KR101657988B1 - Multiplexed tunnel field-effect transistor biosensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나의 센서 소자로 두 가지 종류의 바이오 분자를 검출할 수 있는 다중 진단용 터널링 전계효과 트랜지스터 바이오 센서에 관한 것으로, 채널 영역 상에 소스 영역 쪽과 드레인 영역 쪽으로 서로 다른 종류의 타깃 바이오 분자와 결합하는 제 1, 2 수용기 분자를 배치함으로써, 터널링 전계효과 트랜지스터의 양방향 전류 특성을 적극 이용하여, 하나의 Tunnel FET 바이오 센서로 두 가지 종류의 바이오 분자를 검출할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a multi-diagnosis tunneling field effect transistor biosensor capable of detecting two kinds of biomolecules with a single sensor element, By arranging the first and second receptor molecules to be coupled, bi-directional current characteristics of the tunneling field effect transistor can be actively used, and two kinds of biomolecules can be detected by one tunnel FET biosensor.
Description
본 발명은 바이오 분자를 검출하는 바이오 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널링 전계효과 트랜지스터 구조를 갖는 다중 진단용 바이오 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a biosensor for detecting biomolecules, and more particularly, to a biosensor for multiple diagnosis having a tunneling field effect transistor structure.
최근 나노 크기를 가지는 반도체 소자에 대한 공정 기술이 발전함에 따라 이를 이용한 의공학 소자, 특히 바이오 센서에 많은 연구가 이루어지고 있다. 이는 DNA, 단백질, 그리고 바이러스와 같은 생물학적인 개체들의 크기가 나노미터 단위로 반도체 소자의 크기와 비슷하기 때문이다. Recently, as the process technology for a semiconductor device having a nano size has developed, a lot of research has been conducted on a biomolecule using the biomolecule. This is because the size of biological entities such as DNA, proteins, and viruses is similar to the size of semiconductor devices in nanometers.
바이오 센서 중에서 형광 물질의 레벨링(labeling)과 빛을 이용한 탐지 및 화학적인 방법을 이용한 센서가 널리 사용되고 있다. 하지만 이 기술은 결과 분석과 샘플 준비에 많은 시간이 걸리며 가격이 비싸다는 문제점이 있다. 이런 이유로 labeling이 필요 없고 실시간 측정이 가능한 나노 크기의 전계효과 트랜지스터(FET)가 바이오 센서로써 각광을 받고 있다. Among biosensors, sensors using fluorescent labeling, detection using light, and chemical methods are widely used. However, this technique has a problem that it takes much time to analyze the results and prepare the sample and it is expensive. For this reason, nano-sized field effect transistors (FETs) that do not require labeling and can be measured in real time are gaining popularity as biosensors.
그러나 모스펫(MOSFET)과 같은 일반적인 전계효과 트랜지스터(FET)는, 도 1(d)에서 터널링 전계효과 트랜지스터(Tunnel FET: TFET)와 대비되는 바와 같이, 소자의 물리적 한계로 문턱전압이하 기울기(Subthreshold Swing: SS)가 60mV/dec 이하로 동작하도록 제조할 수 없어, 최근에는 터널링을 이용한 반송자 주입방식으로 전류를 형성하여 바이오 분자에 대한 높은 민감도를 가지는 Tunnel FET가 바이오 센서로써 많은 관심을 받고 있다. However, a general field effect transistor (FET), such as a MOSFET, has a subthreshold swing at the device ' s physical limit, as compared to a tunneling field effect transistor (TFET) : SS) can not be manufactured to operate at 60 mV / dec or less. Recently, Tunnel FET having a high sensitivity to biomolecules by forming a current by a carrier injection method using tunneling has attracted much attention as a biosensor.
Tunnel FET 바이오 센서는, 도 1(a) 및 도 1(b)과 같이, 기존 MOSFET에서 게이트 메탈이 없으며 비대칭적인 소스/드레인 도핑으로 변경된 구조를 갖고, 게이트 절연막 위에 인위적으로 결속시킨 수용기 분자(receptor)에 바이오 분자(taeget)가 결속되면서 발생하는 게이트 전위 변화가 드레인 전류 변화를 발생시키는 원리로 바이오 분자를 검출하게 된다.Tunnel FET biosensor has a structure in which a gate metal is not present in an existing MOSFET and a structure is changed to asymmetric source / drain doping as shown in FIGS. 1A and 1B, and a receptor molecule artificially bound to a gate insulating film The biomolecule is detected by the principle that the change of the gate potential caused by the binding of the biomolecule (taeget) to the drain current changes the drain current.
따라서, Tunnel FET 바이오 센서는 터널링을 이용한 반송자 주입방식으로 전류를 형성하므로, 도 1(c) 및 도 1(d)와 같이, MOSFET으로 대표되는 기존 전계효과 트랜지스터(CFET)보다 적은 게이트 전위 변화로도 큰 드레인 전류를 유발하여 우수한 감도를 가진다.Therefore, since the Tunnel FET biosensor forms a current by the carrier injection method using tunneling, as shown in FIGS. 1 (c) and 1 (d), the gate potential change A large drain current is induced to have a good sensitivity.
그런데, 종래 Tunnel FET 바이오 센서는, 도 2와 같이, 두 가지 종류의 바이오 분자를 검출하기 위해서는 각기 다른 수용기 분자가 결속된 두 개의 Tunnel FET 바이오 센서를 사용해야 한다는 문제점이 있다.However, in the conventional Tunnel FET biosensor, as shown in FIG. 2, there is a problem that two Tunnel FET biosensors having different receptor molecules bound to each other must be used in order to detect two types of biomolecules.
한편, 종래 Tunnel FET에서는 게이트에 반대 전압이 인가될 때에도 드레인 전류가 흐르는 즉 양방향 전류(ambipolar current) 특성이 나타나는 점을 개선하기 위해, 한국등록특허 제10-1169464호, 제10-1058370호 등에서 다양한 구조를 갖는 터널링 전계효과 트랜지스터가 제안되고 있다.On the other hand, in the conventional Tunnel FET, in order to improve the characteristic that a drain current flows, that is, an ambipolar current characteristic even when a reverse voltage is applied to a gate, various methods have been proposed in Korean Patent No. 10-1169464 and No. 10-1058370 Tunneling field effect transistor having a structure has been proposed.
본 발명은 종래 Tunnel FET의 양방향 전류 특성을 억제하기보다는 이를 적극 활용하여 하나의 Tunnel FET 바이오 센서로 두 가지 종류의 바이오 분자를 검출할 수 있는 다중 진단용 Tunnel FET 바이오 센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a multi-diagnostics Tunnel FET biosensor capable of detecting two types of biomolecules with one Tunnel FET biosensor by positively utilizing bi-directional current characteristics of conventional Tunnel FETs .
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 다중 진단용 터널링 전계효과 트랜지스터 바이오 센서는 반도체 기판의 절연층; 상기 절연층 상에 채널 영역을 사이에 두고 서로 반대 도전형으로 형성된 소스 영역과 드레인 영역; 및 상기 채널 영역 상에 상기 소스 영역 쪽과 상기 드레인 영역 쪽으로 각각 나누어 배치되어 서로 다른 타깃 바이오 분자와 결합하는 제 1, 2 수용기 분자를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a multi-diagnosis tunneling field effect transistor biosensor comprising: an insulating layer of a semiconductor substrate; A source region and a drain region formed on the insulating layer in opposite conductivity types with a channel region therebetween; And first and second receptor molecules disposed on the channel region and separated from the source region and the drain region, respectively, and bonded to different target biomolecules.
상기 채널 영역 상에는 게이트 절연막이 더 형성되고, 상기 게이트 절연막 상에 상기 제 1, 2 수용기 분자가 부착된 것을 본 발명에 의한 다중 진단용 터널링 전계효과 트랜지스터 바이오 센서의 다른 특징으로 한다.Another feature of the multi-diagnosis tunneling field effect transistor biosensor according to the present invention is that a gate insulating film is further formed on the channel region and the first and second receptor molecules are deposited on the gate insulating film.
상기 제 1, 2 수용기 분자는 각각 상기 게이트 절연막 상에 전도성이 있는 하나 이상의 추가 물질층으로 형성된 것을 본 발명에 의한 다중 진단용 터널링 전계효과 트랜지스터 바이오 센서의 다른 특징으로 한다.The first and second receptor molecules are each formed of at least one additional material layer that is conductive on the gate insulating layer, which is another feature of the multi-diagnosis tunneling field effect transistor biosensor of the present invention.
상기 게이트 절연막의 일측 상에 상기 채널 영역의 길이 방향으로 게이트가 형성되고, 상기 제 1, 2 수용기 분자는 상기 게이트를 따라가며 상기 게이트 절연막의 타측 상에 부착된 것을 본 발명에 의한 다중 진단용 터널링 전계효과 트랜지스터 바이오 센서의 다른 특징으로 한다.Wherein a gate is formed in a longitudinal direction of the channel region on one side of the gate insulating film and the first and second receptor molecules are attached on the other side of the gate insulating film along the gate, Another feature of the effect transistor biosensor.
상기 게이트 절연막은 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 일부 겹치게 연장되어 형성되고, 상기 제 1 수용기 분자는 상기 소스 영역과 겹치는 상기 게이트 절연막의 부위부터 상기 드레인 영역 쪽으로 가며 부착되고, 상기 제 2 수용기 분자는 상기 드레인 영역과 겹치는 상기 게이트 절연막의 부위부터 상기 소스 영역 쪽으로 가며 부착된 것을 본 발명에 의한 다중 진단용 터널링 전계효과 트랜지스터 바이오 센서의 다른 특징으로 한다.Wherein the gate insulating film is formed so as to partially overlap the source region and the drain region, the first receiver molecule is attached to the drain region from a portion of the gate insulating film overlapping the source region, The tunneling field effect transistor biosensor according to the present invention is attached to the gate region from the portion of the gate insulating film overlapping the drain region toward the source region.
상기 절연층은 매몰 산화막이고, 상기 소스 영역, 상기 채널 영역 및 상기 드레인 영역은 SOI(Si-On-Insulator) 기판 또는 GOI(Ge-On-Insulator) 기판으로 형성되되, 상기 채널 영역은 도핑 없이 형성되거나 상기 소스 영역 또는 상기 드레인 영역의 도핑 농도보다 낮은 농도로 형성된 것을 본 발명에 의한 다중 진단용 터널링 전계효과 트랜지스터 바이오 센서의 다른 특징으로 한다.Wherein the source region, the channel region, and the drain region are formed of an SOI (Si-On-Insulator) substrate or a GOI (Ge-On-Insulator) Or a concentration lower than a doping concentration of the source region or the drain region. The multi-diagnosis tunneling field effect transistor biosensor according to the present invention is also characterized in that:
본 발명은 채널 영역 상에 소스 영역 쪽과 드레인 영역 쪽으로 서로 다른 종류의 타깃 바이오 분자와 결합하는 제 1, 2 수용기 분자를 배치함으로써, 터널링 전계효과 트랜지스터의 양방향 전류 특성을 적극 이용하여, 하나의 Tunnel FET 바이오 센서로 두 가지 종류의 바이오 분자를 검출할 수 있는 효과가 있다.The present invention is characterized in that the first and second receptor molecules that bind to different kinds of target biomolecules on the source region side and the drain region side are disposed on the channel region to positively utilize the bidirectional current characteristics of the tunneling field effect transistor, FET biosensors can detect two types of biomolecules.
도 1은 Tunnel FET 바이오 센서의 원리를 보여주는 개념도[도 1(a)], 기본 구조도[도 1(b)] 및 기존 MOSFET(CFET) 바이오 센서와의 감도 비교를 위한 전기적 특성도이다[도 1(c) 및 도 1(d)].
도 2는 두 종류의 바이오 분자를 검출하기 위한 종래 Tunnel FET 바이오 센서의 개념도이다.
도 3은 n-type Tunnel FET의 양방향 전류특성을 보여주는 전기적 특성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 진단용 Tunnel FET 바이오 센서의 개념도[도 4(a)] 및 바이오 분자 결속에 따른 전달 특성을 보여주는 전기적 특성도이다[도 4(b)].
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 진단용 Tunnel FET 바이오 센서에서 소스 영역 쪽과 드레인 영역 쪽에 서로 다른 바이오 분자가 결속될 때, 에너지 밴드 변화를 보여주는 에너지 밴드도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 진단용 Tunnel FET 바이오 센서의 출력회로 구성의 일 예를 보여주는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 진단용 Tunnel FET 바이오 센서를 제조하는 공정을 간략히 보여주는 공정도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 진단용 Tunnel FET 바이오 센서에서 게이트 절연막 상에 제 1, 2 수용기 분자를 형성하는 각 추가물질의 길이 변화에 따른 소스와 채널 사이의 터널링 전류 변화를 보여주는 전기적 특성도이다. 1 is an electrical characteristic diagram for comparing the sensitivity with a conventional MOSFET (CFET) biosensor [Fig. 1 (a)], a basic structure diagram [Fig. 1 (b)] showing the principle of a tunnel FET biosensor 1 (c) and 1 (d)].
2 is a conceptual diagram of a conventional Tunnel FET biosensor for detecting two types of biomolecules.
3 is an electric characteristic diagram showing a bidirectional current characteristic of the n-type Tunnel FET.
FIG. 4 is a conceptual diagram of a multi-diagnosis tunnel FET biosensor according to an embodiment of the present invention (FIG. 4A) and an electrical characteristic diagram showing transmission characteristics according to binding of biomolecules (FIG.
FIG. 5 is an energy band diagram showing energy band changes when different bio molecules are bound to a source region and a drain region in a multi-diagnosis Tunnel FET biosensor according to an embodiment of the present invention.
6 is a circuit diagram showing an example of an output circuit configuration of a multi-diagnosis Tunnel FET biosensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a process diagram briefly showing a process for manufacturing a multi-diagnosis tunnel FET biosensor according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing changes in tunneling current between a source and a channel according to a change in length of each additional material forming first and second receptor molecules on a gate insulating film in a multi-diagnosis tunnel FET biosensor according to an embodiment of the present invention. Characteristic diagram.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 진단용 Tunnel FET 바이오 센서는, 도 4(a)와 같이, 반도체 기판의 절연층(1); 상기 절연층 상에 채널 영역(3)을 사이에 두고 서로 반대 도전형으로 형성된 소스 영역(2)과 드레인 영역(4); 및 상기 채널 영역(3) 상에 상기 소스 영역(2) 쪽과 상기 드레인 영역(4) 쪽으로 각각 나누어 배치되어 서로 다른 타깃 바이오 분자(7, 8)와 결합하는 제 1, 2 수용기 분자(5, 6)를 포함하여 구성된다.The multi-diagnosis tunnel FET biosensor according to an embodiment of the present invention includes an
여기서, 상기 절연층(1)은 벌크 반도체 기판에서 형성될 수 있으나, 후술하는 SOI(Si-On-Insulator) 기판 또는 GOI(Ge-On-Insulator) 기판의 매몰 산화막(BOX)으로 형성함이 벌크 바디로의 누설전류를 막을 수 있어 바람직하고, 후자의 경우 상기 소스 영역(2), 상기 채널 영역(3) 및 상기 드레인 영역(4)은 SOI(Si-On-Insulator) 기판 또는 GOI(Ge-On-Insulator) 기판에 형성하게 된다. 이때, 소스 영역(2)은 P+, 드레인 영역(4)은 N+ 도핑으로 형성되거나 서로 반대로 형성되어 비대칭 도핑구조를 갖게 되고, 채널 영역(3)은 도핑 없이 진성 반도체로 형성되거나 상기 소스 영역(2) 또는 상기 드레인 영역(4)의 도핑 농도보다 낮은 농도(P- 또는 N-)로 형성될 수 있다.Here, the
상기 제 1 수용기 분자(5)는 특정 바이오 분자(7)와 결합하는 것으로 임의 형상을 갖는 특정 물질층으로, 상기 제 2 수용기 분자(6)는 다른 종류의 바이오 분자(7)와 결합하는 것으로 임의 형상을 갖는 다른 물질층으로 각각 형성될 수 있다. The
다만, 상기 제 1 수용기 분자(5)는 소스 영역(2) 쪽으로, 상기 제 2 수용기 분자(6)는 드레인 영역(4) 쪽으로 각각 나누어 배치된다.However, the
상기와 같이 구성됨으로써, 제 1, 2 수용기 분자(5, 6)에 특정 바이오 분자(7, 8)가 결합할 경우, 도 5와 같이, 채널 영역(3)의 에너지 밴드에 소스 영역(2) 쪽과 드레인 영역(4) 쪽에 각각 부분 상승 및 하강을 유도하여, 소스와 채널 사이에서의 터널링 전류[도 5(a)] 및 채널과 드레인 사이에서의 터널링 전류[도 5(b)]에 영향을 줌으로써, 도 4(b)와 같이, 양방향 전류특성에 각 문턱전압 이동(Vth shift)을 주게 되고, 이를 통하여 하나의 Tunnel FET 바이오 센서로 두 가지 종류의 바이오 분자(7, 8)를 검출할 수 있게 된다.When the
상기 제 1, 2 수용기 분자(5, 6)는 전도성 또는 비전도성을 띨 수 있고, 후자의 경우에는 상기 채널 영역(3) 상에는 게이트 절연막을 더 형성하고, 상기 게이트 절연막 상에 상기 제 1, 2 수용기 분자(5, 6)가 부착되도록 할 수 있다. 이때, 상기 제 1, 2 수용기 분자는 각각 상기 게이트 절연막 상에 도포되는 하나 이상의 추가 물질층으로 형성될 수 있고, 각 추가 물질층은 골드(Gold) 등 전도성 물질로 형성될 수 있다. The first and
다른 실시예로, 상기 게이트 절연막의 일측 상에 상기 채널 영역(3)의 길이 방향으로 게이트(미도시)가 형성되고, 상기 제 1, 2 수용기 분자(5, 6)는 상기 게이트를 따라가며 상기 게이트 절연막의 타측 상에 부착될 수도 있다. In another embodiment, a gate (not shown) is formed on one side of the gate insulating film in the longitudinal direction of the
상기 게이트는, 도 5와 같이, 채널 영역(3)의 에너지 밴드를 아래로 또는 위로 이동시키며, 도 4(b)의 문턱전압 이동(Vth shift) 여부로 바이오 분자(7, 8)를 검출하기 위한 것이므로, 채널 영역(3)에 전위 변화로 에너지 밴드를 이동시킬 수 있으면 어떤 형태로도 가능하다. 예를 들면, 도 4(a)에서 채널 영역(3)의 길이 방향을 따라가며 채널 영역(3)의 일 측벽 또는 양 측벽 상에 게이트가 형성될 수도 있고, 채널 영역(3) 위에 게이트가 형성될 수 있다. 후자의 경우 제 1, 2 수용기 분자(5, 6)는 게이트를 따라가며 채널 영역(3)의 일 측벽 또는 양 측벽 상에 배치하게 된다.The gate moves the energy band of the
도 3은 n-type Tunnel FET의 양방향 전류특성을 보여주는 전기적 특성도이다. 이와 같이, 기존에 양방향 전류특성을 보이는 n-type Tunnel FET 구조에, 도 4(a)와 같이 제 1, 2 수용기 분자(5, 6)를 배치하고, 채널 영역(3)의 길이 방향으로 형성된 게이트(미도시)에 양의 전압이 인가되면, 도 5(a)와 같이, 채널 영역(3)의 에너지 밴드가 아래로 내려오게 되어 소스와 채널 사이에서 터널링 전류가 감지 전류로 흐르게 되는데, 소스 영역(2) 쪽으로 배치된 제 1 수용기 분자(5)에 음의 전하를 띤 바이오 분자(7)가 결합할 경우, 도 4(b)에서 문턱전압(Vth)이 우측으로 이동(shift)하게 된다.3 is an electric characteristic diagram showing a bidirectional current characteristic of the n-type Tunnel FET. As described above, the first and
한편, 상기 게이트(미도시)에 음의 전압을 인가하면, 도 5(b)와 같이, 채널 영역(3)의 에너지 밴드가 위로 올라가게 되어 채널과 드레인 사이에서 터널링 전류가 감지 전류로 흐르게 되는데, 드레인 영역(4) 쪽으로 배치된 제 2 수용기 분자(6)에 양의 전하를 띤 바이오 분자(8)가 결합할 경우, 도 4(b)에서 문턱전압(Vth)이 좌측으로 이동(shift)하게 된다.When a negative voltage is applied to the gate (not shown), the energy band of the
다른 실시 예로, 도 8의 센서의 소자 단면도와 같이, 게이트 절연막(예컨대, 게이트 산화막: Gate Oxide)을 P+ 소스 영역(2) 및 N+ 드레인 영역(4)과 일부 겹치게 연장하여 형성하고, 제 1 수용기 분자(5)용 물질층(L1)은 P+ 소스 영역(2)과 겹치는 게이트 절연막의 부위부터 N+ 드레인 영역(4) 쪽으로 가며 형성(부착)되고, 제 2 수용기 분자(6)용 물질층(L2)은 N+ 드레인 영역(4)과 겹치는 게이트 절연막의 부위부터 P+ 소스 영역(2) 쪽으로 가며 형성(부착)될 수 있다. 이때, 제 1 수용기 분자(5)용 물질층(L1)과 제 2 수용기 분자(6)용 물질층(L2)은, 도 8과 같이, 서로 만날 수도 있고, 어느 하나가 나머지보다 길게 형성할 수도 있고(L2>L1 또는 L1>L2), 같은 길이로 형성할 수도 있다(L1=L2). In another embodiment, a gate insulating film (for example, a gate oxide film) is formed so as to partially overlap with the P +
도 8에서 보여주는 전기적 특성도에 의하면, 제 1 수용기 분자(5)용 물질층(L1)과 제 2 수용기 분자(6)용 물질층(L2)이 각각 터널링에 영향을 주는 P+ 소스 영역(2)과 N+ 드레인 영역(4)의 상부 또는 인접된 위치에 형성되는 한 각 물질층의 길이에 따른 드레인 전류의 변화는 거의 없음을 알 수 있다.8, the material layer L1 for the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 진단용 Tunnel FET 바이오 센서의 출력회로 구성의 일 예를 보여주는 회로도이다. 도 6의 회로 구성 중 센서 부분은 Tunnel FET 바이오 센서와 고정 저항으로 형성되며 센서 부분의 출력은 Tunnel FET 바이오 센서의 저항과 고정 저항의 저항 분배를 통해 결정된다. 그러므로 다중 진단 실행 시 각각의 진단에 사용되는 전류 차이가 크게 되면 다중 진단이 불가능해진다. 그러나 본 발명에 의한 다중 진단용 Tunnel FET 바이오 센서는 양방향 전류를 다중 진단에 사용하며 양방향 전류는 모두 터널링에 의해 형성되므로 그 전류 양이 거의 같은 수준이어서 상기 우려 없이 다중 진단이 가능하게 된다.6 is a circuit diagram showing an example of an output circuit configuration of a multi-diagnosis Tunnel FET biosensor according to an embodiment of the present invention. 6, the sensor portion is formed of a Tunnel FET biosensor and a fixed resistor, and the output of the sensor portion is determined by a resistance of the Tunnel FET biosensor and a resistance distribution of the fixed resistance. Therefore, when the current difference used for each diagnosis becomes large during execution of multiple diagnosis, multiple diagnosis becomes impossible. However, the multi-diagnosis Tunnel FET biosensor according to the present invention uses bidirectional current for multiple diagnosis and both currents are formed by tunneling, so that the amount of current is almost the same, so that multiple diagnosis can be performed without concern.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 다중 진단용 Tunnel FET 바이오 센서를 제조하는 공정을 간략히 보여주는 공정도이다. 이를 참고하여 제조방법에 대하여 간단히 설명하면, 도 7(a)와 같이, 실리콘 기판에 채널 영역(10)을 사이에 두고 서로 반대 도전형을 갖도록 소스 영역 및 드레인 영역(20)을 형성하고, 기판 상부에 게이트 절연막(30)을 형성한 후, 감광막(PR)을 패터닝한 다음, 도 7(b)와 같이, 제 1 또는 제 2 수용기 분자용 추가 물질층(50)을 형성하고, 도 7(c)와 같이, 리프트-오프(lift-off) 공정을 통해 감광막(PR)을 제거하고 추가 물질층(50)을 패터닝 하는 공정을 거치게 된다.FIG. 7 is a process diagram briefly showing a process for manufacturing a multi-diagnosis tunnel FET biosensor according to an embodiment of the present invention. 7A, a source region and a
기타, 알려진 Tunnel FET 바이오 센서의 구조 및 일반적인 Tunnel FET 제조공정에 의하게 되므로, 이에 대한 설명은 생략한다.In addition, the structure of the known Tunnel FET biosensor and the manufacturing process of the general Tunnel FET will be referred to, and a description thereof will be omitted.
1: 절연층(매몰 산화막) 2: 소스 영역
3, 10: 채널 영역 4, 20: 드레인 영역
5: 제 1 수용기 분자 6: 제 2 수용기 분자
7: 제 1 수용기 분자에 결합하는 바이오 분자
8: 제 2 수용기 분자에 결합하는 바이오 분자
30: 게이트 절연막 40: 감광막
50: 제 1 또는 제 2 수용기 분자용 추가 물질층1: insulating layer (buried oxide film) 2: source region
3, 10:
5: first receptor molecule 6: second receptor molecule
7: Biomolecule binding to the first receptor molecule
8: Biomolecules binding to the second receptor molecule
30: Gate insulating film 40:
50: additional substance layer for the first or second receptor molecule
Claims (6)
상기 절연층 상에 채널 영역을 사이에 두고 서로 반대 도전형으로 형성된 소스 영역과 드레인 영역; 및
상기 채널 영역 상에 상기 소스 영역 쪽과 상기 드레인 영역 쪽으로 각각 나누어 배치되어 서로 다른 타깃 바이오 분자와 결합하는 제 1, 2 수용기 분자를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다중 진단용 터널링 전계효과 트랜지스터 바이오 센서.
An insulating layer of a semiconductor substrate;
A source region and a drain region formed on the insulating layer in opposite conductivity types with a channel region therebetween; And
And first and second receptor molecules disposed on the channel region and separated from the source region and the drain region, respectively, and bonded to different target biomolecules. 2. The multi-diagnostics tunneling field effect transistor biosensor according to claim 1,
상기 채널 영역 상에는 게이트 절연막이 더 형성되고,
상기 게이트 절연막 상에 상기 제 1, 2 수용기 분자가 부착된 것을 특징으로 하는 다중 진단용 터널링 전계효과 트랜지스터 바이오 센서.
The method according to claim 1,
A gate insulating film is further formed on the channel region,
Wherein the first and second receptor molecules are attached on the gate insulating film.
상기 제 1, 2 수용기 분자는 각각 상기 게이트 절연막 상에 전도성이 있는 하나 이상의 추가 물질층으로 형성된 것을 특징으로 하는 다중 진단용 터널링 전계효과 트랜지스터 바이오 센서.
3. The method of claim 2,
Wherein the first and second receptor molecules are each formed of at least one additional material layer that is conductive on the gate insulation layer.
상기 게이트 절연막의 일측 상에 상기 채널 영역의 길이 방향으로 게이트가 형성되고,
상기 제 1, 2 수용기 분자는 상기 게이트를 따라가며 상기 게이트 절연막의 타측 상에 부착된 것을 특징으로 하는 다중 진단용 터널링 전계효과 트랜지스터 바이오 센서.
3. The method of claim 2,
A gate is formed in a longitudinal direction of the channel region on one side of the gate insulating film,
Wherein the first and second receptor molecules are attached on the other side of the gate insulating film along the gate.
상기 게이트 절연막은 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 일부 겹치게 연장되어 형성되고,
상기 제 1 수용기 분자는 상기 소스 영역과 겹치는 상기 게이트 절연막의 부위부터 상기 드레인 영역 쪽으로 가며 부착되고,
상기 제 2 수용기 분자는 상기 드레인 영역과 겹치는 상기 게이트 절연막의 부위부터 상기 소스 영역 쪽으로 가며 부착된 것을 특징으로 하는 다중 진단용 터널링 전계효과 트랜지스터 바이오 센서.
5. The method according to any one of claims 2 to 4,
Wherein the gate insulating film is formed so as to partially overlap the source region and the drain region,
Wherein the first receptor molecule is attached from the portion of the gate insulating film overlapping the source region toward the drain region,
Wherein the second receiver molecule is attached to the source region from the portion of the gate insulating film overlapping the drain region.
상기 절연층은 매몰 산화막이고,
상기 소스 영역, 상기 채널 영역 및 상기 드레인 영역은 SOI(Si-On-Insulator) 기판 또는 GOI(Ge-On-Insulator) 기판으로 형성되되,
상기 채널 영역은 도핑 없이 형성되거나 상기 소스 영역 또는 상기 드레인 영역의 도핑 농도보다 낮은 농도로 형성된 것을 특징으로 하는 다중 진단용 터널링 전계효과 트랜지스터 바이오 센서.6. The method of claim 5,
Wherein the insulating layer is a buried oxide film,
The source region, the channel region, and the drain region are formed of a Si-On-Insulator (SOI) substrate or a Ge-On-Insulator (GOI)
Wherein the channel region is formed without doping or at a concentration lower than the doping concentration of the source region or the drain region.
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