신장하도록 배치될 수 있다. In the biosensing device, the first gate and the second gate may be disposed to extend parallel to each other.

상기 바이오 감지 장치에서, 제 1 게이트와 제 2 게이트는 같은 평면 상에 배치될 수 있다. In the biosensing device, the first gate and the second gate may be disposed on the same plane.

상기 바이오 감지 장치에서, 제 1 게이트 및 제 2 게이트는 각각 서로를 향하여 신장하되 교번적으로 배치되는 돌출패턴을 사이에 구비할 수 있다. In the biosensing device, the first gate and the second gate may each extend toward each other and may have protruding patterns alternately disposed therebetween.

상기 바이오 감지 장치에서, 감지막은 리셉터 및 이와 결합되는 표적 물질에 따라 저항이 가변될 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. In the bio-sensing device, the sensing layer may be made of a material whose resistance is variable according to a receptor and a target material coupled thereto.

상기 바이오 감지 장치에서, 리셉터는 작용기에 의해 감지막 상에 부착되어 있으며, 효소기질, 리간드, 아미노산, 펩티드, 단백질, 핵산, 지질 및 탄수화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. In the biosensing device, the receptor is attached to the sensing membrane by a functional group, and may be any one or more selected from the group consisting of enzyme substrates, ligands, amino acids, peptides, proteins, nucleic acids, lipids, and carbohydrates.

상기 바이오 감지 장치에서, 작용기는 아민기, 카르복실기 및 티올기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. In the biosensing device, the functional group may be at least one selected from the group consisting of an amine group, a carboxyl group, and a thiol group.

상기 바이오 감지 장치에서, 표적 물질은 단백질, 핵산, 올리고당, 아미노산, 탄수화물, 용해 가스, 산화황 가스, 산화질소 가스, 잔류 농약, 중금속 및 환경유해물질로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. In the bio-sensing device, the target material may be at least one selected from the group consisting of proteins, nucleic acids, oligosaccharides, amino acids, carbohydrates, dissolved gas, sulfur oxide gas, nitrogen oxide gas, residual pesticides, heavy metals, and environmentally hazardous substances.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 표적 물질에 의하여 오염되지 않으면서 민감도를 향상시킬 수 있는 바이오 감지 장치를 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to some embodiments of the present invention made as described above, a biosensing device capable of improving sensitivity without being contaminated by a target material may be provided. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 감지 장치의 일부 구성을 도해하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 감지 장치의 A-A' 라인을 따라 절취한 단면을 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 바이오 감지 장치의 단면을 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 감지 장치에서 게이트 인가 전압과 채널 전류의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 바이오 감지 장치의 일부 구성을 도해하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a partial configuration of a biosensing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a cross section taken along line AA′ of a biosensing device according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a cross section of a biosensing device according to a comparative example of the present invention.
4 is a graph showing a relationship between a gate applied voltage and a channel current in a biosensing device according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a partial configuration of a biosensing device according to a modified embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 예시적으로 설명하기로 한다. 명세서 전체에 걸쳐서, 막, 패턴, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 상기 다른 구성요소 "상에" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Throughout the specification, when referring to a component such as a film, pattern, region or substrate as being “on” another component, the one component directly contacts “on” the other component, or , It can be interpreted that there may be other components interposed therebetween. On the other hand, when it is mentioned that one component is positioned "directly on" another component, it is interpreted that there are no other components interposed therebetween.

도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것일 수 있다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.In the drawings, for example, depending on manufacturing techniques and/or tolerances, variations of the illustrated shape can be expected. Therefore, the embodiments of the inventive concept should not be construed as being limited to the specific shape of the region shown in the present specification, but should include, for example, a change in shape caused by manufacturing. In addition, in the drawings, the thickness or size of each layer may be exaggerated for convenience and clarity of description. The same symbols refer to the same elements.

본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 감지 장치는 질병 진단에 사용되는 검사 장치로 사용될 수 있으며, 감지막과 리셉터의 종류에 따라 항원과 항체 사이의 면역 반응을 이용한 감지 장치로 활용될 수 있다. 이 경우, 전기적 측정 결과를 활용하기 때문에 분석 과정에서 복잡한 절차가 필요하지 않고, 분석을 위한 장치가 상대적으로 저가이며, 분석 시간이 오래 소요되지 않는다는 장점을 가진다.The biosensing device according to an embodiment of the present invention may be used as a test device used for diagnosing a disease, and may be used as a detection device using an immune response between an antigen and an antibody depending on the type of the detection membrane and the receptor. In this case, since the electrical measurement result is used, a complicated procedure is not required in the analysis process, the device for analysis is relatively inexpensive, and the analysis time is not long.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 감지 장치의 일부 구성을 도해하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 감지 장치의 A-A' 라인을 따라 절취한 단면을 도해하는 도면이다. 도 3은 본 발명의 비교예에 따른 바이오 감지 장치의 단면을 도해하는 도면이다. 특히, 도 1은 제 1 게이트, 제 2 게이트, 오픈 영역, 제 1 전극, 제 2 전극 및 감지막의 평면 상에서 상대적인 배치 관계를 개요적으로 도해하는 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a partial configuration of a biosensing device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a cross section cut along line AA′ of a biosensing device according to an embodiment of the present invention. to be. 3 is a diagram illustrating a cross section of a biosensing device according to a comparative example of the present invention. In particular, FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a relative arrangement relationship of a first gate, a second gate, an open region, a first electrode, a second electrode, and a sensing film on a plane.

먼저, 도 1 내지 도 2를 참조하면, 상기 바이오 감지 장치는 기판(105) 상에 서로 이격되어 신장하는 제 1 게이트(112) 및 제 2 게이트(114); 제 1 게이트(112)의 일측 상에 배치되되 서로 이격되어 배치된 제 1 전극(140) 및 제 2 전극(150); 제 1 전극(140) 및 제 2 전극(150) 사이의 채널인 감지막(160); 및 기판(105) 상에 형성되되, 표적 물질과 결합할 수 있는 리셉터(195)가 제 1 게이트(112)의 타측 상에 부착될 수 있도록 제 1 게이트(112)의 일부가 노출되는 오픈(open) 영역(185)을 구비하는, 패시베이션 패턴(180);을 포함한다. First, referring to FIGS. 1 to 2, the biosensing device includes: a first gate 112 and a second gate 114 extending apart from each other on a substrate 105; A first electrode 140 and a second electrode 150 disposed on one side of the first gate 112 and spaced apart from each other; A sensing layer 160 that is a channel between the first electrode 140 and the second electrode 150; And an open part of the first gate 112 formed on the substrate 105 so that the receptor 195 capable of bonding with the target material may be attached to the other side of the first gate 112. ), having a region 185, a passivation pattern 180; includes.

나아가, 상기 바이오 감지 장치는 제 1 게이트(112)의 전기적 절연을 확보하기 위하여 제 1 게이트(112) 상에 형성된 제 1 절연막(130)을 더 포함할 수 있다. 제 1 절연막(130)은 제 1 전극(140), 제 2 전극(150) 및 감지막(160)과 제 1 게이트(112) 사이에 개재될 수 있다. 제 1 절연막(130)은, 예를 들어, 산화알루미늄(Al2O3)막일 수 있다. Furthermore, the bio-sensing device may further include a first insulating layer 130 formed on the first gate 112 to ensure electrical insulation of the first gate 112. The first insulating layer 130 may be interposed between the first electrode 140, the second electrode 150, and the sensing layer 160 and the first gate 112. The first insulating layer 130 may be, for example, an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer.

또한, 상기 바이오 감지 장치는 제 1 게이트(112)와 기판(105) 사이에 제 2 절연막(111)을 더 포함할 수 있다. 제 2 절연막(111)은 게이트 절연막으로 이해될 수 있으며, 예를 들어, 기판(105)이 실리콘 기판인 경우 제 2 절연막(111)은 산화실리콘(SiO2)막일 수 있다. Also, the biosensing device may further include a second insulating layer 111 between the first gate 112 and the substrate 105. The second insulating layer 111 may be understood as a gate insulating layer. For example, when the substrate 105 is a silicon substrate, the second insulating layer 111 may be a silicon oxide (SiO 2 ) layer.

제 1 전극(140)은 소스 전극 및 드레인 전극 중의 어느 하나의 전극일 수 있으며, 이 경우, 제 2 전극(150)은 소스 전극 및 드레인 전극 중의 나머지 어느 하나의 전극일 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(140) 및 제 2 전극(150)은 각각 소스 전극 및 드레인 전극일 수 있다. 제 1 전극(140) 및 제 2 전극(150)은, 예를 들어, 각각 티타늄(Ti)층과 금(Au)층의 적층구조를 가질 수 있다. The first electrode 140 may be one of a source electrode and a drain electrode, and in this case, the second electrode 150 may be one of the other of the source electrode and the drain electrode. For example, the first electrode 140 and the second electrode 150 may be a source electrode and a drain electrode, respectively. The first electrode 140 and the second electrode 150 may have, for example, a stacked structure of a titanium (Ti) layer and a gold (Au) layer, respectively.

패시베이션 패턴(180)이 구비하는 상기 오픈 영역(185)은 감지막(160)이 노출되지 않도록 감지막(160)과 이격되어 형성될 수 있다. 오픈 영역(185)은 제 1 게이트(112)의 일부가 노출되도록 패시베이션 패턴(180)의 일부를 제거하여 형성할 수 있다. The open area 185 provided in the passivation pattern 180 may be formed to be spaced apart from the sensing layer 160 so that the sensing layer 160 is not exposed. The open area 185 may be formed by removing a part of the passivation pattern 180 so that a part of the first gate 112 is exposed.

제 1 게이트(112)는 상기 오픈 영역(185)의 하부에서 감지막(160)의 아래로 일체로 연결되어 신장할 수 있다. 즉, 제 1 전극(140), 제 2 전극(150) 및 감지막(160)은 제 1 게이트(112)의 일측 상에 배치되고, 오픈 영역(185)은 제 1 게이트(112)의 타측 상에 배치될 수 있다. 제 1 게이트(112)는, 예를 들어, 티타늄(Ti)층과 금(Au)층의 적층구조를 가질 수 있다. 제 1 게이트(112)는 외부에서 직접적으로 전압이 인가되지도 않고 접지되지도 않은 플로팅 게이트(floating gate)일 수 있다. The first gate 112 may be integrally connected and extended under the sensing layer 160 under the open region 185. That is, the first electrode 140, the second electrode 150, and the sensing layer 160 are disposed on one side of the first gate 112, and the open area 185 is disposed on the other side of the first gate 112. Can be placed on The first gate 112 may have a stacked structure of, for example, a titanium (Ti) layer and a gold (Au) layer. The first gate 112 may be a floating gate that is neither directly applied nor grounded from the outside.

리셉터(195)는 오픈 영역(185)에 의하여 노출된 제 1 게이트(112)의 타측에 부착될 수 있다. 리셉터(195)는 작용기에 의해 제 1 게이트(112) 상에 부착될 수 있다. 리셉터(195)는, 예를 들어, 효소기질, 리간드, 아미노산, 펩티드, 단백질, 핵산, 지질 및 탄수화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 한편, 상기 작용기는, 예를 들어, 아민기, 카르복실기 및 티올기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 표적 물질은, 예를 들어, 단백질, 핵산, 올리고당, 아미노산, 탄수화물, 용해 가스, 산화황 가스, 산화질소 가스, 잔류 농약, 중금속 및 환경유해물질로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. The receptor 195 may be attached to the other side of the first gate 112 exposed by the open area 185. The receptor 195 may be attached on the first gate 112 by a functional group. The receptor 195 may be, for example, any one or more selected from the group consisting of enzyme substrates, ligands, amino acids, peptides, proteins, nucleic acids, lipids, and carbohydrates. Meanwhile, the functional group may be, for example, at least one selected from the group consisting of an amine group, a carboxyl group, and a thiol group. In addition, the target material may be, for example, at least one selected from the group consisting of proteins, nucleic acids, oligosaccharides, amino acids, carbohydrates, dissolved gas, sulfur oxide gas, nitrogen oxide gas, residual pesticides, heavy metals, and environmentally harmful substances. have.

감지막(160)은 리셉터(195) 및 이와 결합되는 표적 물질에 따라 저항이 가변될 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. 감지막(160)의 재질은, 예를 들어, 탄소나노튜브 또는 그래핀(graphene)을 포함할 수 있다.The sensing layer 160 may be made of a material whose resistance is variable according to the receptor 195 and a target material coupled thereto. The material of the sensing layer 160 may include, for example, carbon nanotubes or graphene.

상기 표적 물질을 함유하는 액상 시료가 오픈 영역(185) 내에 제공되면, 표적 물질이 리셉터(195)와 결합하면서 제 1 게이트(112) 표면 부분의 전하 밀도 변화가 발생하게 된다. 제 1 게이트(112)는 상기 오픈 영역(185)의 하부에서 감지막(160)의 아래로 일체로 연결되어 신장하므로, 오픈 영역(185)의 하부에 발생하는 제 1 게이트(112) 표면 부분의 전하 밀도 변화는, 감지막(160)의 하부까지 일체로 연결된 제 1 게이트(112)를 통하여, 감지막(160)의 전기적 특성을 변화시킬 수 있다. 결국, 감지막(160)의 전기적 특성(예를 들어, 전기 전도도) 변화에 의하여 유도되는 제 1 전극(140)과 제 2 전극(150) 사이의 채널 전류 변화를 측정함으로써, 상기 표적 물질의 농도를 정량화할 수 있다. When the liquid sample containing the target material is provided in the open area 185, the target material is combined with the receptor 195 to cause a change in charge density of the surface portion of the first gate 112. Since the first gate 112 is integrally connected and extended from the lower portion of the open area 185 to the lower portion of the sensing layer 160, the surface portion of the first gate 112 generated under the open area 185 The change in charge density may change the electrical characteristics of the sensing layer 160 through the first gate 112 integrally connected to the lower portion of the sensing layer 160. As a result, by measuring the change in channel current between the first electrode 140 and the second electrode 150 induced by a change in electrical properties (eg, electrical conductivity) of the sensing layer 160, the concentration of the target material Can be quantified.

다만, 감지막(160)이 표적 물질을 함유하는 액상 시료와 직접 접촉하는 경우 감지막(160)이 상기 액상 시료에 의하여 오염되어 전기적 특성의 정확한 측정이 어려워지는 문제점이 발생할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 비교예에 따른 바이오 감지 장치를 나타낸 도 3을 참조하면, 리셉터(195)가 감지막(160)에 바로 부착되는 구성을 도입하고 있는 바, 감지막(160)이 표적 물질(197)을 함유하는 액상 시료와 바로 접촉할 수 있다. However, when the sensing layer 160 directly contacts a liquid sample containing a target material, the sensing layer 160 may be contaminated by the liquid sample, making it difficult to accurately measure electrical characteristics. For example, referring to FIG. 3 showing a biosensing device according to a comparative example of the present invention, a configuration in which the receptor 195 is directly attached to the sensing layer 160 is introduced, and the sensing layer 160 is a target It is possible to directly contact a liquid sample containing the substance 197.

본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 감지 장치는, 표적 물질을 함유하는 액상 시료가 주입되는 오픈 영역(185)에 감지막(160)이 노출되지 않으며, 감지막(160)은 패시베이션 패턴(180)에 의하여 외부로부터 보호되는 구조를 가지므로 이러한 문제점을 근본적으로 방지할 수 있다.In the bio-sensing device according to an embodiment of the present invention, the sensing layer 160 is not exposed to the open area 185 into which a liquid sample containing a target material is injected, and the sensing layer 160 is a passivation pattern 180 This problem can be fundamentally prevented because it has a structure that is protected from the outside by.

도 3을 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 바이오 감지 장치는 기판(105) 상에 게이트 전극(112), 소스 전극(140), 드레인 전극(150)이 배치되며, 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 사이에 채널인 감지막(160)이 배치된다. 리셉터(195)는 감지막(160)에 바로 부착된다. 표적 물질(197)이 리셉터(195)와 결합하면서 감지막(160)의 전기적 특성이 변화되며 이에 의하여 유도되는 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 사이의 채널 전류 변화를 측정함으로써, 상기 표적 물질(197)의 농도를 정량화할 수 있다. 다만, 도 3에 도시된 게이트 전극(112)은 소정의 전압이 인가되므로 게이트 전극(112)에 의하여 상기 채널 전류에 미치는 영향이 클 수 있어 정밀한 측정에 한계가 있을 수 있다. 이와 달리, 도 1에 도시된 제 1 게이트(112)는 플로팅 게이트이므로 채널 전류에 미치는 영향을 최소화할 수 있어 정밀한 측정을 가능하게 할 수 있다. Referring to FIG. 3, in the biosensing device according to the comparative example of the present invention, a gate electrode 112, a source electrode 140, and a drain electrode 150 are disposed on a substrate 105, and the source electrode 140 and the A sensing layer 160 as a channel is disposed between the drain electrodes 150. The receptor 195 is directly attached to the sensing layer 160. As the target material 197 is combined with the receptor 195, the electrical characteristics of the sensing layer 160 are changed, and a change in channel current between the source electrode 140 and the drain electrode 150 induced thereby is measured. The concentration of the substance 197 can be quantified. However, since a predetermined voltage is applied to the gate electrode 112 illustrated in FIG. 3, the influence of the gate electrode 112 on the channel current may be large, and thus precise measurement may be limited. In contrast, since the first gate 112 shown in FIG. 1 is a floating gate, it is possible to minimize an effect on the channel current, thereby enabling precise measurement.

도 1을 다시 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오 감지 장치에서, 제 1 게이트(112)와 제 2 게이트(114)는 커패시턴스가 형성될 수 있는 이격거리(d)를 가지도록 배치될 수 있다. 나아가, 제 1 게이트(112)와 제 2 게이트(114)는 서로 나란하게 신장하도록 배치될 수 있으며, 제 1 게이트(112)와 제 2 게이트(114)는 같은 평면 상에 배치될 수 있다. 제 1 게이트(112)와 제 2 게이트(114)는, 예를 들어, 각각 티타늄(Ti)층과 금(Au)층의 적층구조를 가질 수 있다.Referring again to FIG. 1, in the biosensing device according to an embodiment of the present invention, the first gate 112 and the second gate 114 are disposed to have a separation distance d that can form a capacitance. I can. Furthermore, the first gate 112 and the second gate 114 may be disposed to extend parallel to each other, and the first gate 112 and the second gate 114 may be disposed on the same plane. The first gate 112 and the second gate 114 may have, for example, a stacked structure of a titanium (Ti) layer and a gold (Au) layer, respectively.

제 1 전극(140), 제 2 전극(150) 및 감지막(160)이 위치하는 제 1 게이트(112)에 이격되는 제 2 게이트(114)를 추가로 제공함으로써 제 1 게이트(112)와 제 2 게이트(114) 사이에 커패시턴스가 형성되어 바이오 감지 장치의 민감도를 상승시킬 수 있다. By additionally providing a second gate 114 spaced apart from the first gate 112 where the first electrode 140, the second electrode 150, and the sensing layer 160 are located, 2 A capacitance is formed between the gates 114 to increase the sensitivity of the biosensing device.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 감지 장치에서 게이트 인가 전압과 채널 전류의 관계를 나타내는 그래프이다. 4 is a graph showing a relationship between a gate applied voltage and a channel current in a biosensing device according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, R1 영역 보다 R2 영역에서 바이오 감지 장치의 민감도가 상승함을 이해할 수 있다. R1 영역은 제 1 게이트(112)만 존재하는 바이오 감지 장치에 해당하며, R2 영역은 상술한 제 1 게이트(112) 및 제 2 게이트(114)를 구비하는 바이오 감지 장치에 해당한다. Referring to FIG. 4, it can be understood that the sensitivity of the biosensing device is increased in the R2 region than in the R1 region. The R1 region corresponds to a bio-sensing device in which only the first gate 112 is present, and the R2 region corresponds to the bio-sensing device including the first and second gates 112 and 114 described above.

도 5는 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 바이오 감지 장치의 일부 구성을 도해하는 도면이다. 5 is a diagram illustrating a partial configuration of a biosensing device according to a modified embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 변형된 일 실시예에 따른 바이오 감지 장치는 제 1 게이트(112) 및 제 2 게이트(114)는 각각 서로를 향하여 신장하되 교번적으로 배치되는 돌출패턴(113)을 사이에 구비할 수 있다. 돌출패턴(113)은 제 1 게이트(112)의 측면에서 제 2 게이트(114) 방향으로 신장하는 제 1 돌출패턴(112a)과 제 2 게이트(114)의 측면에서 제 1 게이트(112) 방향으로 신장하는 제 2 돌출패턴(114a)을 포함할 수 있다. 제 1 돌출패턴(112a)은 제 1 게이트(112)와 연결되되 제 2 게이트(114)와는 이격되며, 제 2 돌출패턴(114a)은 제 2 게이트(114)와 연결되되 제 1 게이트(112)와는 이격되어 배치된다. 복수의 제 1 돌출패턴(112a)과 복수의 제 2 돌출패턴(114a)은 각각 빗살 모양의 콤(comb) 형상을 가질 수 있으며, 돌출패턴(113) 내 제 1 돌출패턴(112a)과 제 2 돌출패턴(114a)은 서로 교번적으로 엇갈리게 배치된다.Referring to FIG. 5, in the biosensing device according to a modified embodiment of the present invention, the first gate 112 and the second gate 114 extend toward each other, but the protruding patterns 113 are alternately disposed. It can be provided between. The protrusion pattern 113 extends from the side of the first gate 112 in the direction of the second gate 114 and the first protrusion pattern 112a and the side of the second gate 114 toward the first gate 112. It may include a second protruding pattern 114a extending. The first protruding pattern 112a is connected to the first gate 112 but spaced apart from the second gate 114, and the second protruding pattern 114a is connected to the second gate 114, and the first gate 112 They are placed apart from the wah. Each of the plurality of first protruding patterns 112a and the plurality of second protruding patterns 114a may have a comb-shaped comb shape, and the first protruding pattern 112a and the second protruding pattern 113 in the protruding pattern 113 The protruding patterns 114a are alternately disposed to stagger each other.

본 발명자는 이러한 구성을 채택함으로써 제 1 게이트(112)와 제 2 게이트(114) 사이에 형성되는 커패시턴스에 의하여 바이오 감지 장치의 민감도를 더욱 상승시킬 수 있음을 확인하였다. 즉, 도 5에 개시된 돌출패턴(113)의 도입으로 도 4에 도시된 R1 영역에서 R2 영역으로 용이하게 이동될 수 있음을 확인하였다. The inventors have confirmed that by adopting such a configuration, the sensitivity of the biosensing device can be further increased by the capacitance formed between the first gate 112 and the second gate 114. That is, it was confirmed that the introduction of the protruding pattern 113 disclosed in FIG. 5 can be easily moved from the R1 area to the R2 area shown in FIG.

도 5에 도시된 그 밖의 다른 구성요소는 도 1의 구성요소와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다. Other components shown in FIG. 5 are the same as those of FIG. 1, and thus descriptions thereof will be omitted.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

105 : 기판
112 : 제 1 게이트
114 : 제 2 게이트
140 : 제 1 전극
150 : 제 2 전극
160 : 감지막
180 : 패시베이션 패턴
185 : 오픈 영역
195 : 리셉터105: substrate
112: first gate
114: second gate
140: first electrode
150: second electrode
160: detection film
180: passivation pattern
185: open area
195: receptor

Claims (11)

기판 상에 서로 이격되어 신장하는 제 1 게이트 및 제 2 게이트;
제 1 게이트의 일측 상에 배치되되 서로 이격되어 배치된 제 1 전극 및 제 2 전극;
제 1 전극 및 제 2 전극 사이의 채널인 감지막; 및
기판 상에 형성되되, 표적 물질과 결합할 수 있는 리셉터가 제 1 게이트의 타측 상에 부착될 수 있도록 제 1 게이트의 일부가 노출되는 오픈(open) 영역을 구비하는, 패시베이션 패턴;을 포함하는,
바이오 감지 장치.
A first gate and a second gate spaced apart from each other and extending on the substrate;
A first electrode and a second electrode disposed on one side of the first gate and spaced apart from each other;
A sensing layer that is a channel between the first electrode and the second electrode; And
Including; a passivation pattern formed on a substrate and having an open region in which a part of the first gate is exposed so that a receptor capable of binding to the target material can be attached to the other side of the first gate.
Bio-sensing device.
 제 1 항에 있어서,
패시베이션 패턴이 구비하는 상기 오픈 영역은 감지막이 노출되지 않도록 감지막과 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는,
바이오 감지 장치.
The method of claim 1,
The open area provided in the passivation pattern is formed to be spaced apart from the sensing layer so that the sensing layer is not exposed,
Bio-sensing device.
 제 2 항에 있어서,
제 1 게이트는 상기 오픈 영역의 하부에서 감지막의 아래로 일체로 연결되어 신장하는,
바이오 감지 장치.
The method of claim 2,
The first gate is integrally connected and extended under the sensing layer under the open area,
Bio-sensing device.
 제 1 항에 있어서,
제 1 게이트와 제 2 게이트는 커패시턴스가 형성될 수 있는 이격거리를 가지도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
바이오 감지 장치.
The method of claim 1,
The first gate and the second gate are characterized in that they are arranged to have a separation distance that can form a capacitance,
Bio-sensing device.
 제 1 항에 있어서,
제 1 게이트와 제 2 게이트는 서로 나란하게 신장하도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
바이오 감지 장치.
The method of claim 1,
The first gate and the second gate, characterized in that arranged to extend parallel to each other,
Bio-sensing device.
 제 1 항에 있어서,
제 1 게이트와 제 2 게이트는 같은 평면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는,
바이오 감지 장치.
The method of claim 1,
Characterized in that the first gate and the second gate are disposed on the same plane,
Bio-sensing device.
 제 1 항에 있어서,
제 1 게이트 및 제 2 게이트는 각각 서로를 향하여 신장하되 교번적으로 배치되는 돌출패턴을 사이에 구비하는,
바이오 감지 장치.
The method of claim 1,
Each of the first gate and the second gate extends toward each other and has a protruding pattern alternately disposed therebetween,
Bio-sensing device.
 제 1 항에 있어서,
감지막은 리셉터 및 이와 결합되는 표적 물질에 따라 저항이 가변될 수 있는 물질로 이루어진, 바이오 감지 장치.
The method of claim 1,
The sensing layer is a bio-sensing device made of a material whose resistance can be varied according to a receptor and a target material coupled thereto.
 제 8 항에 있어서,
리셉터는 작용기에 의해 감지막 상에 부착되어 있으며, 효소기질, 리간드, 아미노산, 펩티드, 단백질, 핵산, 지질 및 탄수화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인, 바이오 감지 장치.
The method of claim 8,
The receptor is attached to the sensing membrane by a functional group, and is any one or more selected from the group consisting of enzyme substrates, ligands, amino acids, peptides, proteins, nucleic acids, lipids, and carbohydrates.
 제 9 항에 있어서,
작용기는 아민기, 카르복실기 및 티올기로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인, 바이오 감지 장치.
The method of claim 9,
The functional group is at least one selected from the group consisting of an amine group, a carboxyl group, and a thiol group.
 제 8 항에 있어서,
표적 물질은 단백질, 핵산, 올리고당, 아미노산, 탄수화물, 용해 가스, 산화황 가스, 산화질소 가스, 잔류 농약, 중금속 및 환경유해물질로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인, 바이오 감지 장치. The method of claim 8,
The target material is at least one selected from the group consisting of proteins, nucleic acids, oligosaccharides, amino acids, carbohydrates, dissolved gas, sulfur oxide gas, nitrogen oxide gas, residual pesticides, heavy metals, and environmentally hazardous substances.
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