KR20070072224A - Biomaker sensor and module using micro bridge mass sensor - Google Patents

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Abstract

A sensor and a module for a bio-marker using a micro bridge mass sensor are provided to easily detect materials in low concentration in real-time. A bio-marker sensor using a micro bridge mass sensor include a detecting layer(100), an electrode line(160), a lower electrode(140), two piezoelectric driving layers(110), an insulation layer(150), and an upper electrode(130). The detecting layer is formed on a surface of a piezoelectric micro bridge. The electrode line applies electric field to the upper electrode and the lower electrode for driving elements. The lower electrode is separated into two pieces and is formed on a supporting layer(120). The two piezoelectric driving layers are formed on the lower electrode. The insulation layer is formed on the lower electrode and on a certain area of the piezoelectric driving layers for insulating upper and lower electrodes. The upper electrode is formed on the insulating layer and the piezoelectric driving layers.

Description

초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서 및 모듈{BIOMAKER SENSOR AND MODULE USING MICRO BRIDGE MASS SENSOR}BIOMAKER SENSOR AND MODULE USING MICRO BRIDGE MASS SENSOR}

도 1은 본 발명에 따른 초소형 압전 마이크로 브리지를 이용한 인체 바이오마커 센서의 구성도이다. 1 is a block diagram of a human biomarker sensor using a micro piezoelectric microbridge according to the present invention.

도 2는 도 1의 초소형 압전 마이크로 브리지를 이용한 인체 바이오마커 센서 어레이를 도시한 구성도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a human biomarker sensor array using the micro piezoelectric microbridge of FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따른 초소형 압전 마이크로 브리지를 이용한 인체 바이오마커 센서 모듈에 대한 블록 다이어그램이다.3 is a block diagram of a human biomarker sensor module using an ultra-small piezoelectric microbridge according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 초소형 압전 마이크로 브리지를 이용한 인체 바이오마커 센서의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.4 is a process chart showing a manufacturing method of a human biomarker sensor using a micro piezoelectric microbridge according to the present invention.

도 5는 도 4의 공정도에 도시된 각 층의 구성 요소에 대한 설명을 나타낸다.FIG. 5 shows a description of the components of each layer shown in the process diagram of FIG. 4.

도 6은 본 발명에 따른 초소형 압전 마이크로 브리지를 이용한 인체 바이오마커 센서의 표면에 인간의 호흡시 발생하는 대표적인 VOC(휘발성 유기화합물질: volatile organic compound)인 일차 알콜류 등의 증기(vapor)에 민감한 감지특성을 나타내는 폴리메틸메트아크릴레이트(polymethylmetacrylate: PMMA) 재료를 적용해 감지 대상 물질을 감지한 그래프를 도시한다.Figure 6 is sensitive to the vapor (vapor) of the primary alcohols, such as a typical volatile organic compound (VOC) generated during human breathing on the surface of the human biomarker sensor using a micro piezoelectric microbridge in accordance with the present invention The graph shows the detection of a substance to be detected by applying a polymethylmetacrylate (PMMA) material.

도 7은 메탄올 및 에탄올 각각의 농도에 따른 마이크로 브리지 공진자의 기 본 공진주파수 감소 패턴을 도시한다. Fig. 7 shows the basic resonance frequency reduction pattern of the microbridge resonator at the concentrations of methanol and ethanol, respectively.

*도면의 주요부분에 대한 부호설명*   * Description of Signs of Main Parts of Drawings *

100: 감지층 110: 압전 구동층100: sensing layer 110: piezoelectric driving layer

120: 지지층 130: 상부 전극120: support layer 130: upper electrode

140: 하부 전극 150: 절연층140: lower electrode 150: insulating layer

160: 전극 라인160: electrode line

본 발명은 인체의 신진대사 과정에서 배출되며 다양한 질병들을 간접적으로 진단하는데 유용한 인체 바이오마커들을 감지할 수 있는 정밀 질량 센서의 제조에 관한 것이므로, 특히 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서 및 모듈에 관한 것이다. The present invention relates to the manufacture of a precision mass sensor that can detect human biomarkers useful in indirectly diagnosing a variety of diseases, which is emitted during the metabolic process of the human body, and in particular, a human biomarker sensor and module using an ultra-small microbridge mass sensor. It is about.

현대의 과학 기술 개발은 인간 삶의 질적 향상에 그 초점을 두고 있다. 특히 의학 분야에 있어서 질병의 치료뿐만 아니라 질병의 치료에 앞서 질병을 미리 예측하거나 조기에 진단하는 등 인간 수명에 직접적인 영향을 줄 수 있는 각종 문제들을 효율적으로 제어하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 연구 동향의 예로 인체에서 일어나는 생화학적 변화를 간접적으로 진단하기 위한 인체 바이오마커 (biomarker)들의 종류 및 특성에 관한 연구, 그리고 이를 검출하기 위한 감지 기술에 관한 연구를 들 수 있다. 인체 바이오마커는 인체의 호흡 및 소화와 같은 신진대사 과정에서 배출되는 가스 또는 액상의 매질 내에 존재하며, 배출되는 물질들의 농도 및 종류가 특정 질병을 가진 사람의 경우 특정 질병과 관련하여 정상인의 기준치에 비해 많은 차이를 보일 수 있다. 따라서 인체의 신진대사과정에서 배출되는 다양한 물질의 농도 및 종류를 우수한 감도를 갖는 센서를 이용하여 체외에서 간접적으로 분석하므로써 많은 시간 및 비용의 소요 없이 인체 내 질병의 존재 여부를 확인하는 것이 가능하다. 또한, 질병의 진단 이외에 인체에서 배출되는 바이오마커들은 인간이 살아가는 환경에 많은 영향을 받으므로 거주 환경 개선을 위해 필요한 정보를 수집하는 것이 가능하다. Modern technological development focuses on improving the quality of human life. Especially in the medical field, researches are being actively conducted to effectively control various problems that may directly affect human lifespan, such as predicting or early diagnosing diseases in advance of treating diseases. Examples of such research trends include the study of the types and characteristics of human biomarkers for indirectly diagnosing biochemical changes occurring in the human body and the detection technology for detecting them. Human biomarkers are present in the gas or liquid medium that is released during metabolic processes, such as respiration and digestion of the human body, and the concentrations and types of substances released are determined by normal people with respect to certain diseases. There can be a lot of difference. Therefore, by indirectly analyzing the concentration and type of various substances emitted in the metabolic process of the human body in vitro using a sensor having excellent sensitivity, it is possible to confirm the presence of a disease in the human body without much time and cost. In addition, biomarkers emitted from the human body in addition to the diagnosis of the disease is affected by the environment in which the human lives, it is possible to collect the information necessary to improve the living environment.

인체 바이오마커 및 유해 공해물질은 대기 및 호흡 시 배출되는 가스에 희박하게 혼합되어 있기 때문에 이를 기존의 분석법으로 분석하기 위해서는 시료의 추출, 농축 및 분석을 위해 고비용, 대규모 분석 장치 및 샘플 전 처리에 많은 시간이 소요되는 등의 많은 단점을 극복해야만 한다. 시료의 추출 및 농축과 같은 샘플 전 처리 과정 없이 실시간으로 대상 물질을 분석하기 위해서는 분석에 사용되는 센서 소자의 감도가 단 분자 수준의 질량을 감지할 수 있어야 한다. Because human biomarkers and hazardous pollutants are sparsely mixed with the gases emitted from the atmosphere and breathing, they can be analyzed by conventional methods in order to extract, concentrate and analyze samples. Many disadvantages, such as time consuming, must be overcome. In order to analyze a target material in real time without sample pretreatment such as sample extraction and concentration, the sensitivity of the sensor element used in the analysis must be able to detect mass at the molecular level.

인체의 호흡에서 발생하는 인체 질병 진단을 위한 바이오마커 및 환경 유해 물질 등과 같은 VOC 형태의 대상 물질을 분석할 수 있는 주된 수단으로 가스 크로마토그래피(gas chromatography) 와 질량 분석계(mass spectrometry) 등의 분석기술이 사용되어왔다(Lung cancer identification by the analysis of breath by means of an array of non-selective gas sensors, Biosensors & Bioelectronics, Vol. 18, 1209 (2003)). 이러한 종래 분석 기술에서는 매우 희박한 농도로 존재하 는 대상 물질을 감지하기 위한 방법으로 감지 대상물질이 쉽게 흡착될 수 있는 재료를 이용해 대상 물질을 수집하고 이를 분석 장비의 검출 농도 범위에 이르도록 농축한 후 분석을 시행한다. 가스 크로마토그래프의 내부에는 측정 대상 가스에 적합한 분리제를 넣은 가늘고 긴 칼럼이 설치되어있다. 측정 시에는 우선 분리제와 친화력이 없는 가스를 칼럼에 흐르게 한다. 여기에 측정하려는 가스를 순간적으로 약간 투입한다. 측정 대상 가스의 각 성분은 분리제에 의해 일시적으로 흡착되는데 캐리어 가스에 의해 바로 분리된다(탈착). 가스의 각 성분은 칼럼 내에서 흡착과 탈착을 반복하여 캐리어가스에 밀려 칼럼 밖으로 배출된다. 이 과정에서 분리제와의 친화력이 약한 성분은 바로 유출되고 친화력이 강한 성분은 늦게 유출된다. 그 결과 칼럼 출구에서는 각 성분의 가스와 캐리어가스 두 가지 성분의 기체가 존재하게 되며, 이 농도를 검출기로 측정하면 측정 대상 가스 각 성분의 농도를 구할 수 있는데, 농도 검출을 위해 열전도도 검출기, 수소염 이온화 검출기, 염과광도 검출기, 전자 포획 검출기, 질량분석계 등과 같은 다양한 형태의 검출기가 병행 사용된다. 인체의 호흡 시 배출되는 VOC (volatile organic compound) 물질을 가스 크로마토그래프로 분석하는 경우, 그 출력은 연속적이 아니며, 시료를 투입한 후에 출력을 얻을 때까지 어느 정도의 시간을 필요로 하기 때문에, 물질의 실시간 검출이 어렵다. 또한, 분석 시스템의 규모가 크기 때문에 휴대가 간편한 집적화된 모듈 형태로의 제조이 불가하다.Analytical technologies, such as gas chromatography and mass spectrometry, are the main means for analyzing VOC-type substances such as biomarkers and environmentally harmful substances for diagnosing human diseases caused by human respiration. Lung cancer identification by the analysis of breath by means of an array of non-selective gas sensors, Biosensors & Bioelectronics , Vol. 18, 1209 (2003). In the conventional analytical technology, as a method for detecting a target substance present in a very thin concentration, the target substance is collected using a material that can be easily adsorbed, and concentrated to reach a detection concentration range of the analytical equipment. Conduct the analysis. Inside the gas chromatograph, an elongated column with a separator suitable for the gas to be measured is installed. In the measurement, first, a gas having no affinity with the separator is allowed to flow through the column. Add a few moments of the gas to be measured here. Each component of the gas to be measured is adsorbed temporarily by the separating agent, which is immediately separated by the carrier gas (desorption). Each component of the gas is repeatedly pushed and desorbed in the column, pushed by a carrier gas, and discharged out of the column. In this process, the component having a weak affinity with the separating agent is immediately discharged, and the component having a strong affinity is released late. As a result, gas of each component and gas of carrier gas exist at the outlet of the column. By measuring the concentration with the detector, the concentration of each component of the gas to be measured can be obtained. Various types of detectors are used in parallel, such as anti-inflammatory ionization detectors, salt and luminescence detectors, electron capture detectors, mass spectrometers and the like. When analyzing volatile organic compound (VOC) substances released by human breathing with gas chromatographs, their output is not continuous and it takes a certain amount of time to get the output after sample injection. Real time detection of is difficult. In addition, due to the large size of the analysis system, manufacturing in an integrated module form that is easy to carry is impossible.

기존에 보고되고 있는 중력화학 센서는 일반적으로 압전 재료인 쿼츠 크리스탈(quartz crystal)을 주된 재료로 사용하며 쿼츠 크리스탈 또는 기타 압전 재료 위에 다양한 형태의 전극을 형성함에 따라 QCM(quartz crystal microbalance), SAW(surface acoustic wave), APM(acoustic plate mode), FPW(flexural plate mode) 그리고 TSM(thickness-shear mode) 등으로 분류되고 있다. 이러한 쿼츠 크리스탈을 이용한 중력화학 센서는 전극 및 감지층 물질이 형성된 쿼츠 크리스탈, 공진주파수 대역의 구동을 위한 오실레이터(oscillator) 그리고 감지 신호로 주로 사용되는 소자의 공진주파수의 변화를 측정하기 위한 계측 장비로 구성되며, 감지 대상 물질의 흡착에 따른 소자의 공진 주파수 변화를 감지 원리로 사용한다. 미국특허 USP 6,360,585(Method and apparatus for determining chemical properties, 2002년 3월 26일)에는 쿼츠 크리스탈을 이용한 센서가 개시되어 있다. 상기 종래 기술에 따른 쿼츠 크리스탈을 이용한 센서는 소자 표면에 감지 대상 물질에 적합한 다양한 종류의 감지층의 형성이 비교적 용이하며 빠른 응답 속도 그리고 간단한 제조 공정 등의 장점을 가지고 있다. 그러나 쿼츠 크리스탈을 이용한 센서는 구성 재료 및 제조 기술 측면에 있어서 초소형 센서를 제조하는데 적합하지 않다는 단점을 지니고 있으며, 매우 낮은 농도의 분석 대상 물질을 실시간 감지하는데 필요한 충분한 감도를 가지고 있지 않다. Currently reported gravitational chemistry sensors use quartz crystal, a piezoelectric material, as the main material, and various types of electrodes are formed on quartz crystal or other piezoelectric materials to form quartz crystal microbalance (QCM), SAW ( Surface acoustic wave (ACM), acoustic plate mode (APM), flexural plate mode (FPW), and thickness-shear mode (TSM) are classified. Gravity chemistry sensor using quartz crystal is a measurement instrument for measuring the change of resonance frequency of the device mainly used as quartz signal, oscillator for driving resonance frequency band and sensing signal formed with electrode and sensing layer material. The resonance frequency of the device according to the adsorption of the material to be detected is used as the sensing principle. US Pat. No. 6,360,585 (Method and apparatus for determining chemical properties, March 26, 2002) discloses a sensor using quartz crystals. The sensor using the quartz crystal according to the prior art is relatively easy to form various types of sensing layers suitable for the sensing target material on the surface of the device, and has advantages such as fast response speed and simple manufacturing process. However, the quartz crystal sensor has a disadvantage in that it is not suitable for manufacturing a micro sensor in terms of constituent materials and manufacturing techniques, and does not have sufficient sensitivity for real-time detection of a very low concentration of analyte.

기존 원자힘현미경(atomic force microscopy:AFM)에 사용되는 신호처리 원리를 기반으로 하며, 실리콘 (Si) 및 질화실리콘 (SiNx) 등의 재료로 이루어진 마이크로 또는 나노 크기의 칸티레버를 이용한 정밀 질량 감지 센서가 보고되고 있다(Attogram detection using nano-electro- mechanical oscillators,Journal of applied physics, Vol. 95, No. 7, 3694 (2004)). 이러한 센서 에서는 일반적인 공 진자 감지소자의 경우와 마찬가지로 감지 대상 물질의 감지를 위해 마이크로 칸티레버 표면에 감지 대상 물질을 감지할 수 있는 감지층을 형성한다. 감지 대상물질이 감지 물질이 형성된 칸티레버에 흡착되게 되면, 마이크로 칸티레버의 물리적 변화를 야기한다. 대표적인 물리적 변화는 칸티레버의 공진주파수 변화나 표면 응력 상태의 변화에 의한 기계적 변형을 예로 들 수 있으며, 칸티레버의 물리적 변화를 감지하기 위해, 레이저(laser) 및 감광성 검출기(photo sensitive detector) 등으로 구성된 비교적 큰 규모의 광학적 분석 장비를 이용해 트랜스듀서로부터의 신호의 변화를 분석한다. AFM 기술을 기반으로 하는 센서의 경우, 센서에 있어 트랜스듀서에 해당하는 칸티레버는 기존 MEMS 공정을 이용하여 대량 생산이 용이하고, 나노 크기의 칸티레버를 제조하여 단 분자 수준에 이르는 감도 특성을 얻은 결과가 보고되어 있지만, 트랜스듀서의 응답 신호를 얻기 위해 집적화하기 어려운 대규모 광학적 측정 장비에 의존해야 한다. 따라서 쿼츠 크리스탈을 이용한 중력화학 센서와 마찬가지로 감지 대상물질의 감지에서 분석에 이르는 모든 과정이 집적된 초소형 센서 모듈의 제조이 어려운 실정이다.Based on the signal processing principle used in conventional atomic force microscopy (AFM), a precision mass sensing sensor using micro or nano size cantilever made of materials such as silicon (Si) and silicon nitride (SiNx) (Attogram detection using nano-electro-mechanical oscillators, Journal of applied physics , Vol. 95, No. 7, 3694 (2004)). In the sensor, as in the case of a general resonator sensing device, a sensing layer is formed on the surface of the microcantilever to detect a sensing material. When the sensing material is adsorbed to the cantilever on which the sensing material is formed, it causes a physical change of the microcantilever. Representative physical changes include mechanical deformation due to changes in the resonant frequency of the cantilever or changes in the surface stress state, and lasers and photo sensitive detectors are used to detect physical changes in the cantilever. A relatively large optical analysis device configured is used to analyze the change in signal from the transducer. In the case of sensors based on AFM technology, the cantilever, which is a transducer in the sensor, can be easily mass-produced using the existing MEMS process, and the nano-size cantilever is manufactured to obtain the sensitivity characteristics up to the molecular level. Although the results are reported, one must rely on large-scale optical measurement equipment that is difficult to integrate to obtain the transducer's response signal. Therefore, like the gravity chemical sensor using quartz crystal, it is difficult to manufacture a micro sensor module in which all processes from sensing of an object to analysis are integrated.

금속 산화물 반도체 재료를 이용한 반도체 센서나 전도성 고분자를 이용한 센서는 두 전극 사이에 감지 대상 물질을 흡착할 수 있는 금속 산화물 반도체 또는 전도성 고분자 재료 부분이 형성되어 있는 구조를 지니고 있으며, 금속 산화물 반도체 재료 또는 전도성 고분자 재료 자체가 감지 물질로 사용된다. 즉 감지 대상 물질이 흡착될 경우 금속 산화물 반도체 재료 및 전도성 고분자 재료와 흡착된 물질과의 상호 작용에 의해 두 전극 사이의 저항 또는 전도도의 변화가 일어나며, 이 러한 변화를 센서의 감지 신호로 사용한다. 금속 산화물 반도체 센서 및 전도성 고분자 센서는 쿼츠 크리스탈을 이용한 중력화학 센서에 비해 비교적 느린 응답 속도를 나타내며, 반도전성 및 전도성을 나타내는 재료 자체를 감지층으로 사용하므로 다양한 종류의 감지 대상물질에 적합한 반도전성 및 전도성 재료의 종류에 제한이 있다.  A semiconductor sensor using a metal oxide semiconductor material or a sensor using a conductive polymer has a structure in which a metal oxide semiconductor or a conductive polymer material portion is formed between two electrodes to adsorb a sensing material, and the metal oxide semiconductor material or conductive The polymer material itself is used as the sensing material. That is, when the material to be detected is adsorbed, a change in resistance or conductivity occurs between the two electrodes due to the interaction between the metal oxide semiconductor material and the conductive polymer material and the adsorbed material, and the change is used as a detection signal of the sensor. The metal oxide semiconductor sensor and the conductive polymer sensor have a relatively slow response speed compared to the gravity chemical sensor using quartz crystal, and the semiconductive and conductive materials themselves are used as the sensing layer. There is a limitation on the type of conductive material.

압전 구동 요소가 집적된 자가 구동형 마이크로 칸티레버 구조의 공진자 감지 소자와 이를 이용한 화학 센서가 보고되었다. 압전 구동 요소가 집적된 마이크로 칸티레버 공진자는 특정 주파수 범위의 교류 전계 인가에 의해 공진자 소자의 공진주파수로 구동되며, 이때 집적된 압전 구동요소에 의해 공진자 소자는 공진주파수 부근에서 큰 변화 폭을 갖는 다양한 전기적 신호를 출력하게 된다. 따라서 기존 실리콘 또는 질화실리콘 재료만으로 이루어진 마이크로 칸티레버 공진자의 공진주파수를 탐색하기 위해 레이저 및 광학적 측정 시스템을 사용하는 것과 달리 압전 공진자 소자로부터 공진주파수 부근에서 출력되는 뚜렷한 전기적 신호의 변화를 분석하여 공진주파수 분석이 가능하다. 압전 마이크로 칸티레버 공진자의 표면에는 유해 가스 또는 생화학 물질 등의 감지 대상 물질을 감지하기 위한 물질 감지층이 형성되어 있으며, 감지 대상물질의 흡착에 의한 공진자 표면의 질량의 증가량은 공진자의 공진주파수 변화량으로 출력되어 대상 물질의 감지 여부를 확인할 수 있다. 압전 마이크로 칸티레버 공진자를 이용한 자가 구동형 화학 센서는 감지 대상물질에 대한 주 감지 신호인 공진주파수 변화를 공진자로부터의 전기적 출력 신호를 이용하여 분석하기 때문에 초소형 센서 시스템의 구현을 위해 적합한 형태를 갖고 있 으며, 우수한 감도를 나타내는 것으로 보고되고 있다(Self-excited piezoelectric microcantilever for gas detection, Microelectronic engineering, Vol. 69, 37 (2003)). 그러나 분자 수준으로 존재하는 극미량의 감지 대상물질을 감지하기 위해서는 보다 우수한 감도 특성이 요구된다. 한편, 공진주파수 변화를 주 감지 신호로 사용하는 마이크로 칸티레버 공진자 감지소자의 감도 특성을 향상시키기 위해서는 기본 공진주파수 값의 향상이 필요하다. 칸티레버 구조 공진자의 경우, 기본 공진주파수 값의 향상을 위해 보다 작은 크기로 소자를 제조해야 한다. 그러나 압전 구동요소가 집적되지 않는 간단한 구조의 실리콘 또는 질화실리콘 재료만으로 이루어진 칸티레버에 비해 제조이 매우 어렵다. 또한, 기본 공진주파수의 향상을 위해 소자의 크기를 크게 줄일 경우, 감지소자에 있어서 중요한 요소인 유효 감지 면적이 줄어드는 단점이 있다. 그리고 마이크로 칸티레버 구조는 지지판의 한 부분만이 고정되어 있는 불안정한 구조이기 때문에 공진자 소자의 제조 및 센서 시스템으로의 집적이 어렵다. 뿐만 아니라 감지 대상물질 감지를 위해 구조물 표면에 형성해야 하는 물질 감지층의 형성 방법 또한 어렵게 된다. 특히 다층 박막 구조인 공진자 구조를 제조하는데 있어 층간 잔류 응력에 의해 제조 후 휨 등의 소자의 외형적 변형이 크게 나타날 수 있다. 이러한 소자의 외형적 변형은 실제 응용을 위한 공진자 소자의 공진주파수 특성을 크게 감소시킨다.   A resonator sensing element of a self-driven microcantilever structure integrated with a piezoelectric driving element and a chemical sensor using the same have been reported. The microcantilever resonator in which the piezoelectric drive element is integrated is driven at the resonant frequency of the resonator element by the application of an alternating electric field in a specific frequency range, whereby the resonator element has a large variation in the vicinity of the resonant frequency by the integrated piezoelectric drive element. Output various electrical signals. Therefore, unlike using the laser and optical measurement system to detect the resonant frequency of the microcantilever resonator made of only silicon or silicon nitride material, the resonant is analyzed by analyzing the change of the distinct electrical signal output from the piezoelectric resonator element near the resonant frequency. Frequency analysis is possible. A material sensing layer is formed on the surface of the piezoelectric microcantilever resonator to detect a sensing target such as a harmful gas or a biochemical, and the amount of increase in the mass of the resonator surface due to the adsorption of the sensing target is the change in the resonant frequency of the resonator. The output can be checked whether the target substance is detected. Self-driven chemical sensors using piezoelectric microcantilever resonators are suitable for realizing a very small sensor system because they analyze the change of the resonant frequency, which is the main sensing signal of the sensing object, using the electrical output signal from the resonator. And excellent sensitivity (Self-excited piezoelectric microcantilever for gas detection, Microelectronic engineering, Vol. 69, 37 (2003)). However, better sensitivity characteristics are required to detect trace traces of molecules at the molecular level. On the other hand, in order to improve the sensitivity characteristics of the microcantilever resonator sensing element using the resonance frequency change as the main sensing signal, it is necessary to improve the basic resonance frequency value. In the case of a cantilever structure resonator, a device having a smaller size must be manufactured to improve a basic resonance frequency value. However, manufacturing is very difficult compared to a cantilever made of only silicon or silicon nitride material having a simple structure in which piezoelectric driving elements are not integrated. In addition, when the size of the device is greatly reduced in order to improve the basic resonance frequency, there is a disadvantage in that the effective sensing area, which is an important factor in the sensing device, is reduced. Since the microcantilever structure is an unstable structure in which only one part of the support plate is fixed, it is difficult to manufacture a resonator element and integrate it into a sensor system. In addition, it is also difficult to form a material sensing layer to be formed on the surface of the structure to detect the sensing material. In particular, in manufacturing the resonator structure, which is a multilayer thin film structure, the external deformation of the device, such as warpage after manufacturing, may be large due to interlayer residual stress. The outward deformation of the device greatly reduces the resonant frequency characteristics of the resonator device for practical applications.

앞서 설명한 바와 같이, 실리콘(silicon) 및 질화실리콘(silicon nitride) 칸티레버와 같은 기존 원자힘현미경(atomic force microscopy: AFM)의 측정 원리를 기반으로 하며 단 분자 수준의 질량을 감지할 수 있는 나노 크기의 칸티레버 또는 브리지와 같은 정밀 중력화학 센서들이 보고되고 있으나, 이러한 소자의 공진주파수 변화 또는 기계적 변위의 변화와 같은 응답 신호를 얻기 위해 주로 광학적인 측정 장비에 의존해야하며, 초소형 센서 시스템의 제조에 적용하기 어렵다는 단점이 있다. As mentioned earlier, nanoscales are capable of detecting mass at the molecular level based on the principle of measurement of conventional atomic force microscopy (AFM), such as silicon and silicon nitride cantilever. Although precision gravitational chemical sensors, such as cantilever or bridges, have been reported, they mainly rely on optical measurement equipment to obtain response signals, such as changes in the resonant frequency or mechanical displacement of these devices. It is difficult to apply.

따라서, 본 발명은 종래 기술이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 낮은 농도에서도 물질의 실시간 검출이 용이하고 휴대가 간편한 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서 및 모듈을 제공하는 것이다. Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art, the object of the present invention is the human body biomarker sensor and module using an ultra-small micro bridge mass sensor that is easy to carry and real-time detection of the material even at low concentrations To provide.

본 발명의 다른 목적은 전체 구조를 안정화시켜 층간 잔류 응력에 의한 소자의 외형적 변형은 감소시켜 측정의 정밀도를 높이는 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서 및 모듈을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a human body biomarker sensor and module using an ultra-small micro bridge mass sensor which stabilizes the overall structure and reduces the external deformation of the device due to interlayer residual stress, thereby increasing the accuracy of the measurement.

이와 같은 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서에서 압전 마이크로 브리지는 하나의 브리지 구조 지지판 위에 두 개의 압전 구동을 위한 압전 캐패시터가 대칭적으로 분리되어 집적되는 구조를 가지도록 하여 다층 박막 구조의 공진자의 제조시 층간 잔류 응력을 분산하여 외형적 변형을 최소화할 수 있고, 따라서 높은 기계적 품질 계수의 공진주파수를 나타내며 대기, 수질 등 여러 측정 환경에서도 물질 감지를 위한 공진주파수 분해능을 확보할 수 있도록 하였다. 또한, 본 발명에서의 센서 모듈에서는 다양한 바이오마커 물질에 대한 정밀한 분석을 위해 여러 종류의 감지물질 층이 형성된 복수개의 압전 마이크로 브리지가 배열되어 각각의 감지 물질 및 감지 대상 물질에 따른 복수개의 감지 신호를 생성할 수 있도록 하고 집적된 신호 생성 및 분석 회로를 통해 특정 감지 대상 물질에 대한 감지 패턴을 출력하여 기 확보된 데이타 베이스의 자료와 대조함으로써 감지 결과를 판독하도록 하였다. In order to achieve the above object, the piezoelectric microbridge in the human body biomarker sensor using the ultra-small microbridge mass sensor of the present invention is a piezoelectric capacitor for driving two piezoelectric capacitors are symmetrically separated and integrated on one bridge structure supporting plate. It has a structure that minimizes the external deformation by dispersing the residual stress between layers in the fabrication of the resonator of the multi-layer thin film structure, and thus exhibits the resonance frequency of high mechanical quality factor. The resonant frequency resolution can be secured. In addition, in the sensor module according to the present invention, a plurality of piezoelectric microbridges having various kinds of sensing material layers are arranged to precisely analyze various biomarker materials, thereby detecting a plurality of sensing signals according to each sensing material and a sensing target material. Through the integrated signal generation and analysis circuit, the detection pattern for the specific sensing object is output and compared with the data in the existing database to read the detection result.

본 발명에서의 압전 마이크로 브리지 공진자는 유사한 평면 크기의 칸티레버 공진자에 비해 기본 공진주파수 값이 10배 정도 높으며, 다이아프램 공진자에 비해 다소 낮은 기본 공진주파수 값을 갖는다. 그러나 소자의 유효 감지 면적을 고려하여 동일한 질량이 소자 표면에 인가될 경우, 가장 높은 공진주파수 변화 폭(Hz/g)을 갖는 등보다 우수한 감도 특성을 나타내며, 또한 공진주파수 및 감도 특성 향상을 위해 소자의 크기를 크게 줄일 필요가 없어 대상 물질의 감지에 필요한 충분한 유효 감지면적을 확보할 수 있기 때문에 실제 센서 시스템으로의 응용에 있어서 더욱 적합하다. 한편, 이러한 마이크로 브리지, 특히 본 발명에서와 같은 압전 구동을 위한 압전 캐패시터가 하나의 지지판 상부에 두 개로 분리되어 형성되는 구조를 갖는 압전 마이크로 브리지 공진자를 이용하면, 기존의 압전 칸티레버 및 실리콘 또는 질화실리콘 와 같이 구동부의 한쪽만이 고정되어있는 공진자 구조에서 문제시되었던, 제조 시 다층 막간 잔류 응력에 의한 휨 현상, 센서 시스템으로의 집적에 불리한 취약한 구조 그리고 감지 대상물질 감지를 위한 물질 감지층 형성의 어려움 등의 다양한 문제들을 해결할 수 있다. 그리고 본 발명에서의 마이크로 브리지 구조의 공진자가 갖는 다른 장점으로 공진자 감지 소자의 응용 분야의 폭이 매우 넓 다는 특징이 있다. 일반적으로 공진자의 작동 환경 즉, 센서 시스템의 측정 환경을 고려하면, 기존의 칸티레버 구조 또는 이와 유사한 공진자 구조는 대기 환경 중에서는 소자의 구동에 큰 문제가 없으나 매질의 밀도가 매우 높은 액상과 같은 환경에서 작동될 경우 주 감지 신호로 사용되는 공진주파수 특성 피크(peak)의 품질 계수(Q m )가 급격히 낮아지기 때문에 적용이 매우 어렵다는 단점이 있다. 그러나 본 발명에서의 마이크로 브리지 구조의 공진자를 이용할 경우, 칸티레버 구조에 비해 밀도가 높은 매질에서도 공진주파수 특성을 더욱 잘 유지할 수 있다.The piezoelectric microbridge resonator of the present invention has a fundamental resonance frequency value 10 times higher than that of a similar planar size cantilever resonator, and has a somewhat lower fundamental resonance frequency value than the diaphragm resonator. However, when the same mass is applied to the surface of the device in consideration of the effective sensing area of the device, it exhibits superior sensitivity characteristics, such as having the highest resonant frequency variation (Hz / g), and also improves the resonant frequency and sensitivity characteristics. It is more suitable for the actual sensor system because it does not need to significantly reduce the size of the sensor, so that sufficient effective sensing area for the detection of the target material can be obtained. On the other hand, when using the piezoelectric micro-bridge resonator having a structure in which such a microbridge, in particular, a piezoelectric capacitor for piezoelectric driving as in the present invention is formed in two separate on the top of one support plate, the existing piezoelectric cantilever and silicon or nitride The problem of bending in the resonator structure in which only one side of the driving part is fixed, such as silicon, is caused by the bending stress due to the residual stress between the multilayers, the weak structure which is disadvantageous for integration into the sensor system, and the formation of the material sensing layer for sensing the sensing material. Can solve various problems such as difficulty. In addition, another advantage of the resonator of the microbridge structure in the present invention is that the application field of the resonator sensing element is very wide. In general, considering the operating environment of the resonator, that is, the measurement environment of the sensor system, the conventional cantilever structure or the similar resonator structure has no problem in driving the device in the atmospheric environment, but has a high density of medium, such as a liquid phase. When operating in the environment, it is very difficult to apply because the quality factor ( Q m ) of the resonance frequency characteristic peak used as the main sensing signal is drastically lowered. However, when the resonator of the microbridge structure according to the present invention is used, the resonant frequency characteristics can be better maintained even in a medium having a higher density than the cantilever structure.

이와 같은 본 발명의 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서는 실리콘 기판 상부에 고정된 질화실리콘 막 마이크로 브리지; 상기 질화실리콘 막 마이크로 브리지 상부에 형성된 실리콘 산화 막; 상기 실리콘 산화 막의 상부에 두 개로 분리되어 소정의 크기로 형성된 하부 전극; 상기 두 개로 분리된 하부 전극 상부에 압전 구동을 위해 형성된 두 개의 압전 구동층; 상기 하부 전극 상부 및 상기 압전 구동층 일부 영역 상부에 상하부 전극 간 절연을 위해 형성된 절연층; 상기 절연층의 상부 및 상기 두 개의 압전 구동층의 상부에 형성된 두 개의 상부 전극 및 상기 상부 전극과 하부 전극에 소자의 구동을 위해 전계를 인가하기 위해 형성된 전극 라인; 상기 형성된 초소형 압전 마이크로 브리지 소자 표면에 극미량의 감지 대상물질을 감지하기 위해 형성된 물질 감지층을 포함하는 것이 특징이다. Human body biomarker sensor using the micro-micro-mass sensor of the present invention as described above is a silicon nitride film micro bridge fixed on the silicon substrate; A silicon oxide film formed on the silicon nitride film micro bridge; A lower electrode formed in a predetermined size by being separated into two on the silicon oxide film; Two piezoelectric drive layers formed for piezoelectric driving on the two lower electrodes; An insulating layer formed on the lower electrode and an upper portion of the piezoelectric driving layer to insulate the upper and lower electrodes; Two upper electrodes formed on the insulating layer and on the two piezoelectric driving layers, and electrode lines formed to apply an electric field to drive the devices to the upper and lower electrodes; It characterized in that it comprises a material sensing layer formed on the surface of the formed ultra-small piezoelectric micro-bridge device for detecting a very small amount of the target material.

또한, 본 발명의 초소형 압전 마이크로 브리지를 이용한 인체 바이오마커 센 서 제조 방법은 실리콘 기판 상부 및 하부에 상부 및 하부 질화실리콘 막을 증착하는 단계; 상기 질화실리콘 막 상부에 실리콘 산화 막을 증착하는 단계; 상기 실리콘 산화 막 상부에 소정 크기의 하부 전극을 형성하는 단계; 상기 하부 전극 상부에 상기 하부 전극보다 작은 크기의 압전 구동층을 형성하는 단계; 상기 형성된 하부 전극 상부 및 상기 압전 구동층 일부 영역 상부에 상·하부 전극 간 절연을 위한 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층의 상부 및 상기 압전 구동층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계; 상기 하부 질화실리콘 막의 일부를 제거하는 단계 및 상기 단계로 노출된 실리콘 기판을 식각하는 단계; 상기 형성된 마이크로 브리지 소자 표면에 극미량의 감지 대상물질을 감지하기 위한 물질 감지층 형성을 포함하는 것이 특징이다. In addition, a method for manufacturing a human biomarker sensor using the micro piezoelectric microbridge of the present invention includes depositing upper and lower silicon nitride films on and under a silicon substrate; Depositing a silicon oxide film on the silicon nitride film; Forming a lower electrode having a predetermined size on the silicon oxide film; Forming a piezoelectric driving layer having a smaller size than the lower electrode on the lower electrode; Forming an insulating layer for insulating between upper and lower electrodes on the formed lower electrode and an upper portion of the piezoelectric driving layer; Forming an upper electrode on the insulating layer and on the piezoelectric driving layer; Removing a portion of the lower silicon nitride film and etching the exposed silicon substrate; And forming a material sensing layer for sensing an extremely small amount of sensing target material on the surface of the formed microbridge device.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조로 아래의 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해될 것이다.Details of the above objects and technical configurations of the present invention and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 초소형 압전 마이크로 브리지를 이용한 인체 바이오마커 센서 모듈의 감지부를 나타내는 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 압전 마이크로 브리지를 이용한 미세 화학 센서에서 감지 대상 물질을 감지하는 감지부에 해당되는 압전 마이크로 브리지의 표면에는 대상 물질을 감지하기 위한 감지층(100)이 형성되어 있다. 상기 압전 마이크로 브리지에는 압전 구동을 위한 박막 재료로 대표적인 Pb(Zr,Ti)O3(티탄-지르콘산납, 이하 PZT) 또는 질화 알루미늄(AlN) 및 산화 아연(ZnO)등의 압전 물질을 재료로 사용할 수 있다. 상기 감지층(100)은 벤젠류 물질을 감지하는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane: PDMS) 또는 알콜류 물질을 감지하는 폴리메틸메트아크릴레이트(polymethylmetacrylate)를 사용한다.1 is a block diagram showing a sensing unit of a human biomarker sensor module using a micro piezoelectric microbridge according to the present invention. As illustrated in FIG. 1, a sensing layer 100 for sensing a target material is formed on a surface of a piezoelectric microbridge corresponding to a sensing unit for sensing a sensing target material in a microchemical sensor using a piezoelectric microbridge. The piezoelectric micro bridge may be formed of a piezoelectric material such as Pb (Zr, Ti) O 3 (lead titanium-zirconate, hereinafter PZT) or aluminum nitride (AlN) and zinc oxide (ZnO) as a thin film material for piezoelectric driving. Can be. The sensing layer 100 uses polydimethylsiloxane (PDMS) for detecting benzene materials or polymethylmethacrylate for sensing alcohol materials.

본 발명에 의한 초소형 압전 마이크로 브리지를 이용한 인체 바이오마커 센서는 질화실리콘 막 브리지가 실리콘 기판(170) 상부에 형성되고, 실리콘 산화막이 상기 질화실리콘 막 브리지 상부에 형성된다. In the human biomarker sensor using the micro piezoelectric microbridge according to the present invention, a silicon nitride film bridge is formed on the silicon substrate 170, and a silicon oxide film is formed on the silicon nitride film bridge.

상기 압전 마이크로 브리지는 크게 지지판 위에 두 개로 분리되어 형성되는 구동층 커패시터와 상기 구동층 커패시터를 지지하는 지지층(120)으로 구성되어 있다. 상기 구동층 커패시터는 두 개로 분리되어 배열되는 각각의 상부 전극(130)과 하부 전극(140) 사이에 적층된 압전 구동층(110)으로 이루어진다. 상기 지지층(120)은 질화실리콘 막을 포함한다. 상기 상부 전극(130)과 하부 전극(140) 사이에는 전극 간의 절연을 위한 절연층(150)이 위치하고, 상기 상부 전극(130)과 하부 전극(140)에 소자의 구동을 위해 전계를 인가하기 위한 전극 라인(160)이 길게 이어져 있다. 상기 절연층(150)은 감광성 폴리이미드(Polyimide)와 같은 패터닝이 가능한 물질을 사용하여 포토 리소그래피(photo lithography)으로 형성한다. The piezoelectric micro bridge is largely composed of a driving layer capacitor formed in two on the support plate and a supporting layer 120 supporting the driving layer capacitor. The driving layer capacitor includes a piezoelectric driving layer 110 stacked between each of the upper electrode 130 and the lower electrode 140 which are separated into two. The support layer 120 includes a silicon nitride film. An insulating layer 150 is disposed between the upper electrode 130 and the lower electrode 140 to insulate the electrodes, and an electric field is applied to the upper electrode 130 and the lower electrode 140 to drive the device. The electrode line 160 is long. The insulating layer 150 is formed by photo lithography using a patternable material such as photosensitive polyimide.

이와 같이, 하부 전극(140)은 실리콘 산화 막이 형성된 지지층(120)의 상부에 두 개로 분리되어 소정의 크기로 형성되며, 두 개로 분리된 하부 전극(140) 상부에 두 개의 압전 구동층(110)이 형성된다. 절연층(150)은 상기 하부 전극(140) 상부와 압전 구동층(110) 일부 영역 상부에서 상하부 전극 간 절연을 위해 형성되 고, 상부 전극(130)은 상기 절연층(150)의 상부 및 두 개로 분리된 압전 구동층(110)의 상부에 형성된다. As such, the lower electrodes 140 are separated into two on the support layer 120 on which the silicon oxide film is formed and are formed in a predetermined size, and the two piezoelectric driving layers 110 are disposed on the two separated lower electrodes 140. Is formed. The insulating layer 150 is formed to insulate the upper and lower electrodes from the upper portion of the lower electrode 140 and a portion of the piezoelectric driving layer 110, and the upper electrode 130 is formed on top and two of the insulating layer 150. It is formed on the separated piezoelectric drive layer (110).

압전 구동 요소가 형성된 구동부는 이로부터 길게 연장된 전극 라인(160)에 의해 구동 전압 인가를 위한 전극 패드에 연결된다. 인체 바이오마커 등 특정 감지 물질을 감지하기 위한 물질 감지층(100)은 압전 구동 캐패시터가 형성된 구동층(110)의 상부에 형성되고 이를 이용하여 감지 대상물질을 흡착 및 감지한다. The driving portion in which the piezoelectric driving element is formed is connected to the electrode pad for applying the driving voltage by the electrode line 160 extending therefrom. The material sensing layer 100 for sensing a specific sensing material such as a human biomarker is formed on the driving layer 110 in which the piezoelectric driving capacitor is formed and uses the same to adsorb and detect the sensing target material.

본 발명에서의 압전 구동소자의 기본 공진주파수 값은 소자의 길이의 제곱에 반비례하여 그 크기가 증가하며, 소자의 크기를 줄여 높은 공진주파수 값을 확보할 경우보다 우수한 감도 특성을 얻을 수 있다. 본 발명에서의 센서로 분석하고자 하는 인체 바이오마커 물질은 분석 환경에서 극미량으로 존재하므로, 이를 실시간으로 검출하기 위해서는 센서의 높은 감도 특성이 요구된다. 따라서 본 발명에 따른 초소형 압전 마이크로 브리지를 이용한 인체 바이오마커 센서는 수십 마이크론 정도의 길이를 갖도록 제조되는 것이 바람직하다.The basic resonant frequency value of the piezoelectric driving device in the present invention increases in size in inverse proportion to the square of the length of the device, and it is possible to obtain an excellent sensitivity characteristic than when securing a high resonant frequency value by reducing the size of the device. Since the human biomarker material to be analyzed by the sensor in the present invention is present in an extremely small amount in the analysis environment, in order to detect it in real time, a high sensitivity characteristic of the sensor is required. Therefore, the human biomarker sensor using the micro piezoelectric microbridge according to the present invention is preferably manufactured to have a length of about several tens of microns.

도 2는 본 발명에 따른 초소형 압전 마이크로 브리지를 이용한 인체 바이오마커 센서를 어레이 형태로 구성한 것을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기준 신호를 출력하는 기준 인체 바이오마커 센서 R 뿐만 아니라 다양한 물질 감지층 및 그에 따른 다양한 감지 패턴으로부터 다양한 감지 대상 물질을 감지할 수 있도록 어레이 형태로 초소형 센서(1 ~ 3)를 제조함으로써 다양한 분석 대상 물질에 대한 정확한 통계학적 데이터를 얻을 수 있다.Figure 2 shows the configuration of the human body biomarker sensor using an ultra-small piezoelectric microbridge according to the invention in the form of an array. As shown in FIG. 2, not only the reference human biomarker sensor R that outputs a reference signal but also a small sensor (1 to 3) in an array form to detect various sensing target materials from various sensing layers and corresponding sensing patterns. ) Can be used to obtain accurate statistical data on various analytes.

도 3은 본 발명에 따른 초소형 압전 마이크로 브리지를 이용한 인체 바이오 마커 센서 시스템 모듈의 동작에 대한 블록 다이어그램으로서, 압전 마이크로 브리지를 이용해 정밀 질량 센서 시스템 모듈을 제조할 경우에 필요한 구성 요소를 표시한 것이다. 감지층(100)이 형성된 압전 마이크로 브리지는 회로 상에 구현된 오실레이터 및 주파수 카운터를 이용해 주파수 탐색을 함으로써 소자의 공진주파수 값을 측정하고, 소자를 측정 환경에 노출 후 구동소자의 감지층(100)에 인체 바이오마커 등의 감지 대상물질의 흡착에 의해 변화된 공진주파수를 다시 측정하여 감지 대상 물질의 존재 여부를 판단하게 된다.Figure 3 is a block diagram of the operation of the human biomarker sensor system module using a micro piezoelectric microbridge according to the present invention, showing the components required when manufacturing a precision mass sensor system module using a piezoelectric microbridge. The piezoelectric microbridge in which the sensing layer 100 is formed measures the resonance frequency value of the device by performing a frequency search using an oscillator and a frequency counter implemented on the circuit, and exposes the device to a measurement environment, and then detects the sensing layer 100 of the driving device. The presence of the detection target material is determined by measuring the resonance frequency changed by the adsorption of the detection target material such as a human biomarker.

압전 구동소자의 기본 공진주파수 및 공진주파수의 변화는 복소 임피던스 등과 같은 전기적 신호의 변화로 나타나며, 이는 센서 모듈에 내장된 임피던스 분석기(Impedance Analyzer)에 의해 측정된다. 여기서, 측정된 신호는 디스플레이 장치로 유선 또는 무선 통신하여 여러 종류의 물질 감지층이 적용된 복수개의 압전 마이크로 브리지 센서들로부터 여러 가지 감지 신호를 동시에 모니터링할 수 있다. 상기 디스플레이 장치는 PDA(Personal Digital Assistants), 모니터 또는 휴대폰과 같은 장치를 모두 포함한다.The change of the fundamental resonant frequency and the resonant frequency of the piezoelectric drive element is represented by the change of the electrical signal such as complex impedance, which is measured by the impedance analyzer built in the sensor module. Here, the measured signal may be wired or wirelessly communicated to the display device to simultaneously monitor various sensing signals from a plurality of piezoelectric microbridge sensors to which various kinds of material sensing layers are applied. The display device includes all devices such as PDAs (Personal Digital Assistants), monitors, or mobile phones.

도 4A는 본 발명에 따른 초소형 압전 마이크로 브리지를 이용한 인체 바이오마커 센서의 제조 방법을 나타내는 공정도이다. 도 4B는 공정도에 도시된 각 층에 대한 설명이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 센서의 감지부인 압전 마이크로 브리지의 제조 방법은 주 재료중 하나인 실리콘 기판 위에 구동소자의 지지층으로 사용되는 질화실리콘 막을 형성하는 것부터 시작된다.4A is a flowchart illustrating a method of manufacturing a human biomarker sensor using the micro piezoelectric microbridge according to the present invention. 4B is a description of each layer shown in the process diagram. As shown in Fig. 4, a method of manufacturing a piezoelectric microbridge, which is a sensing part of a sensor, begins with forming a silicon nitride film used as a support layer of a driving element on a silicon substrate which is one of main materials.

압전 마이크로 브리지는 주로 박막 형태의 지지층, 전극 그리고 구동층 재료 등으로 이루어지기 때문에, 박막에 있어 문제될 수 있는 잔류 응력 문제를 해결해야 한다. 각 박막의 잔류 응력은 때에 따라서 최종 구동소자에 있어 외형적으로 원하지 않는 변형을 가져올 수 있고, 성능 면에서 큰 저하를 가져올 수 있다. 지지층(120)인 질화실리콘 막은 잔류 응력을 최소화할 수 있는 박막 형성 방법인 저압 화학기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition : LPCVD)법을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 하부 전극 및 압전 구동 재료의 형성시 발생할 수 있는 잔류 응력을 완충하기 위해 지지층(120)인 실리콘 질화 막 위에 실리콘 산화 막(180)을 형성한다. 압전 구동 재료의 구동을 위한 전극 재료는 백금(Pt)을 사용할 수 있으며, 상기 백금을 형성하기 전에 기판과의 접합력을 향상하기 위해 접합층(190)을 얇게 증착할 수 있다(도 4a). 상기 접합층(190)으로는 탄탈륨(Ta) 또는 티타늄(Ti)이 바람직하다. 이렇게 증착된 하부 전극(140) 위에 구동층 재료인 PZT 박막(110)을 졸-겔(Sol-Gel)법을 이용하여 증착한다(도 4b). Since piezoelectric microbridges are mainly composed of a thin film-like support layer, an electrode, and a driving layer material, it is necessary to solve the problem of residual stress in the thin film. The residual stress of each thin film may sometimes lead to an appearance of unwanted deformation in the final driving device, and may cause a large decrease in performance. The silicon nitride film serving as the support layer 120 may be formed using a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method, which is a thin film formation method capable of minimizing residual stress. A silicon oxide film 180 is formed on the silicon nitride film, which is the support layer 120, to buffer residual stress that may occur when the lower electrode and the piezoelectric driving material are formed. Platinum (Pt) may be used as the electrode material for driving the piezoelectric driving material, and the bonding layer 190 may be thinly deposited to improve the bonding force with the substrate before forming the platinum (FIG. 4A). Tantalum (Ta) or titanium (Ti) is preferable as the bonding layer 190. The PZT thin film 110, which is a driving layer material, is deposited on the deposited lower electrode 140 by using a sol-gel method (FIG. 4B).

PZT 구동층 박막(110)이 형성된 후 포토 리소그래피(Photo Lithography)을 이용하여 구동층 재료인 PZT의 불필요한 부분을 식각하기 위해 남겨야 할 부분에 감광제(Photo Resist)로 패터닝(Patterning)하여 보호한 후 식각한다. PZT 박막(110)의 식각 공정 후에는 좌우 대칭형으로 두 개로 분리되어 배열된 필요한 부분만 남게 된다(도 4c). PZT 박막의 식각은 유도결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma : ICP)와 같은 고밀도 플라즈마 식각 장비를 이용하여 건식 식각한다. 식각 후 보호막으로 사용된 감광제를 제거하며, 마찬가지로 두 개로 분리된 구동층 커패시터의 하부 전극 모양을 감광제로 패터닝하고 고밀도 플라즈마 식각 장비를 이용하여 건식 식각한다. After the PZT driving layer thin film 110 is formed, the photolithography is used to pattern and protect the portions to be left in order to etch unnecessary portions of the driving layer material PZT by photo resisting. do. After the etching process of the PZT thin film 110, only the necessary parts arranged in two are arranged left and right symmetrically (Fig. 4c). Etching of the PZT thin film is performed by dry etching using a high density plasma etching apparatus such as an inductively coupled plasma (ICP). After etching, the photoresist used as a protective film is removed. Likewise, the lower electrode shape of the two driving layer capacitors is patterned with a photoresist and dry-etched using a high density plasma etching equipment.

하부 전극의 모양이 형성된 후에는 상하부 전극 간 절연을 위해 절연층(150)을 형성한다(도 4d). 상기 절연층(150)의 재료는 포토 리소그래피로 그 모양을 형성할 수 있도록 감광성 고분자 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 상하부 전극 간 절연층(150)을 형성한 후에는 두 개로 배열된 구동층 커패시터의 상부 전극을 형성하기 위해 전극의 모양을 포토 리소그래피로 형성한 후 전극 재료인 백금을 증착한다(도 4e). After the shape of the lower electrode is formed, an insulating layer 150 is formed to insulate the upper and lower electrodes (FIG. 4D). It is preferable to use a photosensitive polymer resin as the material of the insulating layer 150 to form its shape by photolithography. After forming the insulating layer 150 between the upper and lower electrodes, the shape of the electrode is formed by photolithography to form the upper electrode of the two driving layer capacitors, and then platinum is deposited as an electrode material (FIG. 4E).

얇은 멤브레인(membrane) 형태로 부유되는 마이크로 브리지 구조에서는 실리콘의 불필요한 부분을 제거해야 한다. 지지층 위에 구동층 커패시터를 형성한 다음에 인가된 전계에 따라 자유롭게 움직일 수 있도록 실리콘 하부 기판의 불필요한 부분을 제거하는 것이다. 불필요한 실리콘을 제거하기 위해서는 표면미세가공기술(surface micromachining) 또는 벌크미세가공기술(bulk micromachining)을 이용할 수 있다. 벌크미세가공기술(bulk micromachining)을 이용하여 기판 뒷면으로부터 습식 식각 방법으로 실리콘을 제거할 경우, 이를 위한 마스크를 형성해 주어야하며, 이미 형성되어 있는 하부 질화실리콘막이 우수한 마스크로 사용된다. 따라서 실리콘 기판의 결정학적 방향과 습식 식각 용액의 식각 특성을 고려하여 식각을 위해 노출될 실리콘 기판 표면의 기하학적 형태를 정의하고 포토 리소그래피를 이용하여 패턴을 형성한 후 반응성 이온 식각 (RIE: reactive ion etching)법으로 실리콘 기판 표면 노출을 위해 기판 하부 표면에 형성된 질화실리콘 막을 제거하는 것이 바람직하다(도 4f). Floating microbridge structures in the form of thin membranes require the removal of unnecessary portions of silicon. After forming the driving layer capacitor on the support layer, the unnecessary part of the silicon lower substrate is removed so that it can move freely according to the applied electric field. To remove unnecessary silicon, surface micromachining or bulk micromachining can be used. When the silicon is removed by wet etching using a bulk micromachining technique, a mask for this is to be formed, and a lower silicon nitride film, which is already formed, is used as an excellent mask. Therefore, considering the crystallographic direction of the silicon substrate and the etching characteristics of the wet etching solution, the geometric shape of the surface of the silicon substrate to be exposed for etching is defined, and a pattern is formed using photolithography, followed by reactive ion etching (RIE). It is preferable to remove the silicon nitride film formed on the lower surface of the substrate in order to expose the silicon substrate surface by the method (Fig. 4F).

다음으로, 질화실리콘 막의 식각으로 노출된 실리콘 기판 부분을 KOH 등의 비등방성 습식 식각 용액을 이용하여 식각한다(도 4g). 또한, 실리콘의 식각은 바람직하게 습식 식각법이 이용되지만, 고밀도 플라즈마를 이용한 건식 식각으로도 가능하다. 실리콘의 식각 후에는 최종 소자의 모양을 형성하기 위해 상부 질화실리콘 막의 불필요한 부분을 반응성 이온 식각법으로 제거하여 완성한다(도 4h). 한편, 표면미세가공기술(surface micromachining)을 이용하여 압전 구동 요소가 형성되는 기판의 상부로부터 실리콘을 식각하여 움직임이 자유로운 부유된 구조를 형성할 수 있다. 이를 위해 브리지 형상을 갖도록 감광제로 패턴을 형성한 후 불필요한 상부 질화실리콘 막을 반응성 이온 식각으로 제거하고(도 4h), 연속적으로 감광제 패턴을 마스크로 하여 XeF2 와 같은 실리콘 기판재료에 대해 등방성 식각 특성을 나타내는 식각 가스를 이용하여 상부 표면으로부터 실리콘을 제거함으로써 소자를 완성한다.Next, the portion of the silicon substrate exposed by the etching of the silicon nitride film is etched using an anisotropic wet etching solution such as KOH (FIG. 4G). In addition, the etching of the silicon is preferably a wet etching method, but also possible by dry etching using a high density plasma. After etching the silicon, unnecessary portions of the upper silicon nitride film are removed by reactive ion etching to form the final device (Fig. 4H). Meanwhile, surface micromachining may be used to etch silicon from the top of the substrate on which the piezoelectric driving element is formed to form a floating structure free of movement. To this end, after forming a pattern with a photoresist to have a bridge shape, the unnecessary upper silicon nitride film is removed by reactive ion etching (FIG. 4H), and the isotropic etching characteristic of a silicon substrate material such as XeF 2 is continuously applied by using the photoresist pattern as a mask. The device is completed by removing silicon from the upper surface using the etching gas indicated.

감지부에 사용되는 압전 구동 소자의 기본적인 제조이 완료되면, 감지 대상물질을 감지하기 위한 감지층(100)이 형성된다(도 4i). 상기 감지층(100)의 재료는 각종 인체 바이오마커들에 민감한 반응을 보이는 재료이며 감지소자에 적용하기 위해 액상의 시료를 ?? 코팅(dip coating) 하거나 화학 기상 증착법 (CVD) 등의 방법으로 형성할 수 있다.When the basic manufacturing of the piezoelectric drive element used in the sensing unit is completed, a sensing layer 100 for sensing the sensing target material is formed (FIG. 4I). The material of the sensing layer 100 is a material that exhibits a sensitive reaction to various human biomarkers and applies a liquid sample to the sensing device. It may be formed by a method such as dip coating or chemical vapor deposition (CVD).

압전 마이크로 브리지 및 감지층 재료로 이루어진 감지부의 제조이 완료되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 감지층의 공진주파수 대역의 구동을 위한 오실 레이터, 오실레이터의 공진주파수를 측정하는 주파수 카운터 그리고 디스플레이 등으로 이루어지는 센서 모듈에 감지부가 장착된다.When the manufacturing of the sensing unit made of the piezoelectric micro bridge and the sensing layer material is completed, as shown in FIG. 3, an oscillator for driving the resonance frequency band of the sensing layer, a frequency counter for measuring the resonance frequency of the oscillator, and a display. The sensor is mounted on the sensor module.

도 6과 도 7은 본 발명에 따른 초소형 압전 마이크로 브리지를 이용한 인체 바이오마커 센서의 표면에 인간의 호흡시 발생하는 대표적인 VOC 인 일차 알콜류 등의 증기(vapor)에 민감한 감지특성을 나타내는 폴리메틸메트아크릴레이트(polymethylmetacrylate: PMMA) 재료를 적용해 감지 대상 물질을 감지한 실시 예이다. FIG. 6 and FIG. 7 are polymethylmethacryl, which are sensitive to vapors such as primary alcohols, which are representative VOCs generated during human respiration, on the surface of a human biomarker sensor using an ultra-small piezoelectric microbridge according to the present invention. According to an embodiment, a material to be detected is detected by applying a rate (polymethylmetacrylate: PMMA) material.

본 발명에서의 센서의 감지 원리에 따라, 메탄올 증기가 본 발명의 마이크로 브리지의 감지층(100)에 흡착되게 되면, 마이크로 브리지 센서 표면의 질량이 증가하게 되고, 이에 따라 마이크로 브리지의 공진주파수가 낮은 주파수로 변화하게 되는데, 이러한 주파수 하강이 도 6에 명확하게 도시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 메탄올 증기의 농도가 증가할수록 감지층(100)에 흡착되는 메탄올 증기의 질량이 증가하여 공진 주파수가 낮아진다. 따라서, 이러한 공진주파수에 따라 메탄올의 농도를 검출할 수 있다. According to the sensing principle of the sensor in the present invention, when methanol vapor is adsorbed to the sensing layer 100 of the microbridge of the present invention, the mass of the microbridge sensor surface is increased, and thus the resonance frequency of the microbridge is low. The frequency changes, which is clearly shown in FIG. 6. As shown in FIG. 6, as the concentration of methanol vapor increases, the mass of methanol vapor adsorbed to the sensing layer 100 increases, thereby lowering the resonance frequency. Therefore, the concentration of methanol can be detected according to this resonance frequency.

도 7은 이러한 공진주파수 변화를 메탄올/에탄올의 농도와 주파수의 함수로 나타낸 것이다. 도 7에서 메탄올 또는 에탄올의 농도가 증가할수록 공진 주파수가 감소하며, 그 기울기는 센서의 감도를 의미한다.Figure 7 shows this resonant frequency change as a function of the concentration and frequency of methanol / ethanol. In FIG. 7, the resonance frequency decreases as the concentration of methanol or ethanol increases, and the slope indicates the sensitivity of the sensor.

이와 같이 구성된 본 발명에서의 질화실리콘 막 및 산화 실리콘 막으로 이루어진 하나의 지지판(120) 위에 두 개의 압전 구동 요소(110)가 적층되는 마이크로 브리지 구조는 복잡한 층간 잔류 응력 분포를 갖는 다층 막 구조의 압전 구동 소자 의 제조에 있어서 잔류 응력에 의한 소자의 원치 않는 외형적 변형을 최소화할 수 있도록 설계된 구조이다. 지지판, 전극 층 그리고 압전 구동 막 등과 같은 구성 요소들 사이에 잔류 응력에 의한 소자의 외형적 변형이 존재한다면, 감지 대상 물질의 흡착에 의한 공진주파수 변화를 주 감지 원리로 사용하는 본 발명에서와 같은 감지 소자에 있어서 기계적 품질 계수와 같은 공진주파수 특성을 크게 감소시킨다. 하지만, 본 발명에서의 하나의 지지판 위에 압전 구동 요소가 좌우 대칭형으로 두 개로 분리되어 형성되는 구조는 압전 구동막 및 전극 요소의 적층 시 마이크로 브리지 구조에 집중되는 잔류 응력을 분산시켜 마이크로 브리지 구조의 외형적 변형을 최소화시킨다. 따라서 공진주파수 특성에 있어서 높은 기계적 품질 계수를 확보할 수 있다. 이러한 높은 기계적 품질 계수의 공진주파수는 실제 응용에 있어서 감지 대상 물질의 흡착에 의한 미세한 공진주파수 변화를 높은 분해능으로 분석할 수 있음을 의미한다. 또한, 공진주파수의 높은 품질 계수는 압전 공진자의 센서 응용에 있어서 품질계수가 급격히 낮아지게 되는 밀도가 높은 매질 내에서 측정이 이루어질 경우 물질 감지가 가능한 주파수 분해능을 제공한다. The microbridge structure in which two piezoelectric drive elements 110 are stacked on one support plate 120 made of a silicon nitride film and a silicon oxide film according to the present invention configured as described above has a piezoelectric multilayer structure having a complex interlayer residual stress distribution. It is a structure designed to minimize the unwanted external deformation of the device due to residual stress in the manufacturing of the drive device. If there is an external deformation of the device due to residual stress between components such as a support plate, an electrode layer, and a piezoelectric driving film, the same as in the present invention using the resonance frequency change due to the adsorption of the sensing material as the main sensing principle. In the sensing element, resonant frequency characteristics such as mechanical quality factor are greatly reduced. However, the structure in which the piezoelectric drive element is separated into two bilaterally symmetrically on one support plate in the present invention disperses the residual stress concentrated in the microbridge structure when the piezoelectric drive film and the electrode element are stacked, and thus the appearance of the microbridge structure. Minimizes deformation. Therefore, it is possible to secure a high mechanical quality factor in the resonance frequency characteristics. The resonant frequency of the high mechanical quality factor means that the minute resonant frequency change due to the adsorption of the material to be detected can be analyzed with high resolution in practical applications. In addition, the high quality factor of the resonant frequency provides a frequency resolution capable of material detection when the measurement is made in a dense medium in which the quality factor is drastically lowered in the sensor application of the piezoelectric resonator.

본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다. Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, it is merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

본 발명은 질량 증가에 따른 공진주파수 변화를 감지 원리로 사용하는 질량 감지 소자에 있어서 유사한 크기의 유효 감지 면적을 갖는 소자를 고려할 때 높은 기본 공진주파수 및 높은 질량 감도(Hz/g)를 나타낸다. 또한, 본 발명의 브리지 구조는 양쪽이 고정되어 있기 때문에 소자의 제조 공정 및 제조된 소자를 이용한 센서 시스템의 구현에 있어서 더욱 높은 안정성을 갖는다. 따라서 본 발명은 분자 수준의 극미량 분석 대상 물질들의 다양한 흡·탈착 과정에 있어서 민감한 감지 및 검출이 가능하고, 동시에 초소형 센서 모듈의 구현을 위해 집적된 회로 상에서 감지 신호 처리가 가능하다는 효과를 탁월한 효과를 가진다. The present invention exhibits a high fundamental resonant frequency and high mass sensitivity (Hz / g) when considering a device having an effective sensing area of a similar size in a mass sensing device using a resonance frequency change according to mass increase as a sensing principle. In addition, since the bridge structure of the present invention is fixed at both sides, it has a higher stability in the manufacturing process of the device and the implementation of the sensor system using the manufactured device. Therefore, the present invention has an excellent effect that it is possible to detect and detect sensitive matters in various adsorption and desorption processes of the trace-level analysis material at the molecular level, and at the same time, it is possible to process the detection signal on the integrated circuit for the implementation of the micro sensor module. Have

Claims (14)

초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서에 있어서,In the human body biomarker sensor using a micro-microbridge mass sensor, 기판 상에 형성된 지지층;A support layer formed on the substrate; 상기 지지층 상부에 두 개로 분리되어 소정의 크기로 형성된 하부 전극;A lower electrode formed in a predetermined size and separated into two on the support layer; 상기 두 개로 분리되어 배열된 하부 전극 상부에 압전 구동을 위해 형성된 두 개의 압전 구동층;Two piezoelectric driving layers formed on the lower electrodes arranged in two to be piezoelectric; 상기 두 개로 배열된 하부 전극 상부 및 상기 압전 구동층 일부 영역 상부에 상하부 전극간 절연을 위해 형성된 절연층;An insulating layer formed on the two lower electrodes and upper portions of the piezoelectric driving layer to insulate upper and lower electrodes; 상기 두 개로 배열된 압전 구동층의 상부에 형성된 상부 전극; An upper electrode formed on the two piezoelectric driving layers; 상기 상부 전극과 하부 전극에 소자의 구동을 위한 전계를 인가하기 위해 형성된 전극 라인;An electrode line formed to apply an electric field for driving an element to the upper electrode and the lower electrode; 상기 상부 전극 상부에 형성되며 감지 대상 물질을 감지하는 감지층;A sensing layer formed on the upper electrode and sensing a sensing target material; 을 포함하는 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서.Human biomarker sensor using an ultra-small micro bridge mass sensor comprising a. 제 1항에 있어서, 상기 지지층은 실리콘 기판 상부에 형성된 수십 마이크론 크기의 질화실리콘 막 브리지; 및 상기 질화실리콘 막 브리지 상부에 형성된 실리콘 산화 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 바이오마커 센서.The semiconductor device of claim 1, wherein the support layer comprises: a silicon nitride film bridge having a size of several tens of microns formed on a silicon substrate; And a silicon oxide film formed on an upper portion of the silicon nitride film bridge. 제 1항에 있어서, 상기 압전 구동층은 상기 지지층 상부에 좌우 대칭으로 분리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서.The human biomarker sensor of claim 1, wherein the piezoelectric driving layer is formed to be symmetrically separated from the upper side of the support layer. 제 1 또는 2항에 있어서, 상기 하부 전극과 상기 지지층 사이에 접합력을 향상하기 위한 접합층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서.The human biomarker sensor of claim 1 or 2, further comprising a bonding layer for improving bonding strength between the lower electrode and the support layer. 제 4에 있어서, 상기 접합층은 탄탈륨 또는 티타늄임을 특징으로 하는 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서.5. The human biomarker sensor according to claim 4, wherein the bonding layer is tantalum or titanium. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감지층은 벤젠류 물질을 감지하는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane: PDMS) 또는 알콜류 물질을 감지하는 폴리메틸메트아크릴레이트(polymethylmetacrylate)임을 특징으로 하는 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서.The sensing layer is a human body biomarker sensor using an ultra-small micro-bridge mass sensor, characterized in that the polydimethylsiloxane (PDMS) for detecting the benzene-like material or polymethylmethacrylate (polymethylmetacrylate) for detecting the alcoholic material. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감지층은 인체의 신진대사 과정에서 발생하는 다양한 바이오마커 물질을 감지할 수 있는 여러 종류의 감지물질을 적용할 수 있는 것을 특징으로 하는 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서.The sensing layer is a human biomarker sensor using a microscopic micro bridge mass sensor, characterized in that it can be applied to a variety of sensing materials that can detect a variety of biomarker substances generated in the metabolic process of the human body. 제 1항에 따른 바이오마커 센서; A biomarker sensor according to claim 1; 상기 바이오마커 센서의 감지층의 공진주파수 대역의 구동을 위한 오실레이터;An oscillator for driving the resonance frequency band of the sensing layer of the biomarker sensor; 상기 오실레이터의 공진주파수를 측정하는 주파수 카운터; 및A frequency counter for measuring the resonance frequency of the oscillator; And 상기 감지층으로부터 감지된 신호를 모니터링하기 위한 디스플레이 장치를 포함하는 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서 모듈.Human biomarker sensor module using an ultra-small micro-bridge mass sensor comprising a display device for monitoring the signal sensed from the sensing layer. 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서 제조 방법에 있어서, In the manufacturing method of the human body biomarker sensor using an ultra-small microbridge mass sensor, (a) 실리콘 기판 상부 지지층을 증착하는 단계;(a) depositing a silicon substrate upper support layer; (b) 상기 실리콘 산화 막 상부에 두 개로 분리되어 배열된 소정 크기의 하부 전극을 형성하는 단계;(b) forming a lower electrode having a predetermined size and arranged in two on the silicon oxide film; (c) 상기 하부 전극 상부에 상기 두 개로 분리되어 배열된 하부 전극보다 작은 크기의 압전 구동층을 형성하는 단계;(c) forming a piezoelectric drive layer having a smaller size than the two lower electrodes arranged on the lower electrode; (d) 상기 좌우 대칭 형으로 두 개로 배열되어 형성된 하부 전극 상부 및 상기 압전 구동층 일부 영역 상부에 상하부 전극 간 절연을 위한 절연층을 형성하는 단계;(d) forming an insulating layer for insulating between upper and lower electrodes on an upper portion of the lower electrode and a portion of the piezoelectric driving layer formed in two symmetrical shapes; (e) 상기 절연층의 상부 및 상기 두 개로 배열된 압전 구동층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계;(e) forming an upper electrode on the insulating layer and on the piezoelectric drive layer arranged in two; (f) 상기 하부 실리콘 질화 막의 일부를 제거하는 단계; (f) removing a portion of the lower silicon nitride film; (g) 상기 (f) 단계로 노출된 실리콘 기판을 식각하는 단계;(g) etching the exposed silicon substrate in step (f); (h) 상기 실리콘이 식각된 소자의 상부 질화실리콘 막의 일부를 제거하여 움직임이 자유로운 구조를 형성하는 단계; 및(h) removing a portion of the upper silicon nitride film of the silicon-etched device to form a structure free of movement; And (i)감지 대상물질을 감지하기 위한 감지층을 형성하는 단계를 포함하는 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서 제조 방법.(i) a method of manufacturing a human biomarker sensor using a microscopic micro bridge mass sensor, comprising forming a sensing layer for sensing a sensing target material. 제 9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 단계(a)는 실리콘 기판 상부 및 하부에 상부 및 하부 질화실리콘 막을 증착하는 단계; 및 상기 질화실리콘 막 상부에 실리콘 산화 막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서 제조 방법.Step (a) includes depositing upper and lower silicon nitride films over and below the silicon substrate; And depositing a silicon oxide film on the silicon nitride film. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 단계(i)는 고분자 물질을 포함한 용액을 이용해 소자 위에 잉크젯 또는 스핀 코팅, 딥 코팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서 제조 방법.The step (i) is a human biomarker sensor manufacturing method using a micro-micro-mass mass sensor, characterized in that formed by inkjet or spin coating, dip coating on the device using a solution containing a polymer material. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 단계(g)는 KOH를 이용한 습식 식각 또는 고밀도 플라즈마를 이용하는 건식 식각을 사용하는 것을 특징으로 하는 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서 제조 방법.The step (g) is a human biomarker sensor manufacturing method using a micro-micro-mass mass sensor, characterized in that using the wet etching using dry etching or high density plasma using KOH. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 단계(b)의 하부 전극을 형성하기 전에 접합력을 향상하기 위한 접합층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서 제조 방법.A method of manufacturing a human biomarker sensor using an ultra-small micro bridge mass sensor, further comprising forming a bonding layer to improve bonding strength before forming the lower electrode of step (b). 제 9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 단계(c)는 졸-겔법을 이용하여 압전 구동층을 증착한 후 패터닝하는 것을 특징으로 하는 초소형 마이크로 브리지 질량 센서를 이용한 인체 바이오마커 센서 제조 방법.The step (c) is a human biomarker sensor manufacturing method using a micro-micro-mass mass sensor, characterized in that after the deposition of the piezoelectric drive layer using a sol-gel method.
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