KR101878747B1 - 나노갭 소자 및 이로부터의 신호를 처리하는 방법 - Google Patents
나노갭 소자 및 이로부터의 신호를 처리하는 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101878747B1 KR101878747B1 KR1020120124464A KR20120124464A KR101878747B1 KR 101878747 B1 KR101878747 B1 KR 101878747B1 KR 1020120124464 A KR1020120124464 A KR 1020120124464A KR 20120124464 A KR20120124464 A KR 20120124464A KR 101878747 B1 KR101878747 B1 KR 101878747B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nanogap
- electrode
- nano
- layer
- drain current
- Prior art date
Links
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 64
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 142
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 4
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 2
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 description 2
- 108020004682 Single-Stranded DNA Proteins 0.000 description 2
- 229910007717 ZnSnO Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(IV) oxide Inorganic materials O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 229920000592 inorganic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
- G01N33/48707—Physical analysis of biological material of liquid biological material by electrical means
- G01N33/48721—Investigating individual macromolecules, e.g. by translocation through nanopores
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6813—Hybridisation assays
- C12Q1/6816—Hybridisation assays characterised by the detection means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/10—Investigating individual particles
- G01N15/1031—Investigating individual particles by measuring electrical or magnetic effects
- G01N15/12—Investigating individual particles by measuring electrical or magnetic effects by observing changes in resistance or impedance across apertures when traversed by individual particles, e.g. by using the Coulter principle
- G01N15/131—Details
- G01N15/132—Circuits
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
- G01N27/3271—Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
- G01N27/4146—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS involving nanosized elements, e.g. nanotubes, nanowires
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/70—Nanostructure
- Y10S977/734—Fullerenes, i.e. graphene-based structures, such as nanohorns, nanococoons, nanoscrolls or fullerene-like structures, e.g. WS2 or MoS2 chalcogenide nanotubes, planar C3N4, etc.
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/902—Specified use of nanostructure
- Y10S977/932—Specified use of nanostructure for electronic or optoelectronic application
- Y10S977/936—Specified use of nanostructure for electronic or optoelectronic application in a transistor or 3-terminal device
- Y10S977/938—Field effect transistors, FETS, with nanowire- or nanotube-channel region
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
개시된 나노갭 소자는 나노포어(nanopore)가 형성된 제1절연층; 상기 제1절연층 상에 형성되고, 상기 나노포어와 마주하는 나노갭(nanogap)을 사이에 두고 두 영역으로 분리된 형상을 가지는 제1 나노갭 전극; 상기 제1 나노갭 전극 상에 형성된 제2 절연층; 상기 제2 절연층 상에 형성된 제1 그래핀층; 상기 제1 그래핀층 상에 형성된 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 드레인 전극; 상기 제1 그래핀층 상에 상기 제1 반도체층과 이격되게 형성된 제1 소스 전극;을 포함한다.
Description
본 개시는 나노갭 소자 및 이로부터의 신호를 처리하는 방법에 관한 것이다.
시료 내에서 핵산(DNA)과 같은 표적 생분자를 검출하기 위해 다양한 방법이 개발되고 있는데, 그 중에서 나노갭(nanogap)을 이용한 방법이 고감도 DNA 검출 시스템으로 각광을 받고 있다.
현재, DNA, RNA 등이 나노갭(nanogap)을 지나갈 때 터널링 전류(tunneling current)나 차단 전류(blockade current)를 측정하는 방식의 시스템이 다양한 형태로 구현되고 있지만, 나노갭을 통과하는 분자의 이동속도가 매우 빠르고 신호가 작아서 이의 검출에 어려움이 있다. 예를 들어 DNA의 경우 107 base/sec 이상의 초고속으로 이동하므로 기존의 전기적인 신호 검출법으로는 0.37nm 간격의 네 가지 다른 DNA 베이스들을 분별하기가 어렵다.
본 개시는 나노갭 소자, 이를 이용한 신호 처리 방법에 관한 것이다.
일 유형에 따르는 나노갭 소자는 나노포어(nanopore)가 형성된 제1절연층; 상기 제1절연층 상에 형성되고, 상기 나노포어와 마주하는 나노갭(nanogap)을 사이에 두고 두 영역으로 분리된 형상을 가지는 제1 나노갭 전극; 상기 제1 나노갭 전극 상에 형성된 제2 절연층; 상기 제2 절연층 상에 형성된 제1 그래핀층; 상기 제1 그래핀층 상에 형성된 제1 반도체층; 상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 드레인 전극; 상기 제1 그래핀층 상에 상기 제1 반도체층과 이격되게 형성된 제1 소스 전극;을 포함한다.
상기 제1 나노갭 전극의 두 영역은 상기 나노갭과 마주하는 부분의 폭이 다른 부분에 비해 좁게 형성될 수 있다.
상기 제1 나노갭 전극의 두께는 1nm 이하로 형성될 수 있다.
상기 제1 나노갭 전극의 나노갭 길이는 거리는 2nm 이하로 형성될 수 있다.
상기 제1 나노갭 전극은 그래핀(graphene) 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 나노갭 소자는 상기 제1 그래핀층, 상기 제1 반도체층 및 상기 제1 드레인 전극을 덮도록 형성된 제1 보호층; 상기 제1 보호층 위에 형성되고, 상기 나노포어와 마주하는 나노갭(nanogap)을 사이에 두고 두 영역으로 분리된 형상을 가지는 제2 나노갭 전극; 상기 제2 나노갭 전극상에 형성된 제3 절연층; 상기 제2 절연층 상에 형성된 제2 그래핀층; 상기 제2 그래핀층 상에 형성된 제2 반도체층;
상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 드레인 전극; 상기 제2 그래핀 층 상에 상기 제2 드레인 전극과 이격되게 형성된 제2 소스 전극;을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 나노갭 전극의 두 영역은 상기 나노갭과 마주하는 부분의 폭이 다른 부분에 비해 좁게 형성될 수 있다.
상기 제2 나노갭 전극의 두께는 1nm 이하로 형성될 수 있다.
상기 제2 나노갭 전극의 나노갭 길이는 2nm 이하로 형성될 수 있다.
상기 제2 나노갭 전극은 그래핀(graphene) 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 나노갭 소자는 개구가 형성된 기판을 더 포함하며, 상기 제1절연층은 상기 나노포어가 상기 개구와 마주하도록 상기 기판 상에 형성될 수 있다.
상기 개구는 경사진 측면을 가지며 입구로부터 안쪽으로 들어갈수록 좁아지는 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 일 유형에 따르면, 나노갭 소자로부터의 신호를 처리하는 방법은 제1항의 나노갭 소자 복수개를 각각의 나노갭이 마주하도록 배치하는 단계; 상기 복수의 나노갭 소자 각각에 대해 제1 드레인 전극 및 상기 제1 소스 전극 사이의 드레인 전류를 시간에 따라 측정하는 단계; 상기 복수의 나노갭 소자 각각의 드레인 전류 신호를 동기화하는 단계;를 포함한다.
상기 방법은 상기 복수의 나노갭 소자 각각의 동기화된 드레인 전류 신호를 합산(sum)하여 증폭 신호를 얻는 단계; 또는 상기 복수의 나노갭 소자 각각의 동기화된 드레인 전류 신호의 차(subtract) 로부터 오류 신호를 얻는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 다른 유형에 따르면, 나노갭 소자로부터의 신호를 처리하는 방법은 상기 제1 드레인 전극 및 상기 제1 소스 전극 사이의 제1 드레인 전류 신호를 시간에 따라 측정하는 단계; 상기 제2 드레인 전극 및 상기 제2 소스 전극 사이의 제2 드레인 전류 신호를 시간에 따라 측정하는 단계;를 포함한다.
상기 방법은 상기 제1 드레인 전류 신호 및 상기 제2 드레인 전류 신호를 동기화하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 상기 동기화된 제1 드레인 전류 신호 및 상기 제2 드레인 전류 신호를 합산(sum)하여 증폭 신호를 얻는 단계; 또는, 상기 동기화된 제1 드레인 전류 신호 및 상기 제2 드레인 전류 신호 간의 차(subtract)로부터 오류 신호를 얻는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 나노갭 소자는 나노갭 전극을 다이어드(tunable diode)의 게이트 전극으로 활용할 수 있는 구조를 가지므로, 나노갭 전극에서의 작은 전기적 신호를 증폭할 수 있다.
또는, 상술한 나노갭 소자는 나노갭 전극 및 그래핀과 반도체로 이루어진 다이오드 구조를 반복 적층한 구조로 변형될 수 있으며, 이로부터 얻은 두 가지 신호를 얻어 염기 분석에 활용할 수 있다.
상술한 나노갭 소자에서의 신호를 처리하는 방법에 따르면, 동일한 염기에 대해 시간 차이를 두고 반복적인 측정을 수행하고, 이를 동기화하여 증폭신호나 오류신호를 얻을 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 나노갭 소자의 개략적인 구조를 보인 단면도이다.
도 2는 도 1의 나노갭 소자의 개략적인 구조를 다른 단면에서 보인 단면도이다.
도 3은 도 1의 제1 나노갭 전극, 제1 그래핀층, 제1 반도체층, 제1 드레인 전극 및 제1 소스 전극 간의 배치를 보인 평면도이다.
도 4는 도 1의 나노갭 소자를 이용한 분자 검출 장치의 개략적인 구조를 보인 단면도이다.
도 5는 도 1의 나노갭 소자에 대한 등가 회로를 보인다.
도 6은 도 1의 나노갭 소자에서 나노갭을 통과하는 분자에 의해 변하는 나노갭 전극의 전압에 따라 드레인 전류가 변하는 것을 예시적으로 보인 그래프이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 나노갭 소자의 개략적인 구조를 보인 단면도이다.
도 8은 도 7의 나노갭 소자의 제1 나노갭 전극, 제2 나노갭 전극, 제1 그래핀층, 제2 그래핀층, 제1 반도체층, 제2 반도체응, 제1 드레인 전극, 제2 드레인 전극, 제1 소스 전극 및 제2 소스 전극간의 배치를 보인 평면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 9의 나노갭 소자로부터의 신호를 분석하는 방법을 설명하는 드레인 전류 그래프이다.
도 10a 내지 도 10h는 실시예에 따른 나노갭 소자 제조방법을 설명하는 도면들이다.
도 2는 도 1의 나노갭 소자의 개략적인 구조를 다른 단면에서 보인 단면도이다.
도 3은 도 1의 제1 나노갭 전극, 제1 그래핀층, 제1 반도체층, 제1 드레인 전극 및 제1 소스 전극 간의 배치를 보인 평면도이다.
도 4는 도 1의 나노갭 소자를 이용한 분자 검출 장치의 개략적인 구조를 보인 단면도이다.
도 5는 도 1의 나노갭 소자에 대한 등가 회로를 보인다.
도 6은 도 1의 나노갭 소자에서 나노갭을 통과하는 분자에 의해 변하는 나노갭 전극의 전압에 따라 드레인 전류가 변하는 것을 예시적으로 보인 그래프이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 나노갭 소자의 개략적인 구조를 보인 단면도이다.
도 8은 도 7의 나노갭 소자의 제1 나노갭 전극, 제2 나노갭 전극, 제1 그래핀층, 제2 그래핀층, 제1 반도체층, 제2 반도체응, 제1 드레인 전극, 제2 드레인 전극, 제1 소스 전극 및 제2 소스 전극간의 배치를 보인 평면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 9의 나노갭 소자로부터의 신호를 분석하는 방법을 설명하는 드레인 전류 그래프이다.
도 10a 내지 도 10h는 실시예에 따른 나노갭 소자 제조방법을 설명하는 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 나노갭 소자, 이를 이용한 신호 처리 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에서 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 나노갭 소자(100)의 개략적인 구조를 보인 단면도이고, 도 2는 도 1의 나노갭 소자(100)의 개략적인 구조를 도 1과 다른 단면에서 보인 단면도이며, 도 3은 도 1의 제1 나노갭 전극(130), 제1 그래핀층(150), 제1 반도체층(160), 제1 드레인 전극(170) 및 제1 소스 전극(180) 간의 배치를 보인 평면도이다.
나노갭 소자(100)는 나노포어(nanopore)(NP)가 형성된 제1절연층(120), 제1절연층(120)상에 형성되고, 나노포어(NP)와 마주하는 나노갭(nanogap)을 사이에 두고 두 영역으로 분리된 형상을 가지는 제1 나노갭 전극(130); 제1 나노갭 전극(130) 상에 형성된 제2 절연층(140), 제2 절연층(140) 상에 형성된 제1 그래핀층(150), 제1 그래핀층(150) 상에 형성된 제1 반도체층(160), 제1 반도체층(160) 상에 형성된 제1 드레인 전극(170), 제1 그래핀층(150) 상에 상기 제1 반도체층(160)과 이격되게 형성된 제1 소스 전극(180)을 포함한다.
나노갭 소자(100)는 나노갭(NG)을 표적 분자(M), 예를 들어, DNA가 통과할 때, DNA를 구성하는 염기를 구분하는 신호를 생성하기 위한 것으로, 본 실시예에서는 나노갭 전극(130)을 제1그래핀층(150)과 제1반도체층(160)으로 이루어지는 튜너블 다이오드(tunable diode)의 게이트 전극으로 활용할 수 있는 구조를 구비하고 있다.
이하, 나노갭 소자(100)의 상세한 구조와 재질에 대해 살펴보면 다음과 같다.
기판(110)은 제1 절연층(120) 및 제1절연층(120) 상에 형성되는 제1 나노갭 전극(130) 등을 지지하기 위해 마련되는 것으로, 제1절연층(120)에 형성된 나노포어(NP)와 마주하는 개구(H)를 가질 수 있다. 기판(110)은 반도체 재료, 폴리머 재료 등으로 형성될 수 있다. 상기 반도체 재료는 예들 들어, Si, Ge, GaAs, GaN 등을 포함할 수 있고, 상기 폴리머 재료는 유기 폴리머와 무기 폴리머를 포함할 수 있다. 그 밖에 기판(110)은 석영(quartz), 유리 등으로 형성될 수도 있다. 기판(110)에 형성된 개구(H)는 그 크기가 수 ㎛ 이하일 수 있으며, 개구(H)의 측면은 경사면으로 이루어지며, 예를 들어, 입구로부터 안쪽으로 갈수록 좁아지는 형상을 가질 수 있다. 이러한 형태의 개구(H)는 표적 분자(M)가 기판(110)의 하부로부터 나노갭(NG) 쪽으로 용이하게 유입되도록 가이드할 수 있다.
제1 절연층(120)은 절연물질, 예를 들어, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, SiO2 HfO2, Al2O3, Si3N4 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 또는 이들 물질로 이루어지는 다층막을 사용할 수 있다. 제1 절연층(120)에 형성된 나노포어(NP)는 기판(110)의 개구(H)와 연결될 수 있다. 즉, 나노포어(NP)는 개구(H)와 대응되는 위치에 마련될 수 있다. 나노포어(NP)의 크기는 검출하고자 하는 표적 분자(M)의 크기를 고려하여 정할 수 있다. 나노포어(NP)는 FIB(focused ion beam) 장비를 사용하여 형성될 수 있다.
제1 나노갭 전극(130)은 전도성이 높은 금속 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 나노갭 전극(130)의 두께는, 예를 들어, DNA 베이스와 유사한 두께를 가지도록 형성될 수 있으며, 대략 1nm 이하로 형성될 수 있다. 제1 나노갭 전극(130)은 그래핀(graphene) 물질로 이루어질 수도 있다. 그래핀은 탄소로 이루어진 육방정계(hexagonal) 단층 구조물로서, 그래핀 내에서 전하의 이동도(mobility)는 매우 높아, 전기전도도가 매우 높은 금속과 같은 거동을 한다. 또한, 그 두께가 수 옴스트롱(Å) 정도로 얇아 나노갭(NG)을 통과하는 표적 분자(M)에 의한 터널링 전류(tenneling current) 변화를 측정할 수 있는 나노 크기를 구현하기가 용이하다. 한편, 제1 나노갭 전극(130)은 나노갭(NG)을 사이에 두고 두 영역으로 분리되어 있으며, 나노갭(NG)과 마주하는 부분의 폭이 다른 부분에 비해 좁게 형성될 수 있다. 이러한 형상은 수 나노미터 정도로 작은 나노갭(NG)을 보다 용이하게 형성하기 위한 것이다. 나노갭(NG)의 길이는 2nm 이하로 형성될 수 있다. 여기서, 나노갭(NG)의 길이는 나노갭(NG)을 사이에 두고 분리된, 나노갭 전극(130)의 두 영역간의 간격을 의미한다.
도면에서, 나노포어(NP)와 나노갭(NG)은 같은 크기로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이고, 나노포어(NP)는 나노갭(NG)보다 큰 직경을 갖도록 형성될 수도 있다. 나노갭(NG)은 FIB(focused ion beam) 장비를 사용하여 형성될 수 있다.
제2 절연층(140)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물 등의 절연물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, SiO2 HfO2, Al2O3, Si3N4 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 실시예의 나노갭 소자(100)에서 나노갭 전극(130)이 게이트 전극의 역할을 하므로, 제2 절연층(140)은 게이트 절연막의 역할을 한다. 따라서, 제2 절연층(140)의 두께가 얇을수록 게이트 전압의 작은 변화를 잘 증폭할 수 있다. 제2 절연층(140)의 두께는 약 5nm에서 20nm의 범위로 형성할 수 있으며, 여기서, 제2 절연층(140)의 두께는 제1 나노갭 전극(130)의 상면으로부터 제1 그래핀층(150) 하면 까지의 거리를 의미한다.
제1 그래핀층(150)은 그래핀(graphene)물질로 이루어진다.
제1 반도체층(160)은 다양한 종류의 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, Si나 Ge, 또는, GaAs, GaN, InP, GaP등의 화합물 반도체, ZnO, InO, SnO, InZnO, ZnSnO, InSnO 등과 같은 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 제1 반도체층(160)은 단일층으로 형성될 수도 있고, 다층 구조로 형성될 수도 있다.
그래핀 물질과 반도체 물질을 적층한 그래핀/반도체 구조는 쇼트키 다이오드(schottky diode)의 특성을 가지는 것으로 알려져 있다. 여기에 게이트 전압이 인가되면 다이오드의 특성이 조절(modulation) 되는 튜너블 다이오드의 역할을 한다. 본 실시예의 나노갭 소자(100)는 나노갭 전극(130)이 게이트 전극의 역할을 하게 되며, 나노갭(NG)을 통과하는 표적 분자(M)에 의한 전기적 신호를 증폭할 수 있다.
도 4는 도 1의 나노갭 소자(100)를 이용한 분자 검출 장치(1000)의 개략적인 구조를 보인 단면도이다.
DNA 검출 장치(1000)는 도 1에 예시한 나노갭 소자(100), 나노갭을 통과하는 시료가 담긴 수조(1100) 및 시료의 움직임을 유도하는 제1전극(1200), 제2전극(1300)을 포함하며, 시료내의 표적 분자(M)를 유동하는 채널 구성을 예시적으로 보인다.
나노갭 소자(100)는 수조(1100) 내에 배치되며, 또한, 시료 내의 표적 분자(M)를 이동시키기 위해 시료 내에 전기장을 형성하기 위해 나노갭 소자(100)의 상부 영역 및 하부 영역에는 각각 제1전극(1200) 및 제2전극(1300)이 배치되어 있다. 수조(1100)는 물, 탈이온수(deionized water), 전해질(electrolyte) 용액 등의 버퍼 용액으로 채워질 수 있다. 버퍼 용액은 나노갭 센서(100)가 검출할 표적 분자의 이동 매개체가 될 수 있다. 외부 전원으로부터 제1 및 제2전극(1200, 1300)에 전압이 인가되는 경우에, 예를 들어 단일 가닥의 DNA는 음(-)전하를 띄므로, 제1 및 제2전극(1200, 1300)에 인가된 전압에 의한 전기장에 의해서 음(-)의 전극(1300)이 있는 하부 영역에서 양(+)의 전극(1200)이 있는 상부 영역으로 이동할 수 있다. 즉, 하부 영역으로 유입된 단일 가닥의 DNA는 인가된 전기장에 의해서, 기판(110)의 개구(H) 근처로 이동하게 되고, 개구(H)에 의해서 가이드되어 나노포어(NP)로 접근하게 된다. 단일 가닥의 DNA가 나노포어(NP)를 지나 나노갭(NG)을 통과할 때, 나노갭 전극(170)에서의 전기적 신호 변화를 측정하여 염기를 구별할 수 있다.
상술한 구조 외에도, 표적 분자가 나노갭(NG을 통과하여 유동하도록 하는 다양한 채널 구조가 채용될 수 있다.
도 5는 도 1의 나노갭 소자(100)에 대한 등가 회로를 보이며, 도 6은 도 1의 나노갭 소자(100)에서 나노갭(NG)을 통과하는 표적 분자(M)에 의해 변하는 나노갭 전극(130)의 전압에 따라 드레인 전류(ID)가 변하는 것을 예시적으로 보인 그래프이다.
도 5의 등가 회로에서, 가변저항은 나노갭(NG)을 통과하는 표적 분자(M)에 의한 것이다. 표적 분자(M)에 포함된 염기의 종류에 따라 가변 저항값은 다르게 나타나고, 이에 의한 게이트 전압(Vg)이 다르게 형성된다. 이와 같이 변하는 게이트 전압(Vg)은 도 6의 그래프로 예시한 바와 같이, 증폭된 드레인 전류 신호(ID)로 검출된다.
도 7은 다른 실시예에 따른 나노갭 소자(200)의 개략적인 구조를 보인 단면도이고, 도 8은 도 7의 나노갭 소자(200)의 제1 나노갭 전극(225), 제2 나노갭 전극(260), 제1 그래핀층(235), 제2 그래핀층(270), 제1 반도체층(240), 제2 반도체층(275), 제1 드레인 전극(245), 제2 드레인 전극(280), 제1 소스 전극(235) 및 제2 소스 전극(280)간의 배치를 보인 평면도이다.
나노갭 소자(200)는 나노포어(nanopore)(NP)가 형성된 제1절연층(220), 제1절연층(220)상에 형성되고, 나노포어(NP)와 마주하는 나노갭(nanogap)을 사이에 두고 두 영역으로 분리된 형상을 가지는 제1 나노갭 전극(225); 제1 나노갭 전극(225) 상에 형성된 제2 절연층(230), 제2 절연층(230) 상에 형성된 제1 그래핀층(235), 제1 그래핀층(235) 상에 형성된 제1 반도체층(240), 제1 반도체층(240) 상에 형성된 제1 드레인 전극(245), 제1 그래핀층(235) 상에 제1 반도체층(240)과 이격되게 형성된 제1 소스 전극(250)을 포함한다. 또한, 제1 그래핀층(235), 제1 반도체층(240) 및 제1 드레인 전극(245)을 덮도록 형성된 보호층(255), 보호층(255) 위에 형성되고, 나노포어(NP)와 마주하는 나노갭(NG)을 사이에 두고 두 영역으로 분리된 형상을 가지는 제2 나노갭 전극(260), 제2 나노갭 전극(260)상에 형성된 제3 절연층(265), 제3 절연층 상에 형성된 제2 그래핀층(270), 제2 그래핀층(270) 상에 형성된 제2 반도체층(275), 제2 반도체층(275) 상에 형성된 제2 드레인 전극(280), 제2 그래핀(270) 층 상에 제2 드레인 전극(180)과 이격되게 형성된 제2 소스 전극(285)를 더 포함한다.
본 실시예의 나노갭 소자(200)는 도 1의 나노갭 소자(100)에 추가적으로, 제2 나노갭 전극(260), 제2그래핀층(270), 제2반도체층(175)이 더 구비된 것으로, 제2 나노갭 전극(260)은 제2그래핀층(270), 제2반도체층(175)으로 이루어지는 다이오드에 대해 게이트 전극의 기능을 하게 된다.
제1 나노갭 전극(225), 제1 그래핀층(235), 제1 반도체층(240), 제1 드레인 전극(2425), 제1 소스 전극(250), 제1 절연층(220), 제2절연층(230)에 대한 설명은 도 1에서 설명한 동일 명칭 부재에 대한 설명과 실질적으로 동일하다. 또한, 제2 나노갭 전극(260), 제3 그래핀층(270), 제2 반도체층(275), 제2 드레인 전극(280), 제2 소스 전극(285), 제3절연층(265)의 구성, 재질은 각각 도 1의 제1 나노갭 전극(130), 제1 그래핀층(150), 제1 반도체층(160), 제1 드레인 전극(170), 제1 소스 전극(180), 제2절연층(140)에 대한 예시로부터 선택될 수 있다.
이러한 구조의 나노갭 소자(200)로부터 제1 나노갭 전극(225)과 제2 나노갭 전극(260) 사이의 거리에 대응하는 시간차(timd delay)를 두고 반복적으로 드레인 전류(ID)를 얻을 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 도 9의 나노갭 소자(200)로부터의 신호를 분석하는 방법을 설명하는 드레인 전류 그래프이다.
도 9a를 참조하면, 제1 드레인 전극(245) 및 제1 소스 전극(250) 사이의 제1 드레인 전류 신호(ID1)와, 제2 드레인 전극(280) 및 제2 소스 전극(285) 사이의 제2 드레인 전류 신호(ID2)가 시간에 대해 측정되어 있다.
제1 드레인 전류 신호(ID1) 및 제2 드레인 전류 신호(ID2)를 동기화하여, 신호를 증폭하거나 오류신호의 검출에 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 9b에 도시된 바와 같이, 동기화된 제1 드레인 전류 신호(ID1) 및 상기 제2 드레인 전류 신호(ID2)를 합산(sum)한 신호(Synch. Signal sum)로부터 증폭 신호(Amplification)를 얻을 수 있고, 동기화된 제1 드레인 전류 신호(ID1) 및 상기 제2 드레인 전류 신호(ID2) 간의 차(subtract) 신호(Synch. Signal subtract)로부터 오류 신호(Noise)를 얻을 수 있다.
상술한 신호 처리 방법은 도 7의 나노갭 소자(200)의 구조를 예시하여 설명하였으나, 도 1의 나노갭 소자(100) 복수개를 각각의 나노갭(NG)이 마주하도록 배치하고 상기한 방법을 수행하는 것도 가능하다. 즉, 복수의 나노갭 소자(100) 각각에 대해 제1 드레인 전극(140) 및 제1 소스 전극(150) 사이의 드레인 전류 신호를 시간에 따라 측정하고, 복수의 나노갭 소자 각각의 드레인 전류 신호를 동기화 한 후, 동기화된 신호의 합(sum) 또는 차(subtract)를 이용하여, 증폭 신호나 오류 신호를 얻을 수 있다.
도 10a 내지 도 10h는 실시예에 따른 나노갭 소자 제조방법을 설명하는 도면들이다.
도 10a를 참조하면, 기판(310) 상에 제1절연층(320)을 형성한다. 기판(310)으로는 다양한 재질의 반도체, 폴리머 기판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 기판을 소정 두께, 대략 300um이 되도록 CMP(chemical mechanical polishing) 등의 방법으로 연마하여 기판(310)을 준비할 수 있다. 기판(310)의 하면에는 도시되지는 않았으나, 소정의 개구 형성을 위한 식각 마스크층이 더 마련될 수도 있다. 제1절연층(320)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등의 절연물질로 이루어질 수 있고, 증착 공정등을 통해 형성될 수 있다.
다음, 도 10b와 같이, 제1 절연층(320) 상에 제1 나노갭 전극(330)을 형성한다. 제1 나노갭 전극(330)은 도 10c에 도시된 바와 같은 형상으로 패턴될 수 있다. 제1 나노갭 전극(330)은 금속 재질로 형성될 수 있고, 또는, 그래핀 물질로 형성될 수도 있다.
다음, 도 10d와 같이, 제1 나노갭 전극(330)을 덮는 제2절연층(340)을 형성하고, 제2절연층(340) 위에 제1그래핀층(350)을 형성한다. 제2절연층(3460)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등의 절연물질로 이루어질 수 있고, 증착 공정등을 통해 형성될 수 있다. 제1그래핀층(350)은 그래핀 물질로 이루어지며, 화학 기상 증착법에 따라 합성될 수 있다. 예를 들어, 다른 기판에서 CVD법으로 합성된 후, 제2절연층(340) 위로 전사될 수 있다. 또는, SiC 결정 열분해 방법을 사용하거나, 미세 기계적 방법, 즉, 그라파이트 시료에 시료에 스카치 테이프를 붙인 다음 스카치 테이프를 떼어내어 스카치 테이프 표면에 그라파이트로부터 떨어져 나온 그래핀이 스카치 테이프 표면에 흡착되고, 이를 제2절연층(340) 상에 전사하는 방식을 사용할 수도 있다.
다음, 도 10e, 도 10f를 참조하면, 제1그래핀층(350) 위에 제1반도체층(360)을 형성하고, 제1반도체층(360) 위에 제1 드레인 전극(370)을, 제1그래핀층(350) 위에 제1반도체층(360)과 이격된 위치에 제1 소스 전극(380)을 형성한다. 도 10f는 도 10e와 다른 단면에서 본 도면이다.
제1반도체층(360)은 다양한 종류의 반도체 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, Si나 Ge, 또는, GaAs, GaN등의 화합물 반도체, ZnO, InO, SnO, InZnO, ZnSnO, InSnO 등과 같은 산화물 반도체로 이루어질 수 있다.
제1 드레인 전극(370) 및 제1 소스 전극(380)은 전기 전도성이 높은 금속 재질, 예를 들어, Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W 또는 Cu등의 재료를 증착하여 형성될 수 있다.
다음, 도 10g와 같이 기판(310)의 하면을 이방성 식각하여 개구(H)를 형성한다.
다음, 도 10h와 같이, 나노포어(NP), 나노갭(NG)을 형성한다. 나노포어(NP), 나노갭(NG)은 개구(H)와 연결되는 위치에 형성되며, FIB(focused ion beam) 장비나 TEM(transmission electron mmicroscope) 장비를 이용하여 형성될 수 있다. 나노포어(NP)와 나노갭(NG)은 같은 크기로 도시되어 있으나 이는 예시적인 것이고, 나노포어(NP)의 크기는 나노갭(NG)보다 크게 형성될 수도 있다.
상술한 단계에서 제조된 나노갭 소자(300)은 도 1의 나노갭 소자(100)와 유사한 구조를 예시하였으나, 유사한 공정 단계를 반복하여, 도 6과 같인 두 층의 나노갭 전극을 구비하는 형태로 제조하는 것도 가능하다.
이러한 본원 발명인 나노갭 소자 및 이로부터의 신호를 처리하는 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 200, 300...나노갭 소자 1000...분자 검출 장치
110, 210, 310...기판 120, 220, 320...제1절연층
130, 330...제1 나노갭 전극 140...제2절연층
150, 235, 350...제1 그래핀층 160, 240, 360...제1 반도체층
170, 245, 370...제1 드레인 전극 180, 250, 380...제1 소스 전극
255...보호층 260...제2 나노갭 전극
265...제3절연층 270...제2 그래핀층
275...제2 반도체층 280...제2 드레인 전극
110, 210, 310...기판 120, 220, 320...제1절연층
130, 330...제1 나노갭 전극 140...제2절연층
150, 235, 350...제1 그래핀층 160, 240, 360...제1 반도체층
170, 245, 370...제1 드레인 전극 180, 250, 380...제1 소스 전극
255...보호층 260...제2 나노갭 전극
265...제3절연층 270...제2 그래핀층
275...제2 반도체층 280...제2 드레인 전극
Claims (19)
- 나노포어(nanopore)가 형성된 제1절연층;
상기 제1절연층 상에 형성되고, 상기 나노포어와 마주하는 나노갭(nanogap)을 사이에 두고 두 영역으로 분리된 형상을 가지는 제1 나노갭 전극;
상기 제1 나노갭 전극 상에 형성된 제2 절연층;
상기 제2 절연층 상에 형성된 것으로, 제1 그래핀층과, 상기 제1그래핀층 상에 형성된 제1반도체층을 포함하는 튜너블 다이오드;
상기 제1 반도체층 상에 형성된 제1 드레인 전극;
상기 제1 그래핀층 상에 상기 제1 반도체층과 이격되게 형성된 제1 소스 전극;을 포함하며,
상기 제1 나노갭 전극이 상기 튜너블 다이오드의 특성을 변화시키기 위한 게이트 전극이 되는, 나노갭 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 나노갭 전극의 두 영역은
상기 나노갭과 마주하는 부분의 폭이 다른 부분에 비해 좁게 형성된 나노갭 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 나노갭 전극의 두께는 1nm 이하인 나노갭 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 나노갭 전극의 나노갭 길이는 거리는 2nm 이하인 나노갭 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 나노갭 전극은 그래핀(graphene) 물질을 포함하여 이루어진 나노갭 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 그래핀층, 상기 제1 반도체층 및 상기 제1 드레인 전극을 덮도록 형성된 제1 보호층;
상기 제1 보호층 위에 형성되고, 상기 나노포어와 마주하는 나노갭(nanogap)을 사이에 두고 두 영역으로 분리된 형상을 가지는 제2 나노갭 전극;
상기 제2 나노갭 전극상에 형성된 제3 절연층;
상기 제2 절연층 상에 형성된 제2 그래핀층;
상기 제2 그래핀층 상에 형성된 제2 반도체층;
상기 제2 반도체층 상에 형성된 제2 드레인 전극;
상기 제2 그래핀 층 상에 상기 제2 드레인 전극과 이격되게 형성된 제2 소스 전극;을 더 포함하는 나노갭 소자. - 제6항에 있어서,
상기 제2 나노갭 전극의 두 영역은
상기 나노갭과 마주하는 부분의 폭이 다른 부분에 비해 좁게 형성된 나노갭 소자. - 제6항에 있어서,
상기 제2 나노갭 전극의 두께는 1nm 이하인 나노갭 소자. - 제6항에 있어서,
상기 제2 나노갭 전극의 나노갭 길이는 2nm 이하인 나노갭 소자. - 제6항에 있어서,
상기 제2 나노갭 전극은 그래핀(graphene) 물질을 포함하여 이루어진 나노갭 소자. - 제1항에 있어서,
개구가 형성된 기판을 더 포함하며,
상기 제1절연층은 상기 나노포어가 상기 개구와 마주하도록 상기 기판 상에 형성된 나노 갭 소자. - 제11항에 있어서,
상기 개구는 경사진 측면을 가지며 입구로부터 안쪽으로 들어갈수록 좁아지는 형상으로 형성된 나노갭 소자. - 나노갭 소자로부터의 신호를 처리하는 방법에 있어서,
제1항의 나노갭 소자 복수개를 각각의 나노갭이 마주하도록 배치하는 단계;
상기 복수의 나노갭 소자 각각에 대해 제1 드레인 전극 및 상기 제1 소스 전극 사이의 드레인 전류를 시간에 따라 측정하는 단계;
상기 복수의 나노갭 소자 각각의 드레인 전류 신호를 동기화하는 단계;를 포함하는 방법. - 제13항에 있어서,
상기 복수의 나노갭 소자 각각의 동기화된 드레인 전류 신호를 합산(sum)하여 증폭 신호를 얻는 단계;를 더 포함하는 방법. - 제13항에 있어서,
상기 복수의 나노갭 소자 각각의 동기화된 드레인 전류 신호의 차(subtract) 로부터 오류 신호를 얻는 단계;를 더 포함하는 방법. - 제6항의 나노갭 소자로부터의 신호를 처리하는 방법에 있어서,
상기 제1 드레인 전극 및 상기 제1 소스 전극 사이의 제1 드레인 전류 신호를 시간에 따라 측정하는 단계;
상기 제2 드레인 전극 및 상기 제2 소스 전극 사이의 제2 드레인 전류 신호를 시간에 따라 측정하는 단계;를 포함하는 방법. - 제16항에 있어서,
상기 제1 드레인 전류 신호 및 상기 제2 드레인 전류 신호를 동기화하는 단계;를 더 포함하는 방법. - 제17항에 있어서,
상기 동기화된 제1 드레인 전류 신호 및 상기 제2 드레인 전류 신호를 합산(sum)하여 증폭 신호를 얻는 단계;를 더 포함하는 방법. - 제18항에 있어서,
상기 동기화된 제1 드레인 전류 신호 및 상기 제2 드레인 전류 신호 간의 차(subtract)로부터 오류 신호를 얻는 단계;를 더 포함하는 방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120124464A KR101878747B1 (ko) | 2012-11-05 | 2012-11-05 | 나노갭 소자 및 이로부터의 신호를 처리하는 방법 |
| US13/856,026 US9030187B2 (en) | 2012-11-05 | 2013-04-03 | Nanogap device and method of processing signal from the nanogap device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120124464A KR101878747B1 (ko) | 2012-11-05 | 2012-11-05 | 나노갭 소자 및 이로부터의 신호를 처리하는 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140058014A KR20140058014A (ko) | 2014-05-14 |
| KR101878747B1 true KR101878747B1 (ko) | 2018-07-16 |
Family
ID=50621763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120124464A KR101878747B1 (ko) | 2012-11-05 | 2012-11-05 | 나노갭 소자 및 이로부터의 신호를 처리하는 방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9030187B2 (ko) |
| KR (1) | KR101878747B1 (ko) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101927415B1 (ko) * | 2012-11-05 | 2019-03-07 | 삼성전자주식회사 | 나노갭 소자 및 이로부터의 신호를 처리하는 방법 |
| EP3169994B1 (en) * | 2014-07-11 | 2020-06-10 | Oxford University Innovation Limited | Method for forming nano-gaps in graphene |
| CN104792845A (zh) * | 2014-08-07 | 2015-07-22 | 中国科学院微电子研究所 | 传感装置 |
| WO2017102852A1 (en) | 2015-12-14 | 2017-06-22 | Dubois Valentin | Crack structures, tunneling junctions using crack structures and methods of making same |
| JP2021188910A (ja) * | 2020-05-25 | 2021-12-13 | ティーイーアイソリューションズ株式会社 | ナノギャップ電極構造体、およびその製造方法、分析装置、分析方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100082956A (ko) * | 2009-01-12 | 2010-07-21 | 연세대학교 산학협력단 | Ｓａｗ 소자를 이용한 가스 감지센서 및 그 감지방법 |
| KR20120089121A (ko) * | 2011-02-01 | 2012-08-09 | 삼성전자주식회사 | 나노 센서 및 이를 사용하는 표적 분자 센싱 방법 |
| KR20120110873A (ko) * | 2011-03-30 | 2012-10-10 | 삼성전자주식회사 | 반도체소자와 그 제조방법 및 반도체소자를 포함하는 전자장치 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3578098B2 (ja) | 2001-03-16 | 2004-10-20 | 富士ゼロックス株式会社 | 電気接続体の製造方法、電気接続体および電気配線方法 |
| US7989067B2 (en) | 2003-06-12 | 2011-08-02 | Georgia Tech Research Corporation | Incorporation of functionalizing molecules in nanopatterned epitaxial graphene electronics |
| KR100849384B1 (ko) | 2005-10-21 | 2008-07-31 | 한국생명공학연구원 | 나노갭 및 나노갭 센서의 제조방법 |
| KR20080110169A (ko) | 2007-06-14 | 2008-12-18 | 삼성전자주식회사 | 그래핀을 이용한 전하 검출장치 |
| US8961757B2 (en) * | 2008-03-18 | 2015-02-24 | Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona Acting For And On Behalf Of Arizona State University | Nanopore and carbon nanotube based DNA sequencer |
| KR101440542B1 (ko) | 2008-06-26 | 2014-09-16 | 한국과학기술원 | 전도성 그라핀을 이용한 바이오센서 및 그 제조방법 |
| EP2350644B1 (en) | 2008-11-18 | 2015-01-07 | THE UNITED STATES OF AMERICA as represented by the Secretary, Department of Health and Human Services | A semiconductor for measuring biological interactions |
| KR101189928B1 (ko) | 2009-10-01 | 2012-10-10 | 한국과학기술원 | 그래핀 제조방법, 이에 의하여 제조된 그래핀, 이를 이용한 ｄｎａ 분석 방법 및 그래핀-나노입자 복합체 제조방법 |
| US9146209B2 (en) | 2010-03-30 | 2015-09-29 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | DNA-decorated graphene chemical sensors |
| KR101188172B1 (ko) | 2010-05-26 | 2012-10-05 | 고려대학교 산학협력단 | 전기화학적 바이오센서 및 그 제조방법 |
| KR101209000B1 (ko) | 2010-06-25 | 2012-12-06 | 서울대학교산학협력단 | 그래핀 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자 및 ｄｎａ 분석용 장치 |
| KR20140028602A (ko) * | 2012-08-29 | 2014-03-10 | 삼성전자주식회사 | 그래핀을 포함하는 나노 센서 및 이의 제조 방법 |
-
2012
- 2012-11-05 KR KR1020120124464A patent/KR101878747B1/ko active IP Right Grant
-
2013
- 2013-04-03 US US13/856,026 patent/US9030187B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100082956A (ko) * | 2009-01-12 | 2010-07-21 | 연세대학교 산학협력단 | Ｓａｗ 소자를 이용한 가스 감지센서 및 그 감지방법 |
| KR20120089121A (ko) * | 2011-02-01 | 2012-08-09 | 삼성전자주식회사 | 나노 센서 및 이를 사용하는 표적 분자 센싱 방법 |
| KR20120110873A (ko) * | 2011-03-30 | 2012-10-10 | 삼성전자주식회사 | 반도체소자와 그 제조방법 및 반도체소자를 포함하는 전자장치 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 중국 특허공개공보 제102095768 호(2011.06.15.) 1부. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9030187B2 (en) | 2015-05-12 |
| KR20140058014A (ko) | 2014-05-14 |
| US20140125310A1 (en) | 2014-05-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11307200B2 (en) | Field effect transistor, device including the transistor, and methods of forming and using same | |
| US9453811B2 (en) | Asymmetric bottom contacted device | |
| KR100679704B1 (ko) | 분자소자와 바이오 센서를 위한 나노갭 또는 나노 전계효과 트랜지스터 제작방법 | |
| KR102144995B1 (ko) | 그래핀 나노포어를 포함하는 나노포어 소자 및 그 제조 방법 | |
| KR101878747B1 (ko) | 나노갭 소자 및 이로부터의 신호를 처리하는 방법 | |
| CN103493203B (zh) | 晶体管器件以及用于制造晶体管器件的材料 | |
| EP2019313B1 (en) | Sensor device comprising elongated nanostructures, its use and manufacturing method | |
| US9034637B2 (en) | Apparatus and method for molecule detection using nanopores | |
| Tien et al. | Study of graphene-based 2D-heterostructure device fabricated by all-dry transfer process | |
| KR101910978B1 (ko) | 나노 센서 및 그의 제조 방법 | |
| KR101927415B1 (ko) | 나노갭 소자 및 이로부터의 신호를 처리하는 방법 | |
| US9945836B2 (en) | Field effect based nanopore device | |
| JP6285040B2 (ja) | 生体分子構造解析用デバイスおよび生体分子構造解析用デバイスの形成方法 | |
| Wittmann et al. | Dielectric surface charge engineering for electrostatic doping of graphene | |
| KR20080067276A (ko) | 유전율-변화 전계효과 트랜지스터 및 그 제조 방법 | |
| KR20150026012A (ko) | 가스센서 및 그 제조방법 | |
| Chang et al. | Impedimetric phosphorene field-effect transistors for rapid detection of lead ions | |
| CN103424457A (zh) | 生物传感器及其dna测序方法 | |
| US9341656B2 (en) | Nanosensors including graphene and methods of manufacturing the same | |
| US9638659B2 (en) | Nanowire field-effect sensor including nanowires having network structure and fabrication method thereof | |
| KR20100019261A (ko) | 산화아연 나노막대 어레이를 이용한 센서 및 그 제조방법 | |
| US11854801B2 (en) | Method and device for depositing a nano-object | |
| JP5681965B2 (ja) | 検出素子およびそれを用いた検出装置 | |
| D’Ortenzi et al. | Electrical contacts on silicon nanowires produced by metal-assisted etching: a comparative approach | |
| KR101353055B1 (ko) | 절연성 지지 부재 상의 나노 포어 구조를 이용한 이온 소자 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |