KR102163118B1 - Nano fet sensor and system by using the same - Google Patents

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KR102163118B1
KR102163118B1 KR1020190042629A KR20190042629A KR102163118B1 KR 102163118 B1 KR102163118 B1 KR 102163118B1 KR 1020190042629 A KR1020190042629 A KR 1020190042629A KR 20190042629 A KR20190042629 A KR 20190042629A KR 102163118 B1 KR102163118 B1 KR 102163118B1
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성우경
김원효
이국녕
윤수미
홍동기
강혜림
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한국전자기술연구원
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Abstract

The present invention relates to a field effect transistor sensor capable of adjusting the measurement sensitivity by itself, and a system using the same. The field effect transistor sensor includes: a substrate gate; a first gate oxide positioned on top of the substrate gate; a field effect transistor (FET) channel positioned on top of the first gate oxide; a second gate oxide positioned on top of the channel; and an upper gate positioned on top of the second gate oxide.

Description

나노 전계 효과 트랜지스터 센서 및 이를 이용한 시스템{NANO FET SENSOR AND SYSTEM BY USING THE SAME}Nano field effect transistor sensor and system using the same {NANO FET SENSOR AND SYSTEM BY USING THE SAME}

본 발명은 나노 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 센서와 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor including a nano field effect transistor and a system using the same.

최근 화학, 바이오 물질을 감지하기 위해서 여러가지 구조의 센서가 개발되고 있다. 이러한 센서들 중에서 높은 입력 임피던스와 증폭률을 가지는 상부 게이트를 이용한 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET)에 대한 연구가 진행되고 있다. Recently, sensors of various structures have been developed to detect chemical and biomaterials. Among these sensors, research on a field effect transistor (FET) using an upper gate having a high input impedance and amplification factor is being conducted.

이와 같은 FET를 센서로 사용하는 경우에는 종래의 방식에 비해 비용 및 시간이 적게 들고, IC(Integrated circuit)/MEMS 공정과의 접목이 용이하여 호환성이 우수하다는 장점을 지니고 있다.In the case of using such a FET as a sensor, the cost and time are lower than that of the conventional method, and it has the advantage of excellent compatibility due to easy grafting with an integrated circuit (IC)/MEMS process.

종래의 전계 효과 트랜지스터에 따르면, 실리콘 기판 위에 게이트 절연막을 형성하고 게이트 절연막 상단에 감지층을 형성한 뒤, 감지층 상단에 제어전극을 형성하는 방식이 주를 이루고 있다. 감지 원리는 감지 전후에 따라 감지층의 커패시턴스(Capacitance)나 일함수(Workfunction) 변화 및 전하 생성/소멸(Charge Generation/Extinction) 효과들이 나타나고, 결국 채널에서의 포텐셜(Potential)이 변하게 되어 드레인 전류가 변하게 된다. 이 드레인 전류의 변화를 읽어서 감지 정도를 정량적으로 나타낼 수 있다.According to a conventional field effect transistor, a method of forming a gate insulating layer on a silicon substrate, forming a sensing layer on the upper portion of the gate insulating layer, and forming a control electrode on the upper portion of the sensing layer is mainly used. The sensing principle is that the capacitance or work function of the sensing layer changes before and after sensing, and the effects of charge generation/extinction appear. Changes. By reading this change in drain current, the degree of detection can be quantitatively expressed.

이때, 검출하고자 하는 대상의 농도가 너무 높을 경우, 정전기 쇼크로 인해 절연 파괴 현상이 발생할 수가 있으며, 농도가 너무 낮을 경우, 측정이 불가능할 수 있다. 따라서, 측정 감도를 자체적으로 조절하면서, 소자의 보호를 위해 게이트 전압을 초기화하는 구조가 필요한 실정이다.At this time, if the concentration of the object to be detected is too high, an insulation breakdown phenomenon may occur due to electrostatic shock, and if the concentration is too low, measurement may be impossible. Accordingly, there is a need for a structure in which the gate voltage is initialized to protect the device while controlling the measurement sensitivity by itself.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 다량의 이온/가스 농도에도 정전기 쇼크 없이 안정적으로 동작하는 전계 효과 트랜지스터 센서 및 이를 이용한 센싱 시스템을 제공하기 위함이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a field effect transistor sensor that operates stably without static shock even at a large amount of ions/gas concentration, and a sensing system using the same.

또한, 센서 소자가 정상적으로 동작하는지 자가 진단이 가능하면서, 자체적으로 측정 감도의 조절이 가능한 전계 효과 트랜지스터 센서를 제공하기 위함이다.In addition, it is to provide a field effect transistor sensor capable of self-diagnosing whether a sensor element is operating normally and capable of adjusting measurement sensitivity by itself.

해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.The technical problem to be solved is not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may exist.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서는, 기판 게이트, 상기 기판 게이트 상부에 위치하는 제1 게이트 옥사이드, 상기 제1 게이트 옥사이드 상부에 위치하는 전계 효과 트랜지스터(FET) 채널, 상기 채널 상부에 위치하는 제2 게이트 옥사이드 및 상기 제2 게이트 옥사이드 상부에 위치하는 상부 게이트를 포함할 수 있다.In order to solve the above technical problem, a field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention includes a substrate gate, a first gate oxide positioned above the substrate gate, and a field effect positioned above the first gate oxide. A transistor (FET) channel, a second gate oxide positioned above the channel, and an upper gate positioned above the second gate oxide.

일실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 상기 기판 게이트는 이온 또는 가스를 검출하는 센싱 게이트로 동작하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, the substrate gate may operate as a sensing gate for detecting ions or gases.

일실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 상기 상부 게이트는 이온 또는 가스의 검출 감도를 조절하는 감도 조절 게이트로 동작할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, the upper gate may operate as a sensitivity control gate for adjusting the detection sensitivity of ions or gases.

일실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 상기 제1 게이트 옥사이드가 상기 제2 게이트 옥사이드보다 두꺼운 것을 특징으로 할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, the first gate oxide may be thicker than the second gate oxide.

일실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 상기 기판 게이트의 길이는 상기 채널의 길이보다 길고, 상기 상부 게이트의 길이는 상기 채널의 길이보다 짧은 것을 특징으로 할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, a length of the substrate gate may be longer than a length of the channel, and a length of the upper gate may be shorter than a length of the channel.

일실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 상기 전계 효과 트랜지스터 센서는, 상기 기판 게이트에 연결되어, 상기 기판 게이트를 플로팅 상태 및 자가 진단을 위한 상태 중 하나의 상태로 변경할 수 있는 스위치를 더 포함할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, the field effect transistor sensor further includes a switch connected to the substrate gate and capable of changing the substrate gate to one of a floating state and a state for self-diagnosis. I can.

일실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 상기 스위치는 상기 채널에 미리 정해진 값 이상의 전류가 흐르는 경우에 응답하여 상기 기판 게이트를 접지하거나 특정 Vbg 전압을 연결하여 초기화할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, the switch may be initialized by grounding the substrate gate or connecting a specific voltage V bg in response to a case where a current of a predetermined value or more flows through the channel.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 상기 기판 게이트는 가스 또는 이온을 검출할 수 있는 도체 패키징을 더 포함할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, the substrate gate may further include a conductor packaging capable of detecting gas or ions.

본 발명의 일실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서는, 도체 패키징, 가스 감지막, 상기 도체 패키징 및 상기 가스 감지막 사이에 공간을 형성하는 스페이서, 상기 가스 감지막 상부에 위치하는 기판 게이트, 상기 기판 게이트 상부에 위치하는 제1 게이트 옥사이드, 상기 제1 게이트 옥사이드 상부에 위치하는 전계 효과 트랜지스터(FET) 채널, 상기 채널 상부에 위치하는 제2 게이트 옥사이드 및 상기 제2 게이트 옥사이드 상부에 위치하는 상부 게이트를 포함할 수 있다.A field effect transistor gas detection sensor according to an embodiment of the present invention includes: a conductor packaging, a gas detection film, a spacer forming a space between the conductor packaging and the gas detection film, a substrate gate positioned above the gas detection film, A first gate oxide positioned above the substrate gate, a field effect transistor (FET) channel positioned above the first gate oxide, a second gate oxide positioned above the channel, and a top positioned above the second gate oxide It may include a gate.

일실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서에서, 상기 상부 게이트는 가스의 검출 감도를 조절하는 감도 조절 게이트로 동작할 수 있다.In the field effect transistor gas detection sensor according to an embodiment, the upper gate may operate as a sensitivity control gate for adjusting the detection sensitivity of the gas.

일실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서에서, 상기 제1 게이트 옥사이드가 상기 제2 게이트 옥사이드보다 두껍게 제작될 수 있다.In the field effect transistor gas detection sensor according to an embodiment, the first gate oxide may be formed to be thicker than the second gate oxide.

일실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서에서, 상기 기판 게이트의 길이는 상기 채널의 길이보다 길고, 상기 상부 게이트의 길이는 상기 채널의 길이보다 짧게 제작될 수 있다.In the field effect transistor gas detection sensor according to an embodiment, the length of the substrate gate may be longer than the length of the channel, and the length of the upper gate may be shorter than the length of the channel.

일실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서는 상기 기판 게이트에 연결되어, 상기 기판 게이트를 플로팅 상태 및 자가 진단을 위한 상태 중 하나의 상태로 변경할 수 있는 스위치를 더 포함할 수 있다.The field effect transistor gas detection sensor according to an exemplary embodiment may further include a switch connected to the substrate gate to change the substrate gate to one of a floating state and a state for self-diagnosis.

일실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서에서, 상기 스위치는 상기 채널에 미리 정해진 값 이상의 전류가 흐르는 경우에 응답하여 상기 기판 게이트를 접지하거나 특정 Vbg 전압을 연결하여 리셋시킬 수 있다.In the field effect transistor gas detection sensor according to an embodiment, the switch may reset the substrate gate by grounding the substrate gate or connecting a specific voltage V bg in response to a case in which a current of a predetermined value or more flows through the channel.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology can have the following effects. However, since it does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, it should not be understood that the scope of the rights of the disclosed technology is limited thereby.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전계 효과 트랜지스터 센서의 나노 채널 상하부에 있는 게이트 전극을 측정 감도를 제어하는 전극 및 센싱 전극으로 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a gate electrode located above and below a nanochannel of a field effect transistor sensor may be used as an electrode for controlling measurement sensitivity and a sensing electrode.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전계 효과 트랜지스터 센서의 기판 게이트 전극의 전압 변화를 통해 정상 상태 여부를 확인하는 자가진단이 가능하고, 과도한 이온/가스 농도에 의해 소자의 파괴를 사전에 차단할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to self-diagnose whether or not it is in a normal state through a voltage change of the substrate gate electrode of the field effect transistor sensor, and to prevent destruction of the device due to excessive ion/gas concentration. .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서의 보다 구체적인 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 도 2의 전계 효과 트랜지스터 센서를 위에서 내려다본 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서의 I-V특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서 상부 게이트 전압에 따른 I-V 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에 스위치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서 기판 게이트의 초기화 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서 상부 게이트에 일정한 전압을 가한 뒤, 음이온에 대한 반응 동작을 측정한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서의 패키징을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서를 이용한 가스 검출 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서를 설명하기 위한 구성도이다.
1 is a configuration diagram illustrating a field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram illustrating a more specific configuration of a field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a view of the field effect transistor sensor of FIG. 2 viewed from above.
4 is a view for explaining the IV characteristic of the field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining an IV characteristic according to an upper gate voltage in a field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an operation of a switch in a field effect transistor sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an initialization operation of a substrate gate in a field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph illustrating a reaction operation for negative ions after applying a constant voltage to an upper gate in the field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram for explaining packaging of a field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a gas detection sensor using a field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.
11 is a configuration diagram illustrating a field effect transistor sensor according to a second embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar elements. Terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The term "and/or" includes a combination of a plurality of related stated items or any of a plurality of related stated items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. Unless otherwise defined, all terms including technical or scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Shouldn't.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서를 설명하기 위한 구성도이다.1 is a configuration diagram illustrating a field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서는 기판 게이트(110), 상기 기판 게이트(110)상부에 위치하는 제1 게이트 옥사이드(120), 상기 제1 게이트 옥사이드(120) 상부에 위치하는 전계 효과 트랜지스터(FET) 채널(130), 상기 채널(130) 상부에 위치하는 제2 게이트 옥사이드(140) 및 상기 제2 게이트 옥사이드(140) 상부에 위치하는 상부 게이트(150)를 포함할 수 있다. 여기서, 전계 효과 트랜지스터 센서는 채널(130)을 통해 연결되는 소스(160) 및 드레인(170) 전극을 포함할 수 있다. 여기서, 상부 게이트(150)의 전극 전압은 Vg, 기판 게이트(110)의 전극 전압은 Vbg라고 할 수 있다.Referring to FIG. 1, a field effect transistor sensor according to an embodiment includes a substrate gate 110, a first gate oxide 120 positioned above the substrate gate 110, and an upper portion of the first gate oxide 120. A field effect transistor (FET) channel 130 positioned, a second gate oxide 140 positioned above the channel 130, and an upper gate 150 positioned above the second gate oxide 140. I can. Here, the field effect transistor sensor may include source 160 and drain 170 electrodes connected through the channel 130. Here, the electrode voltage of the upper gate 150 may be V g , and the electrode voltage of the substrate gate 110 may be V bg .

일 실시예에 따르면, 전계 효과 트랜지스터 센서를 이용해서 이온 또는 가스 분자를 검출할 수 있다. 나노 전계 효과 트랜지스터 센서는 게이트에 의한 전계효과를 이용하여 나노 채널의 저항변화를 통해 감지 물질을 검출할 수 있다. 이때, 채널(130)에 전계 효과를 주는 캐패시터 구조는 나노 채널의 상하부에 이중으로 구성할 수 있다.According to an embodiment, ions or gas molecules may be detected using a field effect transistor sensor. The nano field effect transistor sensor may detect a sensing material through a change in resistance of a nano channel using an electric field effect by a gate. In this case, a capacitor structure that gives an electric field effect to the channel 130 may be formed in a double upper and lower portions of the nanochannel.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 제1 게이트 옥사이드(120)가 상기 제2 게이트 옥사이드(140)보다 두껍게 제작될 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, the first gate oxide 120 may be made thicker than the second gate oxide 140.

예를 들면, 기판 게이트(110) 상부에 위치하는 제1 게이트 옥사이드(120)는 BOX(buried oxide)를 이용하여 약 100 nm 이상의 두께로 제작될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 게이트 옥사이드(120)는 바람직하게는 약 145 nm로 제작될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 게이트 옥사이드(140)는 20 nm 정도로 얇게 제작될 수 있다.For example, the first gate oxide 120 positioned on the substrate gate 110 may be manufactured to have a thickness of about 100 nm or more using a buried oxide (BOX). According to an embodiment, the first gate oxide 120 may preferably be made of about 145 nm. According to an embodiment, the second gate oxide 140 may be manufactured as thin as 20 nm.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 기판 게이트(110)의 길이는 상기 채널(130)의 길이보다 길고, 상부 게이트(150)의 길이는 채널(130)의 길이보다 짧도록 제작 할 수 있다. 예를 들면, 채널(130)의 길이는 6 μm이고, 상부 게이트(150)의 길이는 4 μm가 될 수 있다.In the field effect transistor sensor according to the embodiment, the length of the substrate gate 110 may be longer than the length of the channel 130 and the length of the upper gate 150 may be shorter than the length of the channel 130. . For example, the length of the channel 130 may be 6 μm, and the length of the upper gate 150 may be 4 μm.

소스(160)와 드레인(170) 사이의 거리에 해당하는 채널(130)의 길이에 비해 상부 게이트(150)의 길이가 짧으면, 상부 게이트(150)에 전압이 인가되더라도 채널 전체가 전계 효과에 의해 켜지지 않게 된다. 따라서, 상부 게이트(150)의 전압 변화에도 채널에는 전류가 흐르지 않을 수 있다.If the length of the upper gate 150 is shorter than the length of the channel 130 corresponding to the distance between the source 160 and the drain 170, even if a voltage is applied to the upper gate 150, the entire channel is caused by an electric field effect. It will not turn on. Accordingly, even when the voltage of the upper gate 150 changes, current may not flow through the channel.

기판 게이트(110)와 상부 게이트(150) 전압을 적절히 인가하면 채널(130)의 전도도를 조절할 수 있다.The conductivity of the channel 130 can be adjusted by appropriately applying voltages of the substrate gate 110 and the upper gate 150.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 상기 기판 게이트는 이온 또는 가스를 검출하는 센싱 게이트로 동작하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, the substrate gate may operate as a sensing gate for detecting ions or gases.

일 실시예에 따르면, 기판 게이트(110)를 센싱 게이트로 하여 전계 효과 트랜지스터 채널(130) 전체에 전계효과를 줄 수 있다. 기판 게이트(110)를 센싱 게이트로 하면, 제1 게이트 옥사이드(120)의 두께가 두껍기 때문에, 많은 양의 전하가 흡착되더라도 안정적이다. 따라서, 높은 절연파괴 전압 특성을 갖는 효과가 있다.According to an embodiment, the field effect may be applied to the entire field effect transistor channel 130 by using the substrate gate 110 as a sensing gate. When the substrate gate 110 is used as a sensing gate, since the first gate oxide 120 has a thick thickness, it is stable even if a large amount of charge is adsorbed. Therefore, there is an effect of having a high dielectric breakdown voltage characteristic.

일 실시예에 따르면, 기판 게이트(110)의 크기는 센서의 반도체 기판 크기 전체가 되고 제1 게이트 옥사이드(120)의 두께가 두꺼워 높은 절연 파괴 특성을 가지므로, 센싱 게이트로 활용할 수 있다. 기판 게이트(110)를 센싱 게이트로 활용할 경우, 검출 대상을 검출하는 동안 기판 게이트(110) 전극은 채널(130)의 저항변화를 측정하기 위해 연결되어야 하는 회로의 어느 곳과도 연결되지 않아야 하는 플로팅 상태에 있어야 한다.According to an embodiment, the size of the substrate gate 110 becomes the entire size of the semiconductor substrate of the sensor, and the thickness of the first gate oxide 120 is thick and thus has high dielectric breakdown characteristics, and thus can be used as a sensing gate. When the substrate gate 110 is used as a sensing gate, the electrode of the substrate gate 110 must not be connected to any of the circuits to be connected to measure the resistance change of the channel 130 while detecting the detection target. Must be in a state.

상부 게이트(150) 쪽의 제2 게이트 옥사이드(140)는 상대적으로 얇은 게이트 옥사이드 두께 특성을 갖고 있으므로 작은 전압변화에도 민감하게 반응하기 때문에, 센싱 감도를 높일 수 있지만, 흡착에 의해 쉽게 절연 파괴될 수 있다. 또한, 상부 게이트(150)의 면적이 상대적으로 작아서 이온 검출 동작 영역이 작기 때문에, 감도를 높이려면 전극 면적을 크게 해야 하는 추가적인 구조를 필요로 한다.Since the second gate oxide 140 on the side of the upper gate 150 has a relatively thin gate oxide thickness characteristic, it reacts sensitively to a small voltage change, so it is possible to increase the sensing sensitivity, but it can be easily damaged by adsorption. have. Also, since the area of the upper gate 150 is relatively small, the ion detection operation area is small, and thus an additional structure in which the electrode area is increased is required to increase the sensitivity.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 상부 게이트(150)는 이온 또는 가스의 검출 감도를 조절하는 감도 조절 게이트로 동작할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, the upper gate 150 may operate as a sensitivity control gate for adjusting the detection sensitivity of ions or gases.

기판 게이트(110)의 전극을 플로팅 상태에 두면 검출하려는 대상의 흡착이 진행됨에 따라 채널은 오프(Off) 상태에서 온(On) 상태로 전환된다. 이때 상부 게이트(150)의 전압을 조절하여, 검출 감도를 조절 할 수 있다.When the electrode of the substrate gate 110 is in a floating state, the channel is switched from an off state to an on state as the target to be detected is adsorbed. In this case, by adjusting the voltage of the upper gate 150, the detection sensitivity may be adjusted.

공기중의 음이온 또는 가스 분자를 검출하는 전계 효과 트랜지스터 센서는 검출 대상의 농도가 지나치게 높은 경우, 게이트 옥사이드가 절연 파괴될 수 있으므로 안정적인 소자의 동작을 위한 센서의 구동 알고리즘이 필요하다.A field effect transistor sensor that detects negative ions or gas molecules in the air needs a driving algorithm for a sensor for stable operation of a device because the gate oxide may be insulated and destroyed when the concentration of the object to be detected is too high.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 채널(130)에 미리 정해진 값 이상의 전류가 흐르는 경우에 응답하여 기판 게이트(110)를 접지하거나 특정 Vbg 전압을 연결하여 초기화할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an exemplary embodiment, in response to a case in which a current of a predetermined value or more flows through the channel 130, the substrate gate 110 may be grounded or may be initialized by connecting a specific voltage V bg .

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 기판 게이트(110)는 가스 또는 이온을 센싱할 수 있는 도체 패키징(미도시) 또는 커패시터 구조 패키징을 더 포함할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, the substrate gate 110 may further include a conductor packaging (not shown) or a capacitor structure packaging capable of sensing gas or ions.

기판 게이트(110)의 크기는 센서 소자의 크기가 기본적인 크기이지만 센서를 패키징할 때 더욱 확장된 전극 크기로 할 수 있으므로 검출 감도를 증가시키기 위해 더 큰 면적을 갖도록 구성할 수 있다. 예를 들면, TO-5 등의 도체 패키징을 기판 게이트(110)에 연결하면 패키징의 외부 면적을 센서의 감지 전극으로 활용할 수 있다.Although the size of the substrate gate 110 is a basic size of the sensor element, it can be configured to have a larger area in order to increase the detection sensitivity because the electrode size can be further expanded when the sensor is packaged. For example, when a conductor packaging such as TO-5 is connected to the substrate gate 110, the external area of the packaging can be used as a sensing electrode of the sensor.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서의 보다 구체적인 구성을 설명하기 위한 구성도이다.2 is a configuration diagram illustrating a more specific configuration of a field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서는 기판 게이트(110), 기판 게이트 전극(111), 상기 기판 게이트(110)상부에 위치하는 제1 게이트 옥사이드(120, 121), 상기 제1 게이트 옥사이드(120) 상부에 위치하는 전계 효과 트랜지스터(FET) 채널(130), 상기 채널(130) 상부에 위치하는 제2 게이트 옥사이드(140) 및 상기 제2 게이트 옥사이드(140) 상부에 위치하는 상부 게이트(150), 채널(130)을 통해 연결되는 소스(160) 및 드레인(170) 전극, 상기 소스(160), 드레인(170) 및 기판 게이트 전극(111)을 보호하는 패시베이션(Passivation; 180, 181, 182, 183, 184)을 포함할 수 있다. 여기서, 상부 게이트(150)의 전극 전압은 Vg, 기판 게이트 전극(111)의 전압은 Vbg, 소스(160)의 전극 전압은 Vs, 드레인(170)의 전극 전압은 Vds 라고 할 수 있다.Referring to FIG. 2, a field effect transistor sensor according to an embodiment includes a substrate gate 110, a substrate gate electrode 111, a first gate oxide 120 and 121 positioned above the substrate gate 110, and the A field effect transistor (FET) channel 130 positioned above the first gate oxide 120, a second gate oxide 140 positioned above the channel 130, and a second gate oxide 140 positioned above the second gate oxide 140 Passivation for protecting the source 160 and drain 170 electrodes connected through the upper gate 150, the channel 130, the source 160, the drain 170, and the substrate gate electrode 111; 180, 181, 182, 183, 184) may be included. Here, the electrode voltage of the upper gate 150 is V g , the voltage of the substrate gate electrode 111 is V bg , the electrode voltage of the source 160 is V s , and the electrode voltage of the drain 170 is V ds . have.

도 3은 도 2의 전계 효과 트랜지스터 센서를 위에서 내려다본 모습을 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a view of the field effect transistor sensor of FIG. 2 viewed from above.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서는 기판(310), FET 채널(320), 상부 게이트(330), 소스(340) 및 드레인(350)을 포함할 수 있다. 여기서 기판(310)의 게이트 전극 전압이 Vbg, 상부 게이트(330)의 전극 전압이 Vg라고 한다.Referring to FIG. 3, a field effect transistor sensor according to an embodiment may include a substrate 310, an FET channel 320, an upper gate 330, a source 340, and a drain 350. Here, it is assumed that the gate electrode voltage of the substrate 310 is V bg and the electrode voltage of the upper gate 330 is V g .

이때, 기판(310)의 길이는 채널(320)의 길이보다 길고, 상부 게이트(330)의 길이는 채널(320)의 길이보다 짧게 제작될 수 있다.In this case, the length of the substrate 310 may be longer than the length of the channel 320, and the length of the upper gate 330 may be shorter than the length of the channel 320.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서의 I-V특성을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the I-V characteristic of the field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.

도 4(a)를 참조하면, 앰비폴라(Ambipolar) 특성을 갖는 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터에서의 선형축 I-V 특성을 확인할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기판 게이트에 검출 대상이 흡착되면, 전계 효과로 인해 채널에 전류가 흐르게 된다. 예를 들면, Vbg가 -20 V 이하로 내려가거나, 20V 이상이 되면, 채널에 전류(Ids)가 흐르는 것을 확인할 수 있다. 도 4(b)를 참조하면, 앰비폴라(Ambipolar) 특성을 갖는 채널을 갖는 전계 효과 트랜지스터에서의 로그축 I-V 특성을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4A, linear axis IV characteristics of a field effect transistor having a channel having an ambipolar characteristic can be confirmed. According to an embodiment, when a detection target is adsorbed on a substrate gate, current flows through the channel due to the electric field effect. For example, when V bg falls below -20 V or exceeds 20 V, it can be seen that current (I ds ) flows through the channel. Referring to FIG. 4B, a log-axis IV characteristic of a field effect transistor having a channel having an ambipolar characteristic can be confirmed.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서 상부 게이트 전압에 따른 I-V 특성을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining I-V characteristics according to an upper gate voltage in a field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 상부 게이트의 전압의 변화에 따라 채널의 전류를 측정한 그래프를 확인할 수 있다. 여기서, X축은 상부 게이트의 게이트 전극 전압을 의미한다. 일 실시예에 따르면, 기판 게이트에서 측정된 음이온의 양이 적은 경우(510), 음이온의 양이 중간이 경우(520), 음이온의 양이 많은 경우(530)에 따라 문턱 전압 값과 채널의 전류 값이 달라질 수 있다.Referring to FIG. 5, a graph obtained by measuring a channel current according to a change in a voltage of an upper gate can be seen. Here, the X-axis means the voltage of the gate electrode of the upper gate. According to an embodiment, when the amount of anions measured at the substrate gate is small (510), when the amount of anions is medium (520), and when the amount of anions is large (530), the threshold voltage value and the current of the channel Values may vary.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서 기판 게이트를 플로팅 시키고 음이온을 흡착시킬 수 있다. 이때, 기판 게이트의 전하량을 달리하고, 상부 게이트 전압을 스윕하여 획득한 I-V 특성을 확인할 수 있다. 기판 게이트에 흡착된 음이온의 양이 늘어날수록 상부 게이트의 문턱전압이 낮아져 음전위에서 양전압으로 시프트되고, 채널 전류는 급격하게 커진다. 따라서 상부 게이트 전압을 -10 V, -5 V, 0 V, 5 V, 10 V 로 조절함에 따라 동일한 기판 게이트 전하량에도 불구하고 채널의 전류가 달라지므로 측정 감도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 상부 게이트에 10 V가 가해져있을 경우, 기판 게이트에 아주 많은 음이온 흡착이 있는 경우에만 채널에 전류(Ids)가 흐를 수 있지만, 상부 게이트 전압이 -10 V 일 경우 작은 양의 음이온 흡착만 이루어져도 채널을 통해 흐르는 전류(Ids)가 크다. 즉, 상부 게이트의 전압을 조절해서 검출 민감도를 조절할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, a substrate gate may be floated and negative ions may be adsorbed. In this case, the IV characteristics obtained by varying the amount of charge on the substrate gate and sweeping the upper gate voltage can be checked. As the amount of negative ions adsorbed on the substrate gate increases, the threshold voltage of the upper gate decreases, shifting from negative potential to positive voltage, and the channel current rapidly increases. Therefore, as the upper gate voltage is adjusted to -10 V, -5 V, 0 V, 5 V, and 10 V, the current of the channel varies despite the same amount of substrate gate charge, so that the measurement sensitivity can be adjusted. For example, when 10 V is applied to the upper gate, current (I ds ) can flow through the channel only when there is a lot of anion adsorption on the substrate gate, but when the upper gate voltage is -10 V, a small positive anion Even with adsorption alone, the current flowing through the channel (I ds ) is large. That is, detection sensitivity can be adjusted by adjusting the voltage of the upper gate.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에 스위치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram illustrating an operation of a switch in a field effect transistor sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서는 기판(610), FET 채널(620), 상부 게이트(630), 소스(640), 드레인(650) 및 스위치(660)를 포함할 수 있다. 여기서 기판(610)의 게이트 전극 전압이 Vbg, 상부 게이트(630)의 전극 전압이 Vg라고 한다.6, a field effect transistor sensor according to an embodiment includes a substrate 610, an FET channel 620, an upper gate 630, a source 640, a drain 650, and a switch 660. I can. Here, it is assumed that the gate electrode voltage of the substrate 610 is V bg and the electrode voltage of the upper gate 630 is V g .

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서의 스위치(660)는 기판(610)의 게이트에 연결되어, 기판 게이트를 플로팅 상태, 자가 진단을 위한 상태 및 초기화 상태 중 하나의 상태로 변경할 수 있다.The switch 660 of the field effect transistor sensor according to an embodiment is connected to the gate of the substrate 610 and may change the substrate gate to one of a floating state, a state for self-diagnosis, and an initialization state.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 스위치(660)는 기판 게이트를 플로팅 상태가 되도록 할 수 있다. 이때, 플로팅 상태의 기판 게이트는 음이온 또는 가스 분자가 흡착되면, 채널에 전계 효과를 주어 전류가 흐르게 할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, the switch 660 may cause the substrate gate to be in a floating state. In this case, when anions or gas molecules are adsorbed in the floating substrate gate, an electric field effect may be applied to the channel to allow current to flow.

일 실시예에 따르면, 전계 효과 트랜지스터 센서의 각 전극에 검출 조건에 적합한 전압을 인가할 수 있다. 예를 들면, 드레인 전극(Vds)에 1 V, 상부 게이트 전극(Vg)에 5 V, 소스 전극은 접지 시키고, 기판 게이트 전극(Vbg)에 -10 V 등의 전압을 인가할 수 있다.According to an embodiment, a voltage suitable for the detection condition may be applied to each electrode of the field effect transistor sensor. For example, the drain electrode (V ds ) is 1 V, the upper gate electrode (V g ) is 5 V, the source electrode is grounded, and a voltage such as -10 V can be applied to the substrate gate electrode (V bg ). .

일 실시예에 따르면, 기판 게이트가 플로팅 상태인 이온 검출 모드에서는 기판 게이트 전극(Vbg)을 회로로부터 분리하여 플로팅시킬 수 있다. 이때, 채널에 흐르는 전류(Ids)의 증가량 혹은 감소량으로 이온의 극성과 정량을 판단할 수 있다.According to an embodiment, in the ion detection mode in which the substrate gate is in a floating state, the substrate gate electrode V bg may be separated from the circuit and floated. At this time, the polarity and quantity of ions may be determined by an increase or decrease in the current I ds flowing through the channel.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 스위치(660)는 채널(620)에 미리 정해진 값 이상의 전류가 흐르는 경우에 응답하여 기판(610)의 게이트를 접지하거나 미리 정해진 전압을 연결하여 초기화할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, the switch 660 may be initialized by grounding the gate of the substrate 610 or connecting a predetermined voltage in response to a case where a current of more than a predetermined value flows through the channel 620. have.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 스위치(660)는 기판 게이트를 자가 진단을 위한 상태로 전환할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, the switch 660 may switch the substrate gate to a state for self-diagnosis.

전계 효과 트랜지스터가 정상적인 동작을 하는지 여부를 확인하기 위한 자가 진단은, 기판 게이트에 전압을 인가하여 I-V 특성이 나타나는지를 통해서 확인할 수 있다. P형 특성을 갖는 전계 효과 트랜지스터 소자의 문턱 전압이 -15 V 라면, 기판 게이트 전압을 스윕하여 I-V 특성이 나타나는지를 확인하거나, 기판 게이트(Vbg)에 -20 V, -30 V 등의 전압을 걸어서 턴온 되는지 여부를 통해서 확인할 수 있다.Self-diagnosis to check whether the field-effect transistor operates normally can be confirmed by applying a voltage to the substrate gate to confirm whether the IV characteristic appears. If the threshold voltage of a field-effect transistor element having a P-type characteristic is -15 V, sweep the substrate gate voltage to check whether the IV characteristic appears, or apply voltages such as -20 V and -30 V to the substrate gate (V bg ). You can check whether it is turned on by walking.

일 실시예에 따르면, 전계 효과 트랜지스터 센서의 기판 게이트(Vbg)에 0 V, -20 V, -30 V 등의 전압을 인가하고, 채널에 흐르는 전류(Ids)가 적정 전류인지 여부를 확인할 수 있다. 이때, 절연 파괴에 의해 게이트 옥사이드가 쇼트된 경우, 채널에 지나치게 많은 전류가 흐를 수 있다. 또, 채널이 물리적으로 끊어져있는 경우에는 문턱전압보다 큰 기판 게이트 전압(Vbg)에도 불구하고 채널에는 전류(Ids)가 흐르지 않을 수 있다.According to an embodiment, voltages such as 0 V, -20 V, and -30 V are applied to the substrate gate (V bg ) of the field effect transistor sensor, and it is checked whether the current flowing through the channel (I ds ) is an appropriate current. I can. At this time, when the gate oxide is shorted due to dielectric breakdown, too much current may flow through the channel. In addition, when the channel is physically disconnected, the current I ds may not flow through the channel despite the substrate gate voltage V bg greater than the threshold voltage.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서 채널에 미리 정해진 기준값 이상의 전류(Ids)가 흐르면, 플로팅 상태의 기판 게이트 전극에 일정 전압을 인가하여 초기화할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an exemplary embodiment, when a current I ds equal to or greater than a predetermined reference value flows through a channel, a predetermined voltage may be applied to the floating substrate gate electrode to initialize it.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서를 초기화하기 위해서, 플로팅 상태의 기판 게이트에 회로를 연결하여 기판 게이트에 쌓여 있던 전하를 외부로 제거해주는 동작이 필요하다. 이를 위해 기판 게이트는 스위치에 의해 회로로 연결되어 플로팅 상태와 접지 혹은 기판 게이트 전압이 인가되는 상태로 제어될 수 있다.In order to initialize the field effect transistor sensor according to an exemplary embodiment, it is necessary to connect a circuit to a substrate gate in a floating state to remove charges accumulated on the substrate gate to the outside. To this end, the substrate gate may be connected to a circuit by a switch and controlled in a floating state and a state in which a ground or substrate gate voltage is applied.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 스위치(660)는 이온을 감지할 때는 기판(610)의 게이트를 플로팅 상태로 전환하고, 초기화를 시키거나 소자의 보호를 위해 차징(Charging)된 이온을 제거해야 하는 경우에는 기판(610)의 게이트를 회로와 연결되도록 할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to an embodiment, when detecting ions, the switch 660 switches the gate of the substrate 610 to a floating state, initiates initialization, or collects charged ions to protect the device. If it is to be removed, the gate of the substrate 610 may be connected to the circuit.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서 기판 게이트의 초기화 동작을 설명하기 위한 도면이다.7 is a diagram illustrating an initialization operation of a substrate gate in a field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, X축은 시간을 나타내고, Y축은 채널의 전류 값을 나타낸다. 따라서, 도 7의 그래프를 통해서 시간의 흐름에 따른 채널의 전류 값의 변화를 알 수 있다.Referring to FIG. 7, the X-axis represents time and the Y-axis represents the current value of the channel. Accordingly, it is possible to know the change in the current value of the channel over time through the graph of FIG. 7.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서의 채널에 과도한 전류가 흐르면, 플로팅 상태의 기판 게이트 전극을 특정 전압에 연결하여 센서를 초기화할 수 있다. 이때, 스위치(660)를 이용해서 500초에 기판 게이트에 미리 정해진 전압을 인가하면, 채널 전류가 초기화되는 것을 확인할 수 있다.When an excessive current flows through a channel of the field effect transistor sensor according to an exemplary embodiment, the sensor may be initialized by connecting a floating substrate gate electrode to a specific voltage. In this case, when a predetermined voltage is applied to the substrate gate in 500 seconds using the switch 660, it can be confirmed that the channel current is initialized.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서 상부 게이트에 일정한 전압을 가한 뒤, 음이온에 대한 반응 동작을 측정한 그래프이다.8 is a graph illustrating a reaction operation for negative ions after applying a constant voltage to an upper gate in the field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 300초, 500초, 800초 근방에서 기판 게이트에 -15 V의 전압을 연결시켜서 초기화되는 것을 확인할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전계 효과 트랜지스터 센서의 상부 게이트에는 -15 V를 걸어주고, 채널의 전류(Ids)가 미리 정해진 기준을 넘어가면 기판 게이트에 -15 V를 가해줄 수 있다.Referring to FIG. 8, it can be seen that initialization is performed by connecting a voltage of -15 V to the substrate gate in the vicinity of 300 seconds, 500 seconds, and 800 seconds. According to an embodiment, -15 V may be applied to the upper gate of the field effect transistor sensor, and -15 V may be applied to the substrate gate when the channel current I ds exceeds a predetermined reference.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서의 패키징을 설명하기 위한 도면이다.9 is a diagram for explaining packaging of a field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 패키징된 전계 효과 트랜지스터 센서는 센서칩(910), 기판 게이트 전극 연결핀(920), 상부 게이트 전극 연결핀(930), 소스 전극 연결핀(940) 및 드레인 전극 연결핀(950)을 포함할 수 있다.9, the packaged field effect transistor sensor includes a sensor chip 910, a substrate gate electrode connection pin 920, an upper gate electrode connection pin 930, a source electrode connection pin 940, and a drain electrode connection pin ( 950).

이때, 센서칩(910)은 각 전극패드와 외부 전극핀에 전기적으로 각각 연결되며, 기판 게이트 전극(920)은 센싱면적을 크게 하기 위해 넓은 크기의 전극과 추가적으로 연결할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 센서칩(910)의 뒷면은 기판 게이트로, 도체면에 직접 접촉하는 형태로 연결되어 패키징될 수 있다. 예를 들면, 기판 게이트와 연결된 TO-5 패키징의 외부는 센서의 감지부로 동작할 수 있다.In this case, the sensor chip 910 is electrically connected to each electrode pad and an external electrode pin, respectively, and the substrate gate electrode 920 may be additionally connected to an electrode of a wide size to increase the sensing area. According to an embodiment, the rear surface of the sensor chip 910 is a substrate gate, and may be packaged by being connected in a form in direct contact with a conductor surface. For example, the outside of the TO-5 packaging connected to the substrate gate may act as a sensing unit of the sensor.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서를 이용한 가스 검출 센서를 설명하기 위한 도면이다.10 is a diagram illustrating a gas detection sensor using a field effect transistor sensor according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서는 기판 게이트(1010), 기판 게이트 전극(1011), 상기 기판 게이트(1010)상부에 위치하는 제1 게이트 옥사이드(1020, 1021), 상기 제1 게이트 옥사이드(1020) 상부에 위치하는 전계 효과 트랜지스터(FET) 채널(1030), 상기 채널(1030) 상부에 위치하는 제2 게이트 옥사이드(1040) 및 상기 제2 게이트 옥사이드(1040) 상부에 위치하는 상부 게이트(1050), 채널(1030)을 통해 연결되는 소스(1060) 및 드레인(1070) 전극, 상기 소스(1060), 드레인(1070) 및 기판 게이트 전극(1011)을 보호하는 패시베이션(Passivation; 1080, 1081, 1082, 1083, 1084), 상기 기판 게이트(1010) 하부에 위치하는 가스 감지막(1090), 스페이서(1091, 1092) 및 패키징(1093)을 포함할 수 있다. 여기서, 상부 게이트(1050)의 전극 전압은 Vg, 기판 게이트 전극(1011)의 전압은 Vbg, 소스(1060)의 전극 전압은 Vs, 드레인(1070)의 전극 전압은 Vds 라고 할 수 있다.Referring to FIG. 10, the field effect transistor gas detection sensor according to an embodiment includes a substrate gate 1010, a substrate gate electrode 1011, and first gate oxides 1020 and 1021 positioned above the substrate gate 1010. , A field effect transistor (FET) channel 1030 positioned above the first gate oxide 1020, a second gate oxide 1040 positioned above the channel 1030, and an upper portion of the second gate oxide 1040 A passivation for protecting the source 1060 and drain 1070 electrodes connected through the upper gate 1050, the channel 1030, the source 1060, the drain 1070, and the substrate gate electrode 1011 ( Passivation: 1080, 1081, 1082, 1083, 1084, a gas sensing layer 1090 positioned under the substrate gate 1010, spacers 1091, 1092, and packaging 1093. Here, the electrode voltage of the upper gate 1050 is V g , the voltage of the substrate gate electrode 1011 is V bg , the electrode voltage of the source 1060 is V s , and the electrode voltage of the drain 1070 is V ds . have.

일 실시예에 따르면, 가스 검출 센서는 기판 게이트(1010)를 플로팅 시키고, 도체로 구성된 패키징(1093)을 연결하여 캐패시터 구조를 제작할 수 있다. 이때, 스페이서(1091, 1092)는 기판 게이트 하부의 가스 감지막(1090)과 패키징(1093) 간에 가스 분자가 유입될 수 있는 공간을 형성할 수 있다.According to an embodiment, the gas detection sensor may manufacture a capacitor structure by floating the substrate gate 1010 and connecting the packaging 1093 composed of a conductor. In this case, the spacers 1091 and 1092 may form a space through which gas molecules can be introduced between the gas sensing layer 1090 under the substrate gate and the packaging 1093.

일 실시예에 따르면, 가스 검출 센서는 기판 게이트(1010)를 외부의 평판 도체 전극에 연결하여 플로팅 시키고, 또 하나의 평판 도체 전극을 구성하여 캐패시터 구조를 제작할 수 있다. 즉, 센서칩의 기판 크기보다 더욱 큰 평판 전극으로 이루어진 캐패시터형 센서 구조에 연결하여 가스 검출 센서를 제작할 수 있다. 이때, 스페이서(1091, 1092)는 두 평판 도체 전극 사이에 가스 분자가 유입될 수 있는 공간을 형성할 수 있고, 평판 전극 중 어느 한 면 혹은 양 측면에 가스감지막을 추가적으로 형성할 수 있다.According to an embodiment, the gas detection sensor connects the substrate gate 1010 to an external flat conductor electrode to float, and configures another flat conductor electrode to fabricate a capacitor structure. That is, a gas detection sensor can be manufactured by connecting to a capacitor-type sensor structure made of a flat electrode larger than the size of the substrate of the sensor chip. In this case, the spacers 1091 and 1092 may form a space through which gas molecules can be introduced between the two planar conductor electrodes, and a gas sensing film may be additionally formed on one or both sides of the flat electrode.

일 실시예에 따르면, 가스 감지막(1090)과 패키징(1093) 사이의 공간은 하이드로젤 등의 다공성 폴리머로 충진될 수 있으며 하이드로젤에는 특정 가스의 리셉터 역할을 하는 펩타이드 등의 리간드를 고정하거나 가스분자 흡착 소재인 나노입자 등을 혼합하여 사용할 수 있다.According to an embodiment, the space between the gas sensing membrane 1090 and the packaging 1093 may be filled with a porous polymer such as a hydrogel, and a ligand such as a peptide serving as a receptor for a specific gas is fixed to the hydrogel or a gas Nanoparticles, which are molecular adsorption materials, can be mixed and used.

가스 분자가 유입되면, 가스 감지막에 흡착되고, 가스 감지막(1090)과 패키징(1093)으로 인한 캐패시터 값이 변화하여 이로 인한 전계효과가 발생할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 가스 검출 센서는 채널의 전류(Ids) 값의 변화를 통해서 타겟 가스를 검출할 수 있다.When gas molecules are introduced, they are adsorbed to the gas sensing layer, and the capacitor values due to the gas sensing layer 1090 and the packaging 1093 may change, resulting in an electric field effect. Accordingly, the gas detection sensor according to an exemplary embodiment may detect the target gas through a change in the current I ds value of the channel.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서에서, 상부 게이트는 가스의 검출 감도를 조절하는 감도 조절 게이트로 동작할 수 있다.In the field effect transistor gas detection sensor according to an embodiment, the upper gate may operate as a sensitivity control gate for adjusting the detection sensitivity of the gas.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서에서, 제1 게이트 옥사이드가 제2 게이트 옥사이드보다 두껍게 제작될 수 있다.In the field effect transistor gas detection sensor according to an embodiment, the first gate oxide may be made thicker than the second gate oxide.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서에서, 기판 게이트의 길이는 채널의 길이보다 길고, 상부 게이트의 길이는 채널의 길이보다 짧게 제작될 수 있다.In the field effect transistor gas detection sensor according to an embodiment, the length of the substrate gate may be longer than the length of the channel, and the length of the upper gate may be shorter than the length of the channel.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서는 기판 게이트에 연결되어, 기판 게이트를 플로팅 상태 및 자가 진단을 위한 상태 중 하나의 상태로 변경할 수 있는 스위치를 더 포함할 수 있다.The field effect transistor gas detection sensor according to an exemplary embodiment may further include a switch connected to the substrate gate and capable of changing the substrate gate to one of a floating state and a state for self-diagnosis.

일 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서에서, 스위치는 채널에 미리 정해진 값 이상의 전류가 흐르는 경우에 응답하여 기판 게이트를 접지하거나 미리 정해진 전압을 연결하여 초기화할 수 있다.In the field effect transistor gas detection sensor according to an embodiment, the switch may be initialized by grounding a substrate gate or connecting a predetermined voltage in response to a case in which a current of a predetermined value or more flows through a channel.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서를 설명하기 위한 구성도이다.11 is a configuration diagram illustrating a field effect transistor sensor according to a second embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 제2 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서는 기판 게이트(1110), 상기 기판 게이트(1110)상부에 위치하는 제1 게이트 옥사이드(1120), 상기 제1 게이트 옥사이드(1120) 상부에 위치하는 전계 효과 트랜지스터(FET) 채널(1130), 상기 채널(1130) 상부에 위치하는 제2 게이트 옥사이드(1140) 및 상기 제2 게이트 옥사이드(1140) 상부에 위치하는 상부 게이트(1150)를 포함할 수 있다. 여기서, 전계 효과 트랜지스터 센서는 채널(1130)을 통해 연결되는 소스(1160) 및 드레인(1170) 전극을 포함할 수 있다. 여기서, 상부 게이트(1150)의 전극 전압은 Vg, 기판 게이트(1110)의 전극 전압은 Vbg라고 할 수 있다.Referring to FIG. 11, the field effect transistor sensor according to the second embodiment includes a substrate gate 1110, a first gate oxide 1120 positioned above the substrate gate 1110, and an upper portion of the first gate oxide 1120. Including a field effect transistor (FET) channel 1130 positioned at, a second gate oxide 1140 positioned above the channel 1130, and an upper gate 1150 positioned above the second gate oxide 1140 can do. Here, the field effect transistor sensor may include a source 1160 and a drain 1170 electrode connected through the channel 1130. Here, the electrode voltage of the upper gate 1150 may be Vg, and the electrode voltage of the substrate gate 1110 may be V bg .

제2 실시예에 따르면, 전계 효과 트랜지스터 센서를 이용해서 이온 또는 가스 분자를 검출할 수 있다. 나노 전계 효과 트랜지스터 센서는 게이트에 의한 전계효과를 이용하여 나노 채널의 저항변화를 통해 감지 물질을 검출할 수 있다. 이때, 채널(1130)에 전계 효과를 주는 캐패시터 구조는 나노 채널의 상하부에 이중으로 구성할 수 있다.According to the second embodiment, ions or gas molecules can be detected using a field effect transistor sensor. The nano field effect transistor sensor may detect a sensing material through a change in resistance of a nano channel using an electric field effect by a gate. In this case, the capacitor structure that gives an electric field effect to the channel 1130 may be formed in a double upper and lower portions of the nanochannel.

제2 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 제1 게이트 옥사이드(1120)가 상기 제2 게이트 옥사이드(1140)보다 두껍게 제작될 수 있다.In the field effect transistor sensor according to the second embodiment, the first gate oxide 1120 may be made thicker than the second gate oxide 1140.

예를 들면, 기판 게이트(1110) 상부에 위치하는 제1 게이트 옥사이드(1120)는 BOX(buried oxide)를 이용하여 약 100 nm 이상의 두께로 제작될 수 있다. 이때, 제1 게이트 옥사이드(1120)는 바람직하게는 약 145 nm로 제작될 수 있다. 제2 게이트 옥사이드(1140)는 20 nm 정도로 얇게 제작될 수 있다.For example, the first gate oxide 1120 positioned on the substrate gate 1110 may be manufactured to have a thickness of about 100 nm or more using buried oxide (BOX). In this case, the first gate oxide 1120 may be preferably made of about 145 nm. The second gate oxide 1140 may be manufactured as thin as about 20 nm.

제2 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 기판 게이트(1110)의 길이는 상기 채널(1130)의 길이보다 길고, 상부 게이트(1150)의 길이도 채널(1130)의 길이보다 길도록 제작 할 수 있다. 예를 들면, 채널(1130)의 길이는 6 μm이고, 상부 게이트(1150)의 길이는 8 μm가 될 수 있다.In the field effect transistor sensor according to the second embodiment, the length of the substrate gate 1110 is longer than the length of the channel 1130, and the length of the upper gate 1150 can be manufactured to be longer than the length of the channel 1130. have. For example, the length of the channel 1130 may be 6 μm, and the length of the upper gate 1150 may be 8 μm.

소스(1160)와 드레인(1170) 사이의 거리에 해당하는 채널(1130)의 길이에 비해 상부 게이트(1150)의 길이가 길면, 상부 게이트(1150)와 기판 게이트(1110)를 동시에 센싱 게이트로 활용할 수 있다. 이때, 상부 게이트(1150)가 채널(1130)의 길이보다 긴 경우에는 상부 게이트(1150)가 채널(1130)의 길이보다 짧은 경우보다 채널의 민감도가 향상될 수 있다.If the length of the upper gate 1150 is longer than the length of the channel 1130 corresponding to the distance between the source 1160 and the drain 1170, the upper gate 1150 and the substrate gate 1110 are simultaneously used as sensing gates. I can. In this case, when the upper gate 1150 is longer than the length of the channel 1130, the sensitivity of the channel may be improved than when the upper gate 1150 is shorter than the length of the channel 1130.

기판 게이트(1110) 전압(Vbg)과 상부 게이트(1150) 전압(Vg)의 변화를 이용해서 채널(1130)의 전도도를 조절할 수 있다.The conductivity of the channel 1130 may be adjusted by using a change in the voltage V bg of the substrate gate 1110 and the voltage V g of the upper gate 1150.

제2 실시예에 따른 전계 효과 트랜지스터 센서에서, 상기 기판 게이트(1110)와 상부 게이트(1150)는 이온 또는 가스를 검출하는 센싱 게이트로 동작할 수 있다.In the field effect transistor sensor according to the second embodiment, the substrate gate 1110 and the upper gate 1150 may operate as sensing gates for detecting ions or gases.

제2 실시예에 따르면, 기판 게이트(1110)와 상부 게이트(1150)를 센싱 게이트로 하여 전계 효과 트랜지스터 채널(1130) 전체에 전계효과를 줄 수 있다. 기판 게이트(1110)와 상부 게이트(1150)를 모두 센싱 게이트로 하면, 상부 게이트(1150)의 전압 변화로 인한 채널 저항의 민감도가 향상될 수 있다.According to the second embodiment, the field effect may be applied to the entire field effect transistor channel 1130 by using the substrate gate 1110 and the upper gate 1150 as sensing gates. If both the substrate gate 1110 and the upper gate 1150 are sensing gates, the sensitivity of the channel resistance due to the voltage change of the upper gate 1150 may be improved.

상부 게이트(1150) 쪽의 제2 게이트 옥사이드(1140)는 상대적으로 얇은 게이트 옥사이드 두께 특성을 갖고 있으므로 작은 전압변화에도 민감하게 반응하기 때문에, 센싱 감도를 높일 수 있지만, 흡착에 의해 쉽게 절연 파괴될 수 있기 때문에, 검출 대상의 농도가 낮은 경우에 활용될 수 있다.Since the second gate oxide 1140 on the side of the upper gate 1150 has a relatively thin gate oxide thickness characteristic, it reacts sensitively to a small voltage change, so that the sensing sensitivity can be increased, but it can be easily damaged by adsorption. Therefore, it can be utilized when the concentration of the detection target is low.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and/or a combination of a hardware component and a software component. For example, the devices and components described in the embodiments include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), It can be implemented using one or more general purpose computers or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications executed on the operating system. In addition, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software. For convenience of understanding, although it is sometimes described that one processing device is used, one of ordinary skill in the art, the processing device is a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as a parallel processor.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of the program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operation of the embodiment, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as a system, structure, device, circuit, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and claims and equivalents fall within the scope of the claims to be described later.

110 : 기판 게이트
120 : 제1 게이트 옥사이드
130 : 채널
140 : 제2 게이트 옥사이드
150 : 상부 게이트
160 : 소스
170 : 드레인
110: substrate gate
120: first gate oxide
130: channel
140: second gate oxide
150: upper gate
160: source
170: drain

Claims (14)

기판 게이트;
상기 기판 게이트 상부에 위치하는 제1 게이트 옥사이드;
상기 제1 게이트 옥사이드 상부에 위치하는 전계 효과 트랜지스터(FET) 채널;
상기 채널 상부에 위치하는 제2 게이트 옥사이드;
상기 제2 게이트 옥사이드 상부에 위치하는 상부 게이트; 및
상기 기판 게이트에 연결되어, 상기 기판 게이트를 플로팅 상태 및 자가 진단을 위한 상태 중 하나의 상태로 변경할 수 있는 스위치를 포함하는 전계 효과 트랜지스터 센서.
A substrate gate;
A first gate oxide positioned on the substrate gate;
A field effect transistor (FET) channel positioned over the first gate oxide;
A second gate oxide positioned above the channel;
An upper gate positioned on the second gate oxide; And
A field effect transistor sensor comprising a switch connected to the substrate gate and capable of changing the substrate gate to one of a floating state and a state for self-diagnosis.
제1항에 있어서,
상기 기판 게이트는 이온을 검출하는 센싱 게이트로 동작하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 센서.
The method of claim 1,
The substrate gate is a field effect transistor sensor, characterized in that operating as a sensing gate for detecting ions.
제1항에 있어서,
상기 상부 게이트는 이온의 검출 감도를 조절하는 감도 조절 게이트로 동작하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 센서.
The method of claim 1,
The upper gate is a field effect transistor sensor, characterized in that operating as a sensitivity control gate for adjusting the detection sensitivity of ions.
제1항에 있어서,
상기 제1 게이트 옥사이드가 상기 제2 게이트 옥사이드보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 센서.
The method of claim 1,
Field effect transistor sensor, characterized in that the first gate oxide is thicker than the second gate oxide.
제1항에 있어서,
상기 기판 게이트의 길이는 상기 채널의 길이보다 길고, 상기 상부 게이트의 길이는 상기 채널의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 센서.
The method of claim 1,
The length of the substrate gate is longer than that of the channel, and the length of the upper gate is shorter than that of the channel.
제1항에 있어서,
상기 스위치는,
상기 플로팅 상태에서, 상기 기판 게이트에 검출 조건으로 설정된 제1전압을 인가하고,
상기 자가 진단을 위한 상태에서, 상기 기판 게이트에 턴온여부를 판단할 수 있는 턴온 조건으로 설정된 제2전압을 인가하는 전계 효과 트랜지스터 센서.
The method of claim 1,
The switch,
In the floating state, a first voltage set as a detection condition is applied to the substrate gate,
In the state for self-diagnosis, a field effect transistor sensor that applies a second voltage set as a turn-on condition to determine whether to turn on or not to the substrate gate.
제1항에 있어서,
상기 스위치는 상기 채널에 미리 정해진 값 이상의 전류가 흐르는 경우에 응답하여 상기 기판 게이트를 접지하거나 특정 Vbg 전압을 연결하여 초기화시키는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 센서.
The method of claim 1,
The switch is a field effect transistor sensor, characterized in that in response to a case where a current of a predetermined value or more flows through the channel, grounding the substrate gate or connecting a specific voltage V bg to initialize.
제1항에 있어서,
상기 기판 게이트는 이온을 센싱할 수 있는 도체 패키징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 센서.
The method of claim 1,
The field effect transistor sensor, wherein the substrate gate further includes a conductor packaging capable of sensing ions.
도체 패키징;
가스 감지막;
상기 도체 패키징 및 상기 가스 감지막 사이에 공간을 형성하는 스페이서;
상기 가스 감지막 상부에 위치하는 기판 게이트;
상기 기판 게이트 상부에 위치하는 제1 게이트 옥사이드;
상기 제1 게이트 옥사이드 상부에 위치하는 전계 효과 트랜지스터(FET) 채널;
상기 채널 상부에 위치하는 제2 게이트 옥사이드;
상기 제2 게이트 옥사이드 상부에 위치하는 상부 게이트; 및
상기 기판 게이트에 연결되어, 상기 기판 게이트를 플로팅 상태 및 자가 진단을 위한 상태 중 하나의 상태로 변경할 수 있는 스위치를 포함하는 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서.
Conductor packaging;
Gas sensing film;
A spacer forming a space between the conductor packaging and the gas sensing layer;
A substrate gate positioned on the gas sensing layer;
A first gate oxide positioned on the substrate gate;
A field effect transistor (FET) channel positioned over the first gate oxide;
A second gate oxide positioned above the channel;
An upper gate positioned on the second gate oxide; And
A field effect transistor gas detection sensor comprising a switch connected to the substrate gate and capable of changing the substrate gate to one of a floating state and a state for self-diagnosis.
제9항에 있어서,
상기 상부 게이트는 가스의 검출 감도를 조절하는 감도 조절 게이트로 동작하는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서.
The method of claim 9,
The upper gate is a field effect transistor gas detection sensor, characterized in that operating as a sensitivity control gate for adjusting the detection sensitivity of the gas.
제9항에 있어서,
상기 제1 게이트 옥사이드가 상기 제2 게이트 옥사이드보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서.
The method of claim 9,
The field effect transistor gas detection sensor, wherein the first gate oxide is thicker than the second gate oxide.
제9항에 있어서,
상기 기판 게이트의 길이는 상기 채널의 길이보다 길고, 상기 상부 게이트의 길이는 상기 채널의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서.
The method of claim 9,
The length of the substrate gate is longer than that of the channel, and the length of the upper gate is shorter than that of the channel.
제9항에 있어서,
상기 스위치는,
상기 플로팅 상태에서, 상기 기판 게이트에 검출 조건으로 설정된 제1전압을 인가하고,
상기 자가 진단을 위한 상태에서, 상기 기판 게이트에 턴온여부를 판단할 수 있는 턴온 조건으로 설정된 제2전압을 인가하는 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서.
The method of claim 9,
The switch,
In the floating state, a first voltage set as a detection condition is applied to the substrate gate,
In the state for self-diagnosis, a field effect transistor gas detection sensor that applies a second voltage set as a turn-on condition to determine whether to turn on or not to the substrate gate.
제9항에 있어서,
상기 스위치는 상기 채널에 미리 정해진 값 이상의 전류가 흐르는 경우에 응답하여 상기 기판 게이트를 접지하거나 특정 Vbg 전압을 연결하여 초기화시키는 것을 특징으로 하는 전계 효과 트랜지스터 가스 검출 센서.
The method of claim 9,
The switch is a field effect transistor gas detection sensor, characterized in that in response to a case in which a current of a predetermined value or more flows through the channel, grounding the substrate gate or connecting a specific voltage V bg to initialize.
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