KR100479263B1 - Fluorescence detecting device for detecting biomolecule using amorphous-silicon thin film transistor - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판에 부착된 프로브 생체 분자에 분석 대상 생체 분자를 결합시키고, 결합된 생체 분자에 광을 조사하여 발생되는 형광을 검출하는 생체 분자 감지를 위한 형광 검출 소자에 관한 것이다. 이 형광 검출 소자는, 투명 기판, 광 박막 트랜지스터, 커패시터 및 전달 박막 트랜지스터를 포함한다. 투명 기판은, 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 가지며, 제1 표면으로 광이 조사되고 제1 표면과 반대의 제2 표면은 제1 기판의 프로브 생체 분자가 부착된 면과 대향하도록 배치된다. 광 박막 트랜지스터는, 제1 영역에서 투명 기판의 제2 표면 위에 배치되어 결합된 생체 분자로부터 발생되는 형광에 대응하는 전하를 발생시킨다. 커패시터는, 제2 영역에서 투명 기판의 제2 표면 위에 광 박막 트랜지스터와 나란하게 배치되어 광 박막 트랜지스터로부터 발생된 전하를 저장한다. 그리고 전달 박막 트랜지스터는, 제3 영역에서 투명 기판의 제2 표면 위에 커패시터와 나란하게 배치되어 커패시터에 저장된 전하를 별도의 분석 시스템에 전달한다.The present invention relates to a fluorescence detection device for biomolecule detection for binding a biomolecule to be analyzed to a probe biomolecule attached to a substrate and detecting fluorescence generated by irradiating light to the bound biomolecule. This fluorescence detection element includes a transparent substrate, an optical thin film transistor, a capacitor and a transfer thin film transistor. The transparent substrate has a first region, a second region, and a third region, wherein light is irradiated onto the first surface and the second surface opposite to the first surface faces the side to which the probe biomolecules are attached to the first substrate. Is placed. The optical thin film transistor is disposed on the second surface of the transparent substrate in the first region and generates charge corresponding to the fluorescence generated from the bonded biological molecules. The capacitor is disposed alongside the optical thin film transistor on the second surface of the transparent substrate in the second region to store the charge generated from the optical thin film transistor. The transfer thin film transistor is then disposed in parallel with the capacitor on the second surface of the transparent substrate in the third region to transfer charge stored in the capacitor to a separate analysis system.
Description
본 발명은 생체 분자 감지를 위한 형광 검출 소에 관한 것으로서, 특히 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 이용한 생체 분자 감지를 위한 형광 검출 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a fluorescence detection element for the detection of biomolecules, and more particularly to a fluorescence detection element for biomolecule detection using an amorphous silicon thin film transistor.
현재 생체 분자, 예컨대 DNA 분석 방법으로서 DNA 칩의 이용이 크게 각광받고 있다. DNA 칩은 기판 표면에 염기 서열을 알고 있는 프로브 DNA를 정해진 위치에 부착시켜 배열한 것이다. 이러한 DNA 칩에 분석하고자 하는 분석 대상 DNA를 결합시키면 DNA 칩에 부착되어 있는 프로브 DNA들과 분석 대상 DNA의 염기 서열의 상보성에 따라 서로 다른 혼성화 양상을 나타낸다. 그리고 이를 여러 가지 방법들을 통해 관찰 해석함으로써 분석 대상 DNA의 염기 서열 또는 유전자형 분석을 하거나 시료 중의 특정 유전자 발현 양상을 분석할 수 있다.Currently, the use of DNA chips as biomolecules, such as DNA analysis methods, has gained much attention. DNA chips are arranged by attaching a probe DNA having a known nucleotide sequence to a surface of a substrate at a predetermined position. When the DNA to be analyzed is bound to the DNA chip, the hybridization pattern is different depending on the complementarity between the probe DNAs attached to the DNA chip and the base sequence of the DNA to be analyzed. And by observing and interpreting this through various methods, the nucleotide sequence or genotype analysis of the DNA to be analyzed or specific gene expression patterns in the sample can be analyzed.
상기 프로브 DNA와 분석 대상 DNA의 결합에 의해 상보 결합된 DNA를 감지하는 방법들 중의 하나로 형광 표지법에 의한 DNA 감지 방법이 있다. 이 방법은 상보 결합된 DNA에 광을 조사하면 형광이 발생하는 성질을 이용하는 방법이다. 이때 형광을 감지하기 위해서는, 통상적으로 공초점 현미경(confocal microscope), 전하 결합 소자(CCD; Charge Coupled Device) 카메라, 또는 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS; Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 카메라 등의 광학 소자들을 이용한다.As one of methods for detecting complementary bound DNA by binding of the probe DNA and the DNA to be analyzed, there is a DNA detection method by fluorescent labeling. This method utilizes the property that fluorescence occurs when light is irradiated onto complementary DNA. In order to detect fluorescence, optical devices such as a confocal microscope, a charge coupled device (CCD) camera, or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor camera are typically used. I use it.
그런데 이와 같은 광학 소자들은 렌즈계(lens system)와 같은 광학 요소들을 필요로 한다. 이 광학 요소들의 필요성에 의해 DNA 칩의 소형화와 원가 절감이 용이하지 않게 된다. 또한 분석 대상이 다수인 경우 그 출력이 각각의 분석 사이트에 대해서 개별적이지 않으므로 검출 이미지에 대한 후속 처리가 요구된다는 단점도 있다.However, such optical elements require optical elements such as a lens system. The necessity of these optical elements makes DNA chips smaller and less costly. In addition, in the case of a large number of analysis targets, the output is not individual for each analysis site, so that subsequent processing of the detected image is required.
따라서 최근에는 광학 소자들을 사용하지 않는 형광 검출 방법들이 연구되고 있다. 그 결과들 중의 하나로서 전기 영동 시스템에 집적된 형광 검출 소자가 제안된 바 있다(J. R. Webster, et al., Anal. Chem. 2001, 73, 1622-1626). 이 형광 검출 소자는, 실리콘 기판에 광 다이오드 및 형광 자극광을 차단하는 간섭 필터가 배치되고 그 위에 전기 영동을 위한 유체 채널부가 배치되는 구조를 갖는다. 이와 같은 구조의 형광 검출 소자에 의하면, 전기 영동이 진행되면서 발생되는 형광에 대응되는 광전류가 광 다이오드부로 발생된다.Therefore, recently, fluorescence detection methods that do not use optical elements have been studied. As one of the results, a fluorescent detection device integrated in an electrophoretic system has been proposed (J. R. Webster, et al., Anal. Chem. 2001, 73, 1622-1626). This fluorescence detection element has a structure in which an interference filter for blocking photodiodes and fluorescent stimulation light is disposed on a silicon substrate, and a fluid channel portion for electrophoresis is disposed thereon. According to the fluorescence detection element having such a structure, a photocurrent corresponding to the fluorescence generated as the electrophoresis proceeds is generated in the photodiode portion.
그런데 이 형광 검출 소자는, 광학 소자를 이용하지 않으며 출력 데이터의 디지털화가 가능하다는 장점이 있음에도 불구하고, 실리콘 기판을 사용함으로써 모기판의 크기는 작고 형성하는 소자의 크기는 상대적으로 크기 때문에 가격적으로 비싼 단점이 있다. 또한 형광 자극광에 의한 광 다이오드 전류 생성 억제를 위한 필터가 별도로 필요하다는 단점도 있다.However, despite the advantage that the fluorescence detection element does not use an optical element and the output data can be digitized, the size of the mother substrate is small and the size of the formed element is relatively large due to the use of a silicon substrate. There is an expensive disadvantage. In addition, there is a disadvantage that a separate filter for suppressing photodiode current generation by fluorescent stimulation light is required.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 광학 소자를 이용하지 않으면서도 별도의 형광 자극광 필터가 불필요하며 제작 단가가 낮은 생체 분자 감지를 위한 형광 검출 소자를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a fluorescence detection device for detecting a biomolecule, which requires no additional fluorescent stimulation light filter and has low manufacturing cost without using an optical device.
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상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 생체 분자 감지를 위한 형광 검출 소자는, 제1 기판에 부착된 프로브 생체 분자에 분석 대상 생체 분자를 결합시키고, 결합된 생체 분자에 광을 조사하여 발생되는 형광을 검출하는 생체 분자 감지를 위한 형광 검출 소자에 있어서, 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역을 가지며, 제1 표면으로 상기 광이 조사되고 상기 제1 표면과 반대의 제2 표면은 상기 제1 기판의 프로브 생체 분자가 부착된 면과 대향하도록 배치되는 투명 기판; 상기 제1 영역에서 상기 투명 기판의 상기 제2 표면 위에 배치되어 상기 결합된 생체 분자로부터 발생되는 형광에 대응하는 전하를 발생시키는 광 박막 트랜지스터; 상기 제2 영역에서 상기 투명 기판의 상기 제2 표면 위에 상기 광 박막 트랜지스터와 나란하게 배치되어 상기 광 박막 트랜지스터로부터 발생된 전하를 저장하는 커패시터; 및 상기 제3 영역에서 상기 투명 기판의 상기 제2 표면 위에 상기 커패시터와 나란하게 배치되어 상기 커패시터에 저장된 전하를 별도의 분석 시스템에 전달하는 전달 박막 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a fluorescence detection device for detecting a biomolecule according to the present invention is generated by binding a biomolecule to be analyzed to a probe biomolecule attached to a first substrate and irradiating light to the biomolecule bound to In the fluorescence detection element for detecting the fluorescence is a fluorescence detection element, having a first region, a second region and a third region, the light is irradiated to a first surface and the second surface opposite to the first surface A transparent substrate disposed to face a surface to which the probe biomolecule of the first substrate is attached; An optical thin film transistor disposed on the second surface of the transparent substrate in the first region to generate a charge corresponding to the fluorescence generated from the bound biomolecule; A capacitor disposed in the second region in parallel with the optical thin film transistor on the second surface of the transparent substrate to store charge generated from the optical thin film transistor; And a transfer thin film transistor disposed side by side with the capacitor on the second surface of the transparent substrate in the third region to transfer charge stored in the capacitor to a separate analysis system.
상기 광 박막 트랜지스터, 커패시터 및 전달 박막 트랜지스터는, 상기 제1 영역에서 상기 투명 기판 위에 형성된 광 박막 트랜지스터의 게이트 전극; 상기 제3 영역에서 상기 투명 기판 위에 형성된 전달 박막 트랜지스터의 게이트 전극; 상기 제2 영역에서 상기 투명 기판 위에 배치된 상기 커패시터의 하부 전극으로서의 제1 투명 도전막; 상기 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역에서 상기 광 박막 트랜지스터의 게이트 전극, 상기 커패시터의 하부 전극으로서의 투명 도전막, 및 상기 전달 박막 트랜지스터의 게이트 전극 위에 형성된 절연막; 상기 제1 영역 및 제3 영역에서 상기 절연막 위에 형성된 비정질 실리콘층; 상기 제1 영역에서의 비정질 실리콘층 위에서 상기 비정질 실리콘층의 일부 표면을 노출시키도록 배치되어 광 박막 트랜지스터의 소스/드레인 영역으로 사용되고, 상기 제2 영역에서 상기 절연막 위에 배치되어 상기 커패시터의 상부 전극으로 사용되는 제2 투명 도전막; 상기 제3 영역에서의 비정질 실리콘층 위에서 상기 비정질 실리콘층의 일부 표면을 노출시키도록 배치되어 전달 박막 트랜지스터의 소스/드레인 영역으로 사용되는 금속막; 상기 광 박막 트랜지스터 및 전달 박막 트랜지스터의 비정질 실리콘층, 상기 제2 투명 도전막 및 상기 금속막 위에 형성된 제1 보호막; 상기 제3 영역에서 상기 제1 보호막 위에 형성된 광차폐막; 및 상기 제1 영역 및 제2 영역의 제1 보호막 위 및 상기 제3 영역의 광차폐막 위에 형성된 제2 보호막을 구비하는 것이 바람직하다.The optical thin film transistor, the capacitor, and the transfer thin film transistor may include: a gate electrode of the optical thin film transistor formed on the transparent substrate in the first region; A gate electrode of a transfer thin film transistor formed on the transparent substrate in the third region; A first transparent conductive film as a lower electrode of the capacitor disposed on the transparent substrate in the second region; An insulating film formed over the gate electrode of the optical thin film transistor, the transparent conductive film as a lower electrode of the capacitor, and the gate electrode of the transfer thin film transistor in the first, second and third regions; An amorphous silicon layer formed on the insulating film in the first and third regions; Disposed to expose a portion of the surface of the amorphous silicon layer on the amorphous silicon layer in the first region, and used as a source / drain region of the optical thin film transistor, and disposed on the insulating film in the second region to the upper electrode of the capacitor. A second transparent conductive film used; A metal film disposed to expose a portion of the surface of the amorphous silicon layer on the amorphous silicon layer in the third region and used as a source / drain region of a transfer thin film transistor; A first passivation layer formed on the amorphous silicon layer, the second transparent conductive layer, and the metal layer of the optical thin film transistor and the transfer thin film transistor; A light shielding layer formed on the first passivation layer in the third region; And a second passivation layer formed on the first passivation layer of the first and second regions and on the light shielding layer of the third region.
상기 제1 투명 도전막 및 제2 투명 도전막은 ITO막인 것이 바람직하다.It is preferable that a said 1st transparent conductive film and a 2nd transparent conductive film are ITO films.
상기 제1 영역에서의 비정질 실리콘층 및 제2 투명 도전막 사이와, 상기 제3 영역에서의 비정질 실리콘층 및 금속막 사이에 배치된 오믹 컨택층을 더 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable to further include an ohmic contact layer disposed between the amorphous silicon layer and the second transparent conductive film in the first region, and between the amorphous silicon layer and the metal film in the third region.
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이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.
도 1은 본 발명에 따른 생체 분자 감지를 위한 형광 검출 소자를 나타내 보인 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a fluorescence detection device for detecting a biological molecule according to the present invention.
도 1을 참조하면, 상기 형광 검출 소자(100)는, 제1 영역(I), 제2 영역(II) 및 제3 영역(III)을 갖는 투명 기판(102)을 포함한다. 투명 기판(102)은 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판으로 이루어질 수 있다. 투명 기판(102)은 하부의 제1 표면(102a) 및 상부의 제2 표면(102b)을 갖는다. 하부의 제1 표면(102a)으로 광이 조사되는 경우, 이 광은 투명 기판(102)을 관통하여 상부의 제2 표면(102b) 밖으로 출사된다. 투명 기판(102) 위의 제1 영역(I)에는 광 박막 트랜지스터(TFToptic)가 배치된다. 투명 기판(102) 위의 제2 영역(II)에는 커패시터(CAP)가 배치된다. 그리고 투명 기판(102) 위의 제3 영역(III)에는 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)가 배치된다.Referring to FIG. 1, the fluorescence detection device 100 includes a transparent substrate 102 having a first region I, a second region II, and a third region III. The transparent substrate 102 may be made of a glass substrate or a transparent plastic substrate. The transparent substrate 102 has a lower first surface 102a and an upper second surface 102b. When light is irradiated to the lower first surface 102a, the light penetrates the transparent substrate 102 and exits the upper second surface 102b. An optical thin film transistor TFT optic is disposed in the first region I on the transparent substrate 102. The capacitor CAP is disposed in the second region II on the transparent substrate 102. The transfer thin film transistor TFT trans is disposed in the third region III on the transparent substrate 102.
광 박막 트랜지스터(TFToptic)는, 게이트 전극(104), 게이트 절연막으로서의 절연막(110), 활성층으로서의 비정질 실리콘층(112), 드레인 영역 및 소스 영역으로서의 투명 도전막(116, 118)을 포함하여 구성된다.An optical thin-film transistor (TFT optic) is configured to include the gate electrode 104, an insulating film as a gate insulating film 110, an amorphous silicon layer as the active layer 112, a transparent conductive film as a drain region and a source region (116, 118) do.
게이트 전극(104)은 금속 물질 패턴, 예컨대 크롬(Cr) 패턴을 사용하여 형성할 수 있다. 이 게이트 전극(104)은, 제1 영역(I)에서 투명 기판(102)의 제2 표면(102b)의 일부 표면 위에 위치된다. 게이트 전극(104) 위에는 게이트 절연막으로서의 절연막(110)이 배치된다. 절연막(110)은 실리콘 질화막을 사용하여 형성할 수 있다. 절연막(110)은, 제1 영역(I)에서 게이트 절연막으로 사용될 뿐만이 아니라, 제2 영역(II) 및 제3 영역(III)에도 연장되어 각각 유전체막 및 게이트 절연막으로도 사용된다.The gate electrode 104 may be formed using a metal material pattern, for example, a chromium (Cr) pattern. This gate electrode 104 is located on a part of the surface of the second surface 102b of the transparent substrate 102 in the first region I. An insulating film 110 as a gate insulating film is disposed on the gate electrode 104. The insulating film 110 may be formed using a silicon nitride film. The insulating film 110 is not only used as the gate insulating film in the first region I, but also extends to the second region II and the third region III to serve as the dielectric film and the gate insulating film, respectively.
절연막(110) 위에는 광 박막 트랜지스터(TFToptic)의 활성층으로서의 비정질 실리콘층(112)이 배치된다. 비정질 실리콘층(112)은, 진성(intrinsic)의 비정질 실리콘막으로 이루어지며, 일정 조건 하에서 채널이 형성될 수 있는 부분이다. 비정질 실리콘층(112) 위에는, 예컨대 ITO(Indium Tin Oxide)막과 같은 투명 도전막들(116, 118)이 배치된다. 투명 도전막들(116, 118)은 상호 일정 간격 이격되어 비정질 실리콘층(112)의 일부 표면이 노출되도록 형성된다. 투명 도전막(116)은 광 박막 트랜지스터(TFToptic)의 드레인 영역으로 사용되며, 투명 도전막(118)은 광 박막 트랜지스터(TFToptic)의 소스 영역으로 사용된다. 투명 도전막(118)은 제2 영역(II)까지 연장되어 커패시터(CAP)의 상부 전극막으로도 또한 이용된다. 투명 도전막(116)과 비정질 실리콘층(112) 사이 및 투명 도전막(118)과 비정질 실리콘층(112) 사이에는 오믹 컨택(ohmic contact)을 위한 n+ 실리콘층(120)이 배치된다. 비정질 실리콘층(112)의 노출 표면과 투명 도전막(116, 118) 위에는 제1 보호막(128) 및 제2 보호막(132)이 순차적으로 형성된다.The active layer as the amorphous silicon layer 112 of the optical thin film transistor (TFT optic) is disposed above the insulating film 110. The amorphous silicon layer 112 is formed of an intrinsic amorphous silicon film, and is a portion where a channel can be formed under a predetermined condition. On the amorphous silicon layer 112, for example, transparent conductive films 116 and 118 such as an indium tin oxide (ITO) film are disposed. The transparent conductive layers 116 and 118 are formed to be spaced apart from each other at a predetermined interval to expose a portion of the surface of the amorphous silicon layer 112. The transparent conductive film 116 is used as the source region of the drain region is used as the optical thin-film transistor (TFT optic), a transparent conductive film 118 is an optical thin-film transistor (TFT optic). The transparent conductive film 118 extends to the second region II and is also used as the upper electrode film of the capacitor CAP. The n + silicon layer 120 for ohmic contact is disposed between the transparent conductive film 116 and the amorphous silicon layer 112 and between the transparent conductive film 118 and the amorphous silicon layer 112. The first passivation layer 128 and the second passivation layer 132 are sequentially formed on the exposed surface of the amorphous silicon layer 112 and the transparent conductive layers 116 and 118.
커패시터(CAP)는, 투명 도전막(108), 절연막(110) 및 투명 도전막(118)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 즉 제2 영역(II)에서, 투명 기판(102) 위에 투명 도전막(108)이 배치된다. 이 투명 도전막(108)은 ITO막 패턴으로 형성할 수 있으며, 커패시터(CAP)의 하부 전극막으로 사용된다. 본 실시예에서, 투명 도전막(108)은 광 박막 트랜지스터(TFToptic)의 게이트 전극(104)과 직접 컨택되지만, 다른 실시예서는 광 박막 트랜지스터(TFToptic)의 게이트 전극(104)과 분리되도록 배치할 수도 있다.The capacitor CAP has a structure in which the transparent conductive film 108, the insulating film 110, and the transparent conductive film 118 are sequentially stacked. That is, in the second region II, the transparent conductive film 108 is disposed on the transparent substrate 102. The transparent conductive film 108 can be formed in an ITO film pattern and is used as the lower electrode film of the capacitor CAP. In this embodiment, the transparent conductive film 108 is, but direct contact with the gate electrode 104 of the optical thin film transistor (TFT optic), such that other implementations clerical script is separated from the gate electrode 104 of the optical thin film transistor (TFT optic) You can also place it.
상기 투명 도전막(108) 위에는 유전체막으로서의 절연막(110)이 배치된다. 이 절연막(110)은 실리콘 질화막으로서, 제1 영역(I)의 광 박막 트랜지스터(TFToptic)의 게이트 절연막으로도 함께 사용된다. 또한 제3 영역(III)의 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)의 게이트 절연막으로도 사용된다.An insulating film 110 as a dielectric film is disposed on the transparent conductive film 108. The insulating film 110 is also used with a gate insulating film of a silicon nitride film, the first optical thin film transistor area (TFT optic) of (I). It is also used as a gate insulating film of the transfer thin film transistor TFT trans of the third region III.
다시 제2 영역(II)에서, 절연막(110) 위에는 투명 도전막(118)이 배치된다. 투명 도전막(118)은, 앞서 언급한 바와 같이, 제2 영역(II)에서 커패시터의 상부 전극막으로 사용되며, 동시에 제1 영역(I)에서는 광 박막 트랜지스터(TFToptic)의 소스 영역으로도 함께 사용된다. 따라서 광 박막 트랜지스터(TFToptic)의 소스 영역과 커패시터의 상부 전극은, 전기적으로 상호 연결된 구조로 이루어진다. 제1 영역(I)에서와 마찬가지로, 제2 영역(II)에서도 투명 도전막(118) 위에 제1 보호막(128) 및 제2 보호막(132)이 순차적으로 형성된다.In the second region II, the transparent conductive film 118 is disposed on the insulating film 110. The transparent conductive film 118 is, as noted above, is used as the second region (II) the upper electrode film of the capacitor at the same time also to the source region of the first region (I) the optical thin-film transistor (TFT optic) in Used together. Therefore, the upper electrode of the capacitor and a source region of the optical thin film transistor (TFT optic) is made in an electrically interconnected structure. As in the first region I, the first passivation layer 128 and the second passivation layer 132 are sequentially formed on the transparent conductive layer 118 in the second region II.
전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)는, 게이트 전극(106), 게이트 절연막으로서의 절연막(110), 활성층으로서의 비정질 실리콘층(114), 드레인 영역 및 소스 영역으로서의 금속막(122, 124)을 포함하여 구성된다. 또한 상기 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)는 금속막(122, 124) 위에서 순차적으로 적층된 제1 보호막(128), 광차폐막(130) 및 제2 보호막(132)도 포함한다.Passing the thin-film transistor (TFT trans) is constituted by a gate electrode 106, an insulating film as a gate insulating film 110, an amorphous silicon layer 114 as an active layer, a metal film serving as the drain region and the source region (122, 124) . In addition, the transfer thin film transistor (TFT trans) also includes a metal film (122,124) sequentially from above in a first protective film 128, a light shielding film 130 and the second protective film 132 is laminated.
보다 구체적으로 설명하면, 제3 영역(III)에서 투명 기판(102) 위에 게이트 전극(106)이 배치된다. 이 게이트 전극(106)은, 금속 물질 패턴, 예컨대 크롬(Cr) 패턴을 사용하여 형성할 수 있다. 게이트 전극(106) 위에는 게이트 절연막으로서의 절연막(110)이 배치된다. 절연막(110)은 실리콘 질화막을 사용하여 형성할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 절연막(110)은, 제1 영역(I)에서의 게이트 절연막 및 제2 영역(II)의 유전체막으로도 함께 사용된다.In more detail, the gate electrode 106 is disposed on the transparent substrate 102 in the third region III. The gate electrode 106 may be formed using a metal material pattern, for example, a chromium (Cr) pattern. An insulating film 110 as a gate insulating film is disposed on the gate electrode 106. The insulating film 110 may be formed using a silicon nitride film. As described above, the insulating film 110 is also used together as the gate insulating film in the first region I and the dielectric film in the second region II.
절연막(110) 위에는 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)의 활성층으로서의 비정질 실리콘층(114)이 배치된다. 비정질 실리콘층(114)은, 진성의 비정질 실리콘막으로 이루어지며, 일정 조건 하에서 채널이 형성될 수 있는 부분이다. 비정질 실리콘층(114) 위에는, 예컨대 금속막들(122, 124)이 배치된다. 금속막들(122, 124)은 상호 일정 간격 이격되어 비정질 실리콘층(114)의 일부 표면이 노출되도록 형성된다. 금속막(122)은 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)의 드레인 영역으로 사용되며, 금속막(124)은 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)의 소스 영역으로 사용된다. 금속막(122)은 제2 영역(II)의 투명 도전막(118)과 직접 컨택되도록 배치된다. 따라서 커패시터(CAP)의 상부 전극과 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)의 드레인 영역은 전기적으로 서로 연결되는 구조로 이루어진다. 금속막(122)과 비정질 실리콘층(114) 사이 및 금속막(124)과 비정질 실리콘층(114) 사이에는 오믹 컨택(ohmic contact)을 위한 n+ 실리콘층(126)이 배치된다.An amorphous silicon layer 114 is disposed on the insulating layer 110 as an active layer of the transfer thin film transistor TFT trans . The amorphous silicon layer 114 is made of an intrinsic amorphous silicon film, and is a portion where a channel can be formed under a predetermined condition. For example, metal layers 122 and 124 are disposed on the amorphous silicon layer 114. The metal layers 122 and 124 are formed to be spaced apart from each other at a predetermined interval to expose a portion of the surface of the amorphous silicon layer 114. The metal film 122 is used as a drain region of the transfer thin film transistor TFT trans , and the metal film 124 is used as a source region of the transfer thin film transistor TFT trans . The metal film 122 is disposed to be in direct contact with the transparent conductive film 118 in the second region II. Therefore, the upper electrode of the capacitor CAP and the drain region of the transfer thin film transistor TFT trans are electrically connected to each other. An n + silicon layer 126 for ohmic contact is disposed between the metal film 122 and the amorphous silicon layer 114 and between the metal film 124 and the amorphous silicon layer 114.
비정질 실리콘층(114)의 노출 표면과 금속막(122, 124) 위에는 제1 보호막(128)이 형성된다. 제1 보호막(128) 위에는 광 차폐층(130)이 형성된다. 광 차폐층(130) 위에는 제2 보호막(132)이 형성된다.The first passivation layer 128 is formed on the exposed surface of the amorphous silicon layer 114 and the metal films 122 and 124. The light shielding layer 130 is formed on the first passivation layer 128. The second passivation layer 132 is formed on the light shielding layer 130.
도 2a는 도 1의 형광 검출 소자의 등가 회로의 일 예를 나타내 보인 회로도이다.2A is a circuit diagram illustrating an example of an equivalent circuit of the fluorescence detection device of FIG. 1.
도 2a에 도시된 바와 같이, 광 박막 트랜지스터(TFToptic), 커패시터(CAP) 및 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)가 전기적으로 상호 연결된다. 구체적으로 설명하면, 광 박막 트랜지스터(TFToptic)의 드레인 단자(D1)는 외부 바이어스 단자(Vpd)에 연결되어 바이어스 전압을 인가 받을 수 있다. 광 박막 트랜지스터(TFToptic)의 소스 단자(S1)는 커패시터(CAP)의 상부 전극 단자(E2)와 직접 연결된다. 광 박막 트랜지스터(TFToptic)의 게이트 단자(G1)는 외부 바이어스 단자(Vpg)에 연결되어 일정 크기의 바이어스 전압을 인가 받을 수 있으며, 동시에 커패시터(CAP)의 하부 전극 단자(E1)와도 연결된다. 한편 광 박막 트랜지스터(TFToptic)로 향하는 화살표(200)는 결합된 DNA로부터 발생되는 형광을 나타낸다.As shown in Figure 2a, the optical thin film transistor (TFT optic), a capacitor (CAP) and delivered a thin film transistor (TFT trans) are electrically interconnected. Specifically, the drain terminal (D1) of the optical thin film transistor (TFT optic) is connected to an external bias terminal (V pd) may be applied to a bias voltage. The source terminal S1 of the optical thin film transistor TFT optic is directly connected to the upper electrode terminal E2 of the capacitor CAP. The gate terminal (G1) of the optical thin film transistor (TFT optic) is connected to an external bias terminal (V pg) can be applied to a bias voltage of a predetermined size, at the same time is connected to come lower electrode terminal (E1) of the capacitor (CAP) . The arrow 200 is directed to an optical thin-film transistor (TFT optic) shows the fluorescence generated from the combined DNA.
커패시터(CAP)의 하부 전극 단자(E1) 및 상부 전극 단자(E2)는 각각 광 박막 트랜지스터(TFToptic)의 게이트 단자(G1) 및 소스 단자(S1)에 연결되는데, 상부 전극 단자(E2)는 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)의 드레인 단자(D2)에도 또한 연결된다. 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)의 소스 단자(S2)는 출력 단자(O)에 연결된다. 그리고 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)의 게이트 단자(G2)는 펄스 신호 발생기(미도시)에 연결되어 일정 주파수의 펄스 신호(210)가 입력된다. 한편 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans) 위에 배치된 박막(220)은 형광(200)이 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans) 내의 전류량에 영향 주는 것을 차단하기 위한 광차폐막을 나타낸다.The lower electrode terminal (E1) and an upper electrode terminal (E2) of the capacitor (CAP) is are connected to the gate terminal (G1) and the source terminal (S1) of the optical thin film transistor (TFT optic), respectively, the upper electrode terminal (E2) is It is also connected to the drain terminal D2 of the transfer thin film transistor TFT trans . The source terminal S2 of the transfer thin film transistor TFT trans is connected to the output terminal O. The gate terminal G2 of the transfer thin film transistor TFT trans is connected to a pulse signal generator (not shown) to receive a pulse signal 210 having a predetermined frequency. On the other hand, the thin film 220 is disposed on the transfer thin film transistor (TFT trans) denotes a light shielding film for cutting off to give effect to the amount of current in the fluorescent light 200 is passed the thin film transistor (TFT trans).
도 2b는 도 1의 형광 검출 소자의 등가 회로의 다른 예를 나타내 보인 회로도이다. 도 2b에서 도 2a와 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다. 따라서 중복되는 설명은 생략하기로 하고 다른 부분만 설명하기로 한다.FIG. 2B is a circuit diagram illustrating another example of an equivalent circuit of the fluorescence detection element of FIG. 1. In FIG. 2B, the same reference numerals as used in FIG. 2A denote the same components. Therefore, duplicate descriptions will be omitted and only different portions will be described.
도 2b에 도시된 바와 같이, 본 실시예는, 커패시터(CAP)의 하부 전극 단자(E1)와 광 박막 트랜지스터(TFToptic)의 게이트 단자(G1)가 상호 연결되지 않는다는 점에서, 도 2a에 도시된 등가 회로도와 다르다. 본 실시예에 따른 등가 회로가 성립되기 위해서는, 도 1의 게이트 전극(104)과 투명 도전막(108)이 직접 컨택되지 않고 전기적으로 상호 분리되어야 한다. 본 실시예에 따른 등가 회로의 경우, 커패시터(CAP)의 하부 전극 단자(E1)는 접지된다.As shown in FIG. 2B, the present embodiment is illustrated in FIG. 2A in that the lower electrode terminal E1 of the capacitor CAP and the gate terminal G1 of the optical thin film transistor TFT optic are not interconnected. Different equivalent schematic diagram. In order to establish an equivalent circuit according to the present exemplary embodiment, the gate electrode 104 and the transparent conductive film 108 of FIG. 1 should be electrically separated from each other without directly contacting each other. In the equivalent circuit according to the present embodiment, the lower electrode terminal E1 of the capacitor CAP is grounded.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 형광 검출 소자의 동작을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다. 도 3a 및 도 3b에서 도 1과 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.3A and 3B are cross-sectional views illustrating the operation of the fluorescence detection device of FIG. 1. 3A and 3B, the same reference numerals as used in FIG. 1 denote the same components.
먼저 도 3a를 참조하면, 프로브 DNA(16)이 부착된 제1 기판(12)과 본 발명에 따른 형광 검출 소자(100)가 상호 대향되는 위치에 각각 배치된다. 프로브 DNA(16)는 프로브 DNA(16)를 고정시키기 위한 고정막(14)에 의해 제1 기판(12)의 일정 영역에서 고정된다.First, referring to FIG. 3A, the first substrate 12 to which the probe DNA 16 is attached and the fluorescence detection device 100 according to the present invention are disposed at positions facing each other. The probe DNA 16 is fixed in a predetermined region of the first substrate 12 by the fixed membrane 14 for fixing the probe DNA 16.
이와 같이 배치된 상태에서 분석 대상 DNA를 주입하여 프로브 DNA(16)와 결합시킨다. 그리고 암실 환경에서, 투명 기판(102)의 제1 표면(102a) 쪽으로 형광 자극광(310)을 입사시킨다. 도면에서 형광 자극광(310)은 실선의 화살표로 도시되었다. 이 형광 자극광(310)은 형광 검출 소자(100)를 관통하여, 분석 대상 DNA가 프로브 DNA(16)와 혼성화되어 상보 결합된 DNA까지 조사된다. 그러면 상보 결합된 DNA로부터 형광(320)이 발생된다. 도면에서 형광(320)은 점선의 화살표로 도시되었다. 이 형광(320)은 광 박막 트랜지스터(TFToptic)로 입사되며, 광차폐막(130)에 의해 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)로는 입사되지 않는다.In this manner, the DNA to be analyzed is injected and combined with the probe DNA 16. In the dark room environment, the fluorescent stimulating light 310 is incident toward the first surface 102a of the transparent substrate 102. In the drawing, the fluorescent stimulating light 310 is shown by a solid arrow. The fluorescence stimulating light 310 penetrates through the fluorescence detection element 100, and the DNA to be analyzed is hybridized with the probe DNA 16 and irradiated to the complementary DNA. The fluorescence 320 is then generated from the complementary bound DNA. In the figure, fluorescence 320 is shown as a dashed arrow. This fluorescence 320 is incident to the optical thin-film transistor (TFT optic), it does not roneun incident pass thin film transistor (TFT trans) by the light shielding film (130).
형광이 조사된 광 박막 트랜지스터(TFToptic)에서는 투명 도전막(116), 비정질 실리콘층(112) 및 투명 도전막(116)으로 이어지는 경로를 통해 광전류가 흐른다. 이와 같이 형광이 조사되면 광전류가 흐르는 현상은 비정질 실리콘 재질의 특성에 의해 발생되는 현상이다. 즉 도 6에 도시된 바와 같이, 드레인 영역으로 사용되는 투명 도전막(116)에 10V의 바이어스를 인가한 상태에서 게이트 전극(104)에 인가되는 전압을 -20V에서 20V로 변화시키게 되면, 광이 조사되지 않는 경우(610)와 광이 조사되는 경우(620)에서의 드레인 전류가 서로 다른 형태로 변화되는 것을 알 수 있다. 특히 게이트 전압이 포지티브 값을 갖는 경우에는 광이 조사되지 않는 경우(610)에서의 드레인 전류 변화와 광이 조사되는 경우(620)에서의 드레인 전류 변화의 차이가 크지 않다. 그러나 게이트 전압이 네가티브 값을 갖는 경우에는 광이 조사되는 경우(620)에서의 드레인 전류값은 광이 조사되지 않는 경우(610)에서의 드레인 전류값보다 대략 1000배 정도 크게 나타난다.An optical thin-film transistor is irradiated with fluorescent light (optic TFT) In the photoelectric current flows through a path leading to the transparent conductive film 116, an amorphous silicon layer 112 and the transparent conductive film 116. When the fluorescence is irradiated as described above, the phenomenon in which the photocurrent flows is caused by the characteristics of the amorphous silicon material. That is, as shown in FIG. 6, when the voltage applied to the gate electrode 104 is changed from -20V to 20V while a bias of 10V is applied to the transparent conductive film 116 used as the drain region, light is generated. It can be seen that the drain current in the case where it is not irradiated (610) and when the light is irradiated (620) is changed in a different form. In particular, when the gate voltage has a positive value, the difference between the drain current change when the light is not irradiated (610) and the change of the drain current when the light is irradiated (620) is not large. However, when the gate voltage has a negative value, the drain current value in the case where light is irradiated (620) is approximately 1000 times larger than the drain current value in the case where light is not irradiated (610).
따라서 상보 결합이 이루어진 DNA로부터 발생되는 형광(320)이 광 박막 트랜지스터(TFToptic)의 비정질 실리콘층(112)으로 입사하게 되면, 적절한 바이어스 조건 하에서 투명 도전막(116)으로부터 투명 도전막(118)으로 광전류가 흐르게 된다. 투명 도전막(118)은 커패시터(CAP)의 상부 전극으로도 사용되므로 상기 광전류는 커패시터(CAP)의 유전체막으로서 사용되는 절연막(110)에 축적된다. 이와 같은 과정이 이루어지는 동안, 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)는 턴 오프(turn off) 상태를 유지한다.Therefore, when the fluorescence 320 generated from the DNA complementary coupling consisting of two incident into the amorphous silicon layer 112 of the optical thin film transistor (TFT optic), a transparent conductive film from the transparent conductive film 116 under the appropriate biasing conditions 118 The photocurrent flows through. Since the transparent conductive film 118 is also used as the upper electrode of the capacitor CAP, the photocurrent is accumulated in the insulating film 110 used as the dielectric film of the capacitor CAP. Thus for the same process is made, passing the thin-film transistor (TFT trans) maintains a turn-off (turn off) state.
커패시터(CAP)에 충분한 양의 전하가 축적되게 되면, 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)를 통해 커패시터(CAP)에 저장된 전하를 리드아웃(readout) 회로부로 전달시킨다. 이를 위해서 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)의 게이트 전극(106)에 하이(high) 레벨의 펄스 신호를 인가하여 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)를 턴 온(turn on) 시킨다. 즉 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)의 비정질 실리콘층(114)에 채널을 형성시키고, 이 채널을 통해 커패시터(CAP)에 저장된 전하를 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)의 소스 영역으로서 사용되는 금속막(124)을 통해 출력시킨다.When a sufficient amount of charge is accumulated in the capacitor CAP, the charge stored in the capacitor CAP is transferred to the readout circuit through the transfer thin film transistor TFT trans . Then it passes the thin film transistor is turned on (turn on) the transfer thin film transistor (TFT trans) to the gate electrode 106 by applying a pulse signal with a high (high) level of the (TFT trans) order. That is passing the thin-film transistor (TFT trans) amorphous to form a channel in the silicon layer 114, through the channel transfer the charge stored in the capacitor (CAP) TFTs metal film (124 used as the source region of the (TFT trans) of Output through).
다음에 도 3b를 참조하면, 도 3a를 참조하여 설명한 바와 동일하게, 프로브 DNA(18)이 부착된 제1 기판(12)과 본 발명에 따른 형광 검출 소자(100)가 상호 대향되는 위치에 각각 배치된다. 프로브 DNA(18)는 프로브 DNA(18)를 고정시키기 위한 고정막(14)에 의해 제1 기판(12)의 일정 영역에서 고정된다. 이와 같이 배치된 상태에서 분석 대상 DNA를 주입시킨다. 이때 분석 대상 DNA의 유전 특성에 의해 분석 대상 DNA와 프로브 DNA(18)와 상보 결합되지 않는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, 암실 환경에서 투명 기판(102)의 제1 표면(102a) 쪽으로 형광 자극광(310)을 입사시키더라도, 분석 대상 DNA와 프로브 DNA(18)가 상보 결합되어 있지 않으므로 형광이 발생되지 않는다. 따라서 이 경우 형광 자극광(310)은 제1 기판(12)을 그대로 통과하거나 제1 기판(12)에 흡수되며, 광 박막 트랜지스터(TFToptic)에는 광전류가 발생되지 않는다.Next, referring to FIG. 3B, as described with reference to FIG. 3A, the first substrate 12 to which the probe DNA 18 is attached and the fluorescence detection element 100 according to the present invention are respectively opposed to each other. Is placed. The probe DNA 18 is fixed in a predetermined region of the first substrate 12 by the fixed membrane 14 for fixing the probe DNA 18. In this manner, the DNA to be analyzed is injected. In this case, the genetic characteristics of the DNA to be analyzed may not be complementary to the DNA and the probe DNA 18 to be analyzed. In this case, even if the fluorescent stimulation light 310 is incident toward the first surface 102a of the transparent substrate 102 in the dark environment, the fluorescence does not occur because the DNA to be analyzed and the probe DNA 18 are not complementarily coupled. . Therefore, in this case, fluorescence stimulating light 310 is absorbed into the first substrate 12 as it passes through, or the first substrate 12, a, is not a photocurrent generation optical thin film transistor (TFT optic).
도 4는 도 1의 형광 검출 소자로 배열된 회로 구성의 일 예를 나타내 보인 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration arranged with the fluorescence detection element of FIG. 1.
도 4를 참조하면, 도 2a 또는 도 2b에 도시된 단위 셀(400)이 복수개로 어레이된 구조로 이루어진다. 각 단위 셀(400)의 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)의 게이트 전극들은 게이트 구동 회로부(420)에 각각 연결된다. 게이트 구동 회로부(420)에서는 특정 단위 셀(400) 내의 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)의 게이트 전극에 하이 레벨의 펄스 신호를 인가시킴으로써 해당 단위 셀(400)의 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)를 턴 온 시킬 수 있다. 경우에 따라서는 복수개의 단위 셀(400)의 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)의 게이트 전극에 하이 레벨의 펄스 신호를 인가시킴으로써 복수개의 단위 셀(400)의 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)를 모두 턴 온 시킬 수도 있다. 각 단위 셀(400)의 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)의 소스 출력 단자는 리드아웃(readout) 회로부(410)에 각각 연결된다. 따라서 각 단위 셀(400)의 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)로부터 출력되는 신호는 리드아웃 회로부(410)로 전달된다.Referring to FIG. 4, a structure in which a plurality of unit cells 400 illustrated in FIG. 2A or 2B is arranged is arranged. Gate electrodes of the transfer thin film transistor TFT trans of each unit cell 400 are connected to the gate driving circuit unit 420, respectively. The gate drive circuit 420 turns on the transfer thin film transistor (TFT trans) passing a thin film transistor (TFT trans) of the unit cell 400 by applying a pulse signal with a high level to the gate electrode of in a specific unit cell 400 You can. In some cases, turn all of the transfer thin film transistor (TFT trans) of the plurality of unit cells (400) by applying a pulse signal with a high level to the gate electrode of the transfer thin film transistor (TFT trans) of the plurality of unit cells 400 on You can also The source output terminal of the transfer thin film transistor TFT trans of each unit cell 400 is connected to a readout circuit 410, respectively. Therefore, the signal output from the transfer thin film transistor TFT trans of each unit cell 400 is transferred to the readout circuit unit 410.
도 5a는 도 4의 리드아웃 회로의 일 예를 나타내 보인 회로도이다.5A is a circuit diagram illustrating an example of the readout circuit of FIG. 4.
도 5a를 참조하면, 상기 리드아웃 회로는 증폭부(510), 샘플/홀드부(520) 및 멀티플렉싱부(530)를 포함한다.Referring to FIG. 5A, the readout circuit includes an amplifier 510, a sample / hold unit 520, and a multiplexing unit 530.
상기 증폭부(510)는 각 단위 셀(도 4의 400)의 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)로부터 출력되는 신호를 일정 크기 이상의 크기를 갖도록 증폭시켜 출력시킨다. 이를 위하여 상기 증폭부(510)는 복수개의 단위 증폭기(511, 512, …)들을 포함한다. 각각의 단위 증폭기(511, 512, …)는, 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)로부터의 출력은 반전 단자(-)로 입력받고, 비반전 단자(+)는 기준 전압(Vref)과 연결된 연산 증폭기(513)를 포함한다. 연산 증폭기(513)의 반전 단자(-)와 연산 증폭기(513)의 출력단 사이에는 커패시터(514) 및 스위치(515)가 병렬로 연결된다. 상기 스위치(515)는 연산 증폭기(513)의 온/오프 동작을 제어하는데 사용된다.The amplifier 510 amplifies and outputs a signal output from the transfer thin film transistor TFT trans of each unit cell 400 of FIG. 4 to have a predetermined size or more. To this end, the amplifier 510 includes a plurality of unit amplifiers 511, 512,... Each of the unit amplifiers 511, 512, ... receives an output from the transfer thin film transistor TFT trans to an inverting terminal (-), and a non-inverting terminal (+) connected to a reference voltage V ref . 513. The capacitor 514 and the switch 515 are connected in parallel between the inverting terminal (−) of the operational amplifier 513 and the output terminal of the operational amplifier 513. The switch 515 is used to control the on / off operation of the operational amplifier 513.
상기 샘플/홀드부(520)는 증폭부(510)로부터 출력되는 신호를 순차적으로 다음 단(next stage)으로 전달시킨다. 이를 위하여 샘플/홀드부(520)는 복수개의 전달 라인들(522a, 522b, …)이 존재하며, 각 라인(522a, 522b, …)은 스위치(524a, 524b, …)에 의해 연결이 이루어지거나 연결이 끊어진다.The sample / hold unit 520 sequentially transfers the signal output from the amplifier 510 to the next stage. To this end, the sample / hold unit 520 has a plurality of transmission lines 522a, 522b, ..., and each of the lines 522a, 522b, ... is connected by a switch 524a, 524b, ... The connection is lost.
상기 멀티플렉싱부(530)는 샘플/홀드부(520)로부터 전달되는 신호를 순차적으로 나열하여 분석 시스템(미도시)으로 출력시킨다. 이를 위하여, 샘플/홀드부(520)의 각 전달 라인들(522a, 522b, …)과 각각 연결되는 출력 라인들(532a, 532b, …)이 구비되고, 이 출력 라인들(532a, 532b, …)은 스위치(534a, 534b, …)에 의해 연결이 이루어지거나 연결이 끊어진다. 출력 라인들(532a, 532b, …)은 모두 하나의 최종 출력 라인(536)에 연결된다.The multiplexing unit 530 sequentially outputs signals from the sample / hold unit 520 to an analysis system (not shown). To this end, output lines 532a, 532b,..., Which are connected to the respective transmission lines 522a, 522b,... Of the sample / hold unit 520 are provided, and the output lines 532a, 532b,... ) Is connected or disconnected by switches 534a, 534b,... Output lines 532a, 532b, ... are all connected to one final output line 536.
도 5b는 도 4의 리드 아웃 회로의 다른 예를 나타내 보인 회로도이다. 도 5b에서 도 5a와 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타내므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.5B is a circuit diagram illustrating another example of the readout circuit of FIG. 4. In FIG. 5B, the same reference numerals as used in FIG. 5A represent the same components, and thus redundant descriptions thereof will be omitted.
도 5b를 참조하면, 증폭부(510) 전 단(pre stage)에 커패시터(CAP) 리셋부(540)가 더 구비된다. 즉 커패시터(CAP) 내의 유전체막 내에 저장되어 있는 전하를 모두 제거함으로써, 잔존 전하에 의해 다음의 형광 검출 공정에 끼치는 영향을 최소화하기 위한 것이다. 이를 위하여 스위치(542a, 542b, …)를 통해 온/오프 되는 라인에는 리셋 전압(Vreset)에 연결되도록 하고, 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)로부터의 출력단과 증폭부(510) 사이에는 필터 역할의 커패시터(544a, 544b, …)를 배치시킨다. 그리고 커패시터(CAP) 내의 유전체에 잔존하는 전하들을 모두 제거하기 위해서는 스위치(542a, 542b, …)를 닫음으로써 전달 박막 트랜지스터(TFTtrans)로부터의 출력단이 리셋 전압(Vreset)으로 통하게 설정한다.Referring to FIG. 5B, a capacitor (CAP) reset unit 540 is further provided at a pre stage of the amplifier 510. That is, by removing all the charges stored in the dielectric film in the capacitor CAP, the effect of the remaining charge on the next fluorescence detection process is minimized. To this end, the line turned on / off through the switches 542a, 542b, ... is connected to the reset voltage V reset , and a filter function is provided between the output terminal from the transfer thin film transistor TFT trans and the amplifier 510. The capacitors 544a, 544b, ... are placed. In order to remove all the charges remaining in the dielectric in the capacitor CAP, the output terminals from the transfer thin film transistor TFT trans are set to the reset voltage V reset by closing the switches 542a, 542b,...
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Do.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 생체 분자 감지를 위한 형광 검출 소자 및 이를 이용한 형광 검출 방법에 의하면, 광학 소자를 사용하지 않으므로 DNA 칩의 소형화 및 저가격화를 이룰 수 있다. 또한 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용하지 않고 비정질 실리콘막을 이용하므로, 투명 기판을 사용하는 이점으로 광 소자에 형광 자극광을 차단하는 필터를 형성할 필요가 없으며, 대형 모 유리 기판을 사용함으로써 소자의 대량 생산이 용이해진다는 이점을 제공한다.As described above, according to the fluorescence detection device for detecting the biological molecules and the fluorescence detection method using the same according to the present invention, since the optical device is not used, the miniaturization and low cost of the DNA chip can be achieved. In addition, since an amorphous silicon film is used instead of a single crystal silicon wafer, the advantage of using a transparent substrate does not require the formation of a filter that blocks fluorescent stimulus light in the optical device. It offers the advantage of ease.
도 1은 본 발명에 따른 생체 분자 감지를 위한 형광 검출 소자를 나타내 보인 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a fluorescence detection device for detecting a biological molecule according to the present invention.
도 2a는 도 1의 형광 검출 소자의 등가 회로의 일 예를 나타내 보인 회로도이다.2A is a circuit diagram illustrating an example of an equivalent circuit of the fluorescence detection device of FIG. 1.
도 2b는 도 1의 형광 검출 소자의 등가 회로의 다른 예를 나타내 보인 회로도이다.FIG. 2B is a circuit diagram illustrating another example of an equivalent circuit of the fluorescence detection element of FIG. 1.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 형광 검출 소자의 동작을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.3A and 3B are cross-sectional views illustrating the operation of the fluorescence detection device of FIG. 1.
도 4는 도 1의 형광 검출 소자로 배열된 회로 구성의 일 예를 나타내 보인 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration arranged with the fluorescence detection element of FIG. 1.
도 5a는 도 4의 리드아웃 회로의 일 예를 나타내 보인 회로도이다.5A is a circuit diagram illustrating an example of the readout circuit of FIG. 4.
도 5b는 도 4의 리드 아웃 회로의 다른 예를 나타내 보인 회로도이다.5B is a circuit diagram illustrating another example of the readout circuit of FIG. 4.
도 6은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 드레인 전류를 광 입사 유무에 따라 구별하여 나타내 보인 그래프이다.6 is a graph illustrating the drain current according to the gate voltage of the amorphous silicon thin film transistor according to whether light is incident or not.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5653939A (en) * | 1991-11-19 | 1997-08-05 | Massachusetts Institute Of Technology | Optical and electrical methods and apparatus for molecule detection |
| US6258606B1 (en) * | 1996-07-09 | 2001-07-10 | Nanogen, Inc. | Multiplexed active biologic array |
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-
2002
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5653939A (en) * | 1991-11-19 | 1997-08-05 | Massachusetts Institute Of Technology | Optical and electrical methods and apparatus for molecule detection |
| US6258606B1 (en) * | 1996-07-09 | 2001-07-10 | Nanogen, Inc. | Multiplexed active biologic array |
| US6325904B1 (en) * | 1997-11-12 | 2001-12-04 | Protiveris, Inc. | Nanoelectrode arrays |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Imaging characteristics of an amorphous silicon flat-panel detector for digital chest radiography. Radiology. 2001 Mar;218(3):683-8. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100997205B1 (en) | 2008-10-31 | 2010-11-29 | 한국과학기술원 | Biosensor and Method of Manufacturing Thereof |
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