KR20090060899A - 실리콘 바이오 센서 및 그의 제조 방법 - Google Patents
실리콘 바이오 센서 및 그의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090060899A KR20090060899A KR1020070127882A KR20070127882A KR20090060899A KR 20090060899 A KR20090060899 A KR 20090060899A KR 1020070127882 A KR1020070127882 A KR 1020070127882A KR 20070127882 A KR20070127882 A KR 20070127882A KR 20090060899 A KR20090060899 A KR 20090060899A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- silicon
- biosensor
- optical fiber
- light source
- light
- Prior art date
Links
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 96
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 96
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 94
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 16
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 31
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 29
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 24
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 claims description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 10
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 9
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 6
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 2
- 239000012620 biological material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract 1
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 8
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 5
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 2
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000572 ellipsometry Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 238000011197 physicochemical method Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/76—Chemiluminescence; Bioluminescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
본 발명은 실리콘 바이오 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 광을 자체 발산하는 광원; 입사되는 광량에 상응하는 광 전류를 발생하는 광 검출기; 상기 광원이 발산한 광을 상기 광 검출기로 전달하는 광 파이버; 및 바이오 항원-항체 반응이 발생되면, 상기 바이오 항원-항체 반응에 따라 상기 광 파이버의 광 전달율을 가변시키는 마이크로 플루이딕 채널을 포함하여 구성되며, 이에 의하여 실리콘 전자 소자와 집적이나 접합이 보다 용이해지도록 하면서도 대량 생산 및 저가의 바이오 센서의 제조가 가능해지도록 할 수 있다.
바이오 센서, 바이오 물질, 바이오 결합 반응, 자체 발광, 광 전류
Description
본 발명은 바이오 센서에 관한 것으로, 특히 하나의 실리콘 기판 상에 광원과 광 검출기를 집적하여 바이오 물질을 검출할 수 있도록 하는 실리콘 바이오 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
바이오 센서는 생체 감지 물질(bioreceptor)과 신호 변환기(signal transducer)로 구성되어 분석하고자 하는 물질을 선택적으로 감지할 수 있는 센서로, 생체감지물질로는 특정 물질과 선택적으로 반응 및 결합할 수 있는 효소, 항체, 항원, 세포 및 DNA 등을 사용하며, 신호변환 방법으로는 전기화학, 형광, 광학 및 압전 등 다양한 물리화학적 방법을 사용하고 있다.
이러한 바이오 센서의 응용 분야는 혈당 측정용 센서와 같은 임상 분야뿐만 아니라, 폐수의 페놀, 중금속, 농약, 인화물 및 질소화합물 측정에 이용되는 환경 분야, 식품의 잔류 농약, 항생체 및 병원균의 분석에 응용되며, 군대, 산업, 연구용 센서에 이르기까지 매우 광범위하다.
일반적으로 바이오 물질을 검출하는 방법으로 사용되는 신호변환 방식은 크 게 두 가지, 전기화학적 방법과 광학적 방법으로 나뉜다. 전기화학적 방법은 바이오 물질로부터 나오는 신호를 전기적으로 변환시켜주어야 하기 때문에 바이오 센서를 구성하기가 복잡하고 사용되는 전자 장비의 가격이 비싸다는 단점이 있다. 반면, 광학적 방법은 바이오 물질로부터 나오는 신호를 광학적으로 변환시켜 바이오 물질의 유무를 분석하는 방법으로써 전기화학적 방법보다는 상대적으로 센서를 구성하기가 간편하다는 장점이 있어 일반적으로 바이오 센서에 많이 이용되고 있다.
이러한 광학적 방법의 대표적인 예로 주로 항체에 형광 물질 등으로 표지를 한 후 이에 대응하는 항원을 검출하고 센서로부터 나오는 형광의 세기에 의해 항원의 정량을 구현하는 광학식 바이오 센서가 널리 사용되고 있다.
또한, 최근에는 형광 물질과 같은 표지 물질을 사용하지 않는 형태의 비표지식 바이오 센서로서 표면 플라즈몬 바이오 센서(Surface Plasmon Biosensor), 전반사 엘립소메트리 바이오 센서(Total Internal Reflection Ellipsometry Biosensor), 광 도파로 바이오 센서 (Waveguide Biosensor) 등의 광학 바이오 센서들에 대한 개발되고 있다.
이러한 광학 바이오 센서는 광을 생성하는 광원, 항체와 항원의 반응이 일어나는 반응부 및 광 신호를 측정하는 검출기로 구성되며, 이때의 광원으로는 발광 다이오드(light emitting diode) 및 발광 레이저(laser)가 사용된다. 그리고 광 신호를 잡는 검출기로는 스펙트로미터(spectrometer)가 사용되고 있다.
일반적으로 광학식 바이오 센서에서 광을 생성하는 광원은 일반적으로 화합물 반도체인 갈륨아세나이드(GaAs)계 및 갈륨나이트라이드(GaN)계의 화합물 반도체 박막을 이용하여 제조된다.
그러나 이와 같은 갈륨아세나이드계 및 갈륨나이트라이드계 화합물 반도체 박막을 이용하여 광원을 제조하면, 기판 상에 양질의 화합물 반도체 박막을 성장하기가 어렵고 기판 가격이나 화합물 반도체 박막을 성장하기 위한 가스 소스의 가격이 비싼 단점이 존재한다.
즉, 종래의 광학식 바이오 센서에 적용되는 광원은 제조비용이 높은 단점이 있다.
또한, 종래의 광학식 바이오 센서에 적용되는 광원의 제조에 이용되는 화합물 반도체 박막은 주로 비실리콘 계열의 기판 위에 성장되기 때문에, 실리콘 전자 소자와 집적이나 접합 측면에서 많은 어려움이 있어 대량 생산 및 저가의 바이오 센서 제조를 어렵게 하는 문제가 있다.
더욱이 광학식 바이오 센서는 광원과 검출기인 스펙트로미터를 사용하여 센서를 구성하는 경우, 광원으로부터 항체와 항원의 반응이 일어나는 반응부에 광이 입사하는 방향에 따라 검출기에서 나오는 신호가 매우 민감하여 매우 복잡한 광학계가 필요하다는 단점도 있다.
이에 본 발명에서는 제조비용이 높고 실리콘 전자 소자와 집적이나 접합이 어려우며, 별도의 광원과 광학계를 구비해야 하는 종래의 문제를 해결하기 위해, 제조비용이 저렴하고 실리콘 소자와의 집적화가 보다 용이하게 수행될 수 있도록 하면서도 별도의 광원 및 광학계를 필요로 하지 않는 실리콘 바이오 센서 및 그의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로써, 광을 자체 발산하는 광원; 입사되는 광량에 상응하는 광 전류를 발생하는 광 검출기; 상기 광원이 발산한 광을 상기 광 검출기로 전달하는 광 파이버; 및 바이오 항원-항체 반응이 발생되면, 상기 바이오 항원-항체 반응에 따라 상기 광 파이버의 광 전달율을 가변시키는 마이크로 플루이딕 채널을 포함하는 실리콘 바이오 센서를 제공한다.
상기 광원은 실리콘 기판의 상부표면에 형성된 정공 도핑층; 상기 정공 도핑층의 상부 표면에 형성된 발광층; 및 상기 발광층의 상부 표면에 형성된 전자 도핑층을 포함하고, 상기 발광층은 실리콘 나이트라이드(SiN)를 통해 구현되고, 상기 전자 도핑층 및 정공 도핑층은 실리콘 카바이드계 박막으로 구현되며, 서로 상보되는 반도체 극성을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 광 검출기는 상기 실리콘 기판의 상부표면에 형성된 정공 도핑층; 상기 정공 도핑층의 상부 표면에 형성된 박막층; 및 상기 박막층의 상부 표면에 형성된 전자 도핑층을 포함하고, 상기 박막층은 실리콘 나이트라이드(SiN)를 통해 구현되고, 상기 전자 도핑층 및 정공 도핑층은 실리콘 카바이드계 박막으로 구현되며, 서로 상보되는 반도체 극성을 가지는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 실리콘 바이오 센서는 상기 광원과 상기 광 검출기의 사이에 형성되어 상기 광원과 상기 광 검출기를 공간적으로 분리시키는 절연체를 더 포함할 수 있으며, 상기 광 파이버는 상기 절연체의 상부 표면에 형성되어 상기 광원과 상기 광 검출기간을 연결하며, 실리콘 나이트라이드(SiN)막으로 구현되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 마이크로 플루이딕 채널은 상기 광 파이버의 상부 표면에 형성되며, PDMS(polydimethylsiloxane)으로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로써, 실리콘 기판의 상부 표면에 제1형 실리콘막, 실리콘 나노 결정 및 제2형 실리콘막을 순차적으로 증착시키는 단계; 절연체를 통해 상기 제1형 실리콘막, 실리콘 나노 결정 및 제2형 실리콘막을 두 개의 영역으로 분리하는 단계; 상기 절연체의 일측에 적층된 상기 제1형 실리콘막, 실리콘 나노 결정 및 제2형 실리콘막을 통해 광원을 형성하고, 상기 절연체의 나머지측에 적층된 상기 제1형 실리콘막, 실리콘 나노 결정 및 제2형 실리콘막을 통해 광 검출기를 형성하는 단계; 상기 절연체의 상부 표면에 광 파이버를 형성하는 단계; 및 상기 광 파이버의 상부 표면에 마이크로 플루이딕 채널을 형성하는 단계를 포함하는 실리콘 바이오 센서의 제조 방 법을 제공한다.
그리고 상기 실리콘 나노 결정은 실리콘 나이트라이드(SiN)이고, 상기 제1 및 제2형 실리콘막은 서로 상보되는 반도체 극성을 가지는 실리콘 카바이드계 박막인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 광 파이버는 실리콘 나이트라이드(SiN)막으로 구현되며 상기 마이크로 플루이딕 채널은 PDMS(polydimethylsiloxane)으로 구현되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명의 실리콘 바이오 센서 및 그의 제조방법은 하나의 실리콘 기판 상에 광원과 광 검출기를 집적하여 바이오 물질을 검출할 수 있도록 함으로써, 제조비용을 절감하면서도 실리콘 전자 소자와 집적이나 접합이 보다 용이해지도록 한다.
또한 본 발명의 실리콘 바이오 센서는 광원과 검출부를 광학적으로 구성하기가 용이해서 별도의 광학계도 필요로 하지 않으므로, 대량 생산 및 저가의 바이오 센서의 제조가 가능해지도록 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요 하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
도1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 실리콘 바이오 센서의 구조를 설정하기 위한 단면도이다.
도1을 참조하면, 실리콘 바이오 센서는 광을 발산하는 광원(110), 자신에 입사되는 광을 흡수하여 광 전류를 발생하는 광 검출기(120), 광원(110)과 광 검출기(120)를 공간적으로 분리시켜 주는 절연체(130), 광원(110)이 발산한 광을 광 검출기(120)로 전달하는 광 파이버(140), 및 자신의 내부에서 발생되는 바이오 항원-항체 반응에 따라 상기 광 파이버의 광 전달율을 가변시키는 마이크로 플루이딕 채널(150)을 구비한다.
이때, 광원(110)은 실리콘 기판(100) 상부표면의 일측에 형성되고, 광 검출기(120)는 상기 실리콘 기판(100) 상부표면의 다른 측에 형성되고, 절연체(130)는 광원(110) 및 광 검출기(120) 사이의 실리콘 기판(100)의 상부표면에 형성되고, 광 파이버(140)는 광원(110)과 광 검출기(120)간을 연결하도록 절연체(130)의 상부 표면에 형성되고, 마이크로 플루이딕 채널(150)은 광 파이버(140)의 상부 표면에 형성된다.
그리고 광원(110)은 실리콘 기판(100)의 상부표면에 형성된 정공 도핑층(111), 정공 도핑층(111)의 상부 표면에 형성된 발광층(112), 발광층(112)의 상부 표면에 형성된 전자 도핑층(113)으로 구성된다.
광 검출기(120)는 실리콘 기판(100)의 상부표면에 형성된 정공 도핑층(121), 정공 도핑층(121)의 상부 표면에 형성된 박막층(122), 및 박막층(122)의 상부 표면에 형성된 전자 도핑층(123)으로 구성된다.
이와 같이 광원(110)과 광 검출기(120)는 동일한 박막 적층 구조를 가지나, 서로 상이한 방향의 전압을 인가받아 서로 상이한 기능을 수행하게 된다.
즉, 광원(110)은 전자 도핑층(111)과 정공 도핑층(113)을 통해 순방향 바이어스 전압을 인가받아 발광층(112)내에서 전자-정공 결합이 발생하고, 이에 따라 광을 발산한다. 반면 광 검출기(120)는 전자 도핑층(111)과 정공 도핑층(113)을 통해 역방향 바이어스 전압을 인가받아 광원(110)으로부터 들어오는 광을 흡수한 후, 박막층(122)내에서 전자-정공 결합이 해제되면서 광 파이버(140)를 통해 입사되는 광량에 상응하는 값을 가지는 광 전류를 발생한다.
도2a 내지 도2c는 도1의 실리콘 바이오 센서의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도2a에 도시된 바와 같이 광원(110)에는 자체 발광 동작이 수행되도록 순방향 바이어스 전압(V1)을 인가하고, 광 검출기(120)에는 광 검출 동작이 수행되도록 역방향 바이어스 전압(V2)을 인가한다.
그러면 도2b에 도시된 바와 같이 광원(110)의 발광층(112)내에서 전자-정공 결합에 의해서 광이 발산된다. 그리고 광원(110)로부터 발산되는 광은 광 파이버(140)의 내부로 유입된다.
반면, 광 검출기(120)의 박막층(122)내에서 상기 광 파이버(140)를 통해 입 사되는 광을 흡수하고, 전자-정공 결합이 해제되면서 광 검출기(120)는 흡수된 광량에 상응하는 값을 가지는 광 전류를 발생한다.
이러한 상태에서 도2c에 도시된 바와 같이 마이크로 플루이딕 채널(150)에 제1 바이오 항체(210), 바이오 항원(220), 제2 바이오 항체(230)이 고정된 나노 크기의 금 입자(240)가 순차적으로 주입한다.
이때, 금 입자(230)는 매우 큰 광 흡수율을 제공하는 물질로서, 본 발명에서는 이를 통해 광원(110)으로부터 발산되는 빛을 흡수함으로써 광 파이버(140)를 지나 광검출기(120)로 유입되는 광량을 감소시킨다.
이에 마이크로 플루이딕 채널(150)내에서 제1 바이오 항체(210) 바이오 항원(220) 및 제2 바이오 항체(230)간의 바이오 항원-항체 반응이 발생하여 광검출기(120)에 유입되는 광량이 감소된다.
광 파이버(140)는 마이크로 플루이딕 채널(150)내에서 일어나는 바이오 항원-항체 반응으로 인한 광 흡수 때문에 광원(110)의 광을 보다 적게 광 검출기(120)로 전달하게 되고, 광 검출기(120)는 감소된 광량에 따라 감소된 값을 가지는 광 전류를 발생하게 된다.
그 결과, 광 검출기(120)를 통해 발생되는 광 전류의 전류 값은 바이오 항원-항체 반응 이전과 이후에 서로 상이해진다.
이에 광 검출기(120)를 통해 발생되는 광 전류의 전류 값을 분석함으로써, 바이오 물질, 즉 바이오-항원의 유무 또는 양을 파악할 수 있게 되는 것이다.
도3a 내지 도3d는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 바이오 센서의 제조 방 법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서는 바이오 센서를 실리콘 기판(100)을 이용하여 구현하도록 한다. 이는 실리콘 기판(100)을 이용할 경우, 실리콘 전자 소자와의 집적이나 접합 측면이 유리하다. 또한, 실리콘 기판(100)의 가격이 저렴하고, 실리콘 기판(100)상에 형성되는 막들 형성을 위한 소스 가스들의 비용도 저렴하기 때문에, 저렴한 비용으로 바이오 센서를 제조할 수 있기 때문이다.
이에 도3a에 도시된 바와 같이, 먼저 실리콘 기판(100)의 상부 표면에 p형 실리콘막(111,121), 실리콘 나노 결정(112,122), n형 실리콘막(113,123)을 순차적으로 증착시킨다.
바람직하게, p 및 n형 실리콘막(111,121)으로는 SiC 또는 SiCN 박막과 같은 실리콘 카바이드계 박막을 채택하고, 실리콘 나노 결정(112,122)은 실리콘 나이트라이드(SiN)를 채택하도록 한다.
그리고 도3b에 도시된 바와 같이, p형 실리콘막(111,121), 실리콘 나노 결결정(112,122), n형 실리콘막(113,123)의 중앙 영역을 식각한 후, 해당 영역에 실리콘 옥사이드(SiO2) 증착하여 절연체(130)를 형성한다.
이에 절연체(130)의 일측에 적층된 p형 실리콘막(111), 실리콘 나노 결정(112), n형 실리콘막(113)은 광원(110)의 정공 도핑층(111), 발광층(112) 및 전자 도핑층(113)으로 구현되고, 나머지측에 적층된 p형 실리콘막(120), 실리콘 나노 결정(122), n형 실리콘막(123)은 광 검출기(120)의 정공 도핑층(121), 박막층(122) 및 전자 도핑층(123)으로 구현된다.
그리고 도3c에 도시된 바와 같이, 절연체(130)의 상부 표면에 광원(110)과 광 검출기(120)에 공통 접속되도록 실리콘 나이트라이드(SiN)막을 증착하여 광 파이버(140)를 형성한다.
마지막으로 도3d에 도시된 바와 같이, 광 파이버(140)의 상부 표면에 PDMS(polydimethylsiloxane)을 이용하여 마이크로 플루이딕 채널(150)을 형성한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.
도1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 실리콘 바이오 센서의 구조를 설정하기 위한 단면도,
도2a 내지 도2c는 도1의 실리콘 바이오 센서의 동작 방법을 설명하기 위한 도면, 그리고
도3a 내지 도3d는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 바이오 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
Claims (14)
- 광을 자체 발산하는 광원;입사되는 광량에 상응하는 광 전류를 발생하는 광 검출기;상기 광원이 발산한 광을 상기 광 검출기로 전달하는 광 파이버; 및바이오 항원-항체 반응이 발생되면, 상기 바이오 항원-항체 반응에 따라 상기 광 파이버의 광 전달율을 가변시키는 마이크로 플루이딕 채널을 포함하는 실리콘 바이오 센서.
- 제1항에 있어서, 상기 광원은실리콘 기판의 상부표면에 형성된 정공 도핑층;상기 정공 도핑층의 상부 표면에 형성된 발광층; 및상기 발광층의 상부 표면에 형성된 전자 도핑층을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 바이오 센서.
- 제2항에 있어서,상기 발광층은 실리콘 나이트라이드(SiN)를 통해 구현되고,상기 전자 도핑층 및 정공 도핑층은 실리콘 카바이드계 박막으로 구현되며, 서로 상보되는 반도체 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 바이오 센서.
- 제2항에 있어서, 상기 광 검출기는상기 실리콘 기판의 상부표면에 형성된 정공 도핑층;상기 정공 도핑층의 상부 표면에 형성된 박막층; 및상기 박막층의 상부 표면에 형성된 전자 도핑층을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 바이오 센서.
- 제4항에 있어서,상기 박막층은 실리콘 나이트라이드(SiN)를 통해 구현되고,상기 전자 도핑층 및 정공 도핑층은 실리콘 카바이드계 박막으로 구현되며, 서로 상보되는 반도체 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 바이오 센서.
- 제1항에 있어서,상기 광원과 상기 광 검출기의 사이에 형성되어 상기 광원과 상기 광 검출기를 공간적으로 분리시키는 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 바이오 센서.
- 제6항에 있어서, 상기 광 파이버는상기 절연체의 상부 표면에 형성되어 상기 광원과 상기 광 검출기간을 연결하는 것을 특징으로 하는 실리콘 바이오 센서.
- 제7항에 있어서, 상기 광 파이버는실리콘 나이트라이드(SiN)막으로 구현되는 것을 특징으로 하는 실리콘 바이오 센서.
- 제6항에 있어서, 상기 마이크로 플루이딕 채널은상기 광 파이버의 상부 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 바이오 센서.
- 제9항에 있어서, 상기 마이크로 플루이딕 채널은PDMS(polydimethylsiloxane)으로 구현되는 것을 특징으로 하는 실리콘 바이오 센서.
- 실리콘 기판의 상부 표면에 제1형 실리콘막, 실리콘 나노 결정 및 제2형 실리콘막을 순차적으로 증착시키는 단계;절연체를 통해 상기 제1형 실리콘막, 실리콘 나노 결정 및 제2형 실리콘막을 두 개의 영역으로 분리하는 단계;상기 절연체의 일측에 적층된 상기 제1형 실리콘막, 실리콘 나노 결정 및 제2형 실리콘막을 통해 광원을 형성하고, 상기 절연체의 나머지측에 적층된 상기 제1형 실리콘막, 실리콘 나노 결정 및 제2형 실리콘막을 통해 광 검출기를 형성하는 단계;상기 절연체의 상부 표면에 광 파이버를 형성하는 단계; 및상기 광 파이버의 상부 표면에 마이크로 플루이딕 채널을 형성하는 단계를 포함하는 실리콘 바이오 센서의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,상기 실리콘 나노 결정은 실리콘 나이트라이드(SiN)이고,상기 제1 및 제2형 실리콘막은 서로 상보되는 반도체 극성을 가지는 실리콘 카바이드계 박막인 것을 특징으로 하는 실리콘 바이오 센서의 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 광 파이버는실리콘 나이트라이드(SiN)막으로 구현되는 것을 특징으로 하는 실리콘 바이오 센서의 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 마이크로 플루이딕 채널은PDMS(polydimethylsiloxane)으로 구현되는 것을 특징으로 하는 실리콘 바이오 센서의 제조 방법.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070127882A KR100928203B1 (ko) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | 실리콘 바이오 센서 및 그의 제조 방법 |
| US12/746,247 US20100278694A1 (en) | 2007-12-10 | 2008-06-20 | Silicon biosensor and manufacturing method thereof |
| PCT/KR2008/003543 WO2009075435A1 (en) | 2007-12-10 | 2008-06-20 | Silicon biosensor and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070127882A KR100928203B1 (ko) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | 실리콘 바이오 센서 및 그의 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090060899A true KR20090060899A (ko) | 2009-06-15 |
| KR100928203B1 KR100928203B1 (ko) | 2009-11-25 |
Family
ID=40755651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020070127882A KR100928203B1 (ko) | 2007-12-10 | 2007-12-10 | 실리콘 바이오 센서 및 그의 제조 방법 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20100278694A1 (ko) |
| KR (1) | KR100928203B1 (ko) |
| WO (1) | WO2009075435A1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110448268A (zh) * | 2018-05-08 | 2019-11-15 | 南京大学 | 基于光学微光纤的健康监测传感器及制备方法和测量系统 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101242138B1 (ko) * | 2009-11-27 | 2013-03-12 | 한국전자통신연구원 | 광 바이오 센서, 광 바이오 센서 어레이 및 이를 이용한 바이오 물질의 검출 방법 |
| EP2647060A2 (en) * | 2010-11-30 | 2013-10-09 | Tshwane University Of Technology | Cmos based micro-photonic systems |
| KR20140081920A (ko) * | 2012-12-12 | 2014-07-02 | 한국전자통신연구원 | 실리콘 나노결정 바이오 센서 및 그의 제조 방법 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AUPM512194A0 (en) * | 1994-04-15 | 1994-05-12 | Chulalongkorn University | Amorphous semiconductor photocoupler |
| US20040101861A1 (en) * | 2002-11-27 | 2004-05-27 | Little Roger G. | Resonant cavity photodiode array for rapid DNA microarray readout |
| KR100492534B1 (ko) * | 2002-11-29 | 2005-06-02 | 엘지전자 주식회사 | 광 발생기 모듈, 광 검출기 모듈, 그들을 결합한 광픽업장치 및 그들의 제조방법 |
| US6990259B2 (en) * | 2004-03-29 | 2006-01-24 | Sru Biosystems, Inc. | Photonic crystal defect cavity biosensor |
| KR100549219B1 (ko) * | 2004-04-12 | 2006-02-03 | 한국전자통신연구원 | 실리콘 발광소자 및 그 제조방법 |
| WO2005103652A1 (en) * | 2004-04-21 | 2005-11-03 | Ausbiochip Pty Ltd | Optoelectronic biochip |
| KR100889564B1 (ko) * | 2006-12-04 | 2009-03-23 | 한국전자통신연구원 | 바이오 센서 및 그 제조 방법 |
| KR100899811B1 (ko) * | 2006-12-05 | 2009-05-27 | 한국전자통신연구원 | 유기물 고굴절 재료를 포함하는 공진 반사광 필터와 이를구비한 광 바이오센서 |
-
2007
- 2007-12-10 KR KR1020070127882A patent/KR100928203B1/ko active IP Right Grant
-
2008
- 2008-06-20 US US12/746,247 patent/US20100278694A1/en not_active Abandoned
- 2008-06-20 WO PCT/KR2008/003543 patent/WO2009075435A1/en active Application Filing
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110448268A (zh) * | 2018-05-08 | 2019-11-15 | 南京大学 | 基于光学微光纤的健康监测传感器及制备方法和测量系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2009075435A1 (en) | 2009-06-18 |
| KR100928203B1 (ko) | 2009-11-25 |
| US20100278694A1 (en) | 2010-11-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2672257B1 (en) | Nanowire light sensor and kit with the same | |
| US8641975B2 (en) | High sensitivity sensor device and manufacturing thereof | |
| Wojciechowski et al. | Organic photodiodes for biosensor miniaturization | |
| Costantini et al. | Lab-on-chip system combining a microfluidic-ELISA with an array of amorphous silicon photosensors for the detection of celiac disease epitopes | |
| KR100928203B1 (ko) | 실리콘 바이오 센서 및 그의 제조 방법 | |
| US20110129846A1 (en) | Photonic biosensor, photonic biosensor array, and method of detecting biomaterials using the same | |
| US20120141327A1 (en) | Label-free biosensor | |
| US8399855B2 (en) | Photodiode for detection within molecular diagnostics | |
| US20180088116A1 (en) | High sensitivity medical device and manufacturing thereof | |
| WO2011154918A2 (en) | Diagnostic apparatus for immunoassay and diagnostic method for immunoassay using the same | |
| US20140050621A1 (en) | Biosensor and biomaterial detection apparatus including the same | |
| US20100291703A1 (en) | Biosensor | |
| Pereira et al. | Chemiluminescent detection of horseradish peroxidase using an integrated amorphous silicon thin-film photosensor | |
| KR100928202B1 (ko) | 실리콘 바이오 센서 및 그의 제조 방법 | |
| KR102146877B1 (ko) | 일체형 비표지식 바이오 센서 및 이를 이용한 분석 방법 | |
| US9680046B2 (en) | High sensitivity sensor device and manufacturing thereof | |
| US20140163350A1 (en) | Silicon nano-crystal biosensor and method of fabricating the same | |
| Wang et al. | Organic light emitting diodes and photodetectors: Toward applications in lab-on-a-chip portable devices | |
| US20230204573A1 (en) | Nanophotodetector-based device for biomolecular detection | |
| KR20140023202A (ko) | 바이오 센서 및 그를 구비하는 바이오 물질 검출장치 | |
| KR101742423B1 (ko) | 광 센서 및 이의 제조방법 | |
| Dighe et al. | Integrated Thin Film Silicon Detectors for Fluorescence Sensing | |
| Paternoster et al. | Plasmonic Enhanced Photodetectors for Near Infra-red Light Detection (PlaSiPM) | |
| WO2008068721A1 (en) | Semiconductor sensor device, diagnostic instrument comprising such a device and method of manufacturing such a device | |
| Bulteel et al. | Low-wavelengths SOI CMOS photosensors for biological applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121031 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131024 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141027 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151028 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161027 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171027 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181025 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191028 Year of fee payment: 11 |