KR20090116593A - 유기 박막 트랜지스터, 이의 제조방법 및 이를 이용한바이오센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 박막 트랜지스터, 이의 제조방법 및 이를 이용한 바이오센서에 관한 것으로, 본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 기판 상에, 게이트 전극, 게이트 절연막, 소스·드레인 전극 및 유기 반도체층을 포함하되, 상기 게이트 절연막과 유기 반도체층 사이에 졸-겔법을 통해 형성된 계면층을 더 포함하고, 상기 게이트 절연막은 유기 폴리머를 포함하며, 상기 계면층은 무기물을 포함한다. 본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 게이트 절연막과 유기 반도체층 사이에 계면층을 도입함으로써, 유기 절연막을 외부 환경으로부터 보호하며 유기 절연막과 유기 반도체층과의 접합 특성을 향상시켜 소자의 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 플라스틱 기판의 사용이 가능하기 때문에, 제조 비용이 저렴하여 일회용으로 주로 사용되는 바이오 센서에 적용되기 바람직하다.
유기 박막 트랜지스터, 계면층, 졸-겔법, 바이오센서
Description
본 발명은 유기 박막 트랜지스터, 이의 제조방법 및 이를 이용한 바이오센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는 유기 박막 트랜지스터에서 유기 절연막과 유기 반도체층 사이에 계면층을 포함하여 유기 절연막을 외부 환경으로부터 보호하며 유기 절연막과 유기 반도체층과의 접합 특성을 향상시켜 안정성을 확보한 유기 박막 트랜지스터, 이의 제조방법 및 이를 이용한 바이오센서에 관한 것이다.
최근에는 박막 트랜지스터에 주로 사용되고 있는 실리콘 반도체와 같은 무기물 재료 대신 반도체 성질을 가지고 있는 유기물을 이용한 유기 박막 트랜지스터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 유기물을 기반으로 한 전자 소자 기술은 정보 산업 분야에서 컴퓨터, 디스플레이, 스마트 카드, 착용 컴퓨터(wearable computer), 전자종이 등의 정보표시, 저장 및 신호 처리에 활용이 가능한 기술이 다.
유기 반도체를 이용한 전자소자 및 광소자는 기존의 실리콘 중심의 무기물 소자를 완전히 대체할 수는 없으나, 광범위한 분야에서 무기물 소자를 보완 대체하거나 독자적인 특수한 응용 분야를 창출할 것으로 예상된다.
트랜지스터의 채널영역을 이루는 유기물 반도체는 신소재로 반도체 혹은 금속 특성을 보이면서 전기전도도가 매우 높은 장점이 있고, 또한 가벼우면서도 제조 과정이 기존의 Si 반도체 소자보다 간편하기 때문에 저가격, 대면적의 전자소자를 제조하는데 매우 유리한 장점이 있다. 이에, 유기물 반도체를 이용한 새로운 응용소자의 연구가 계속 진행되고 있으며, 의학 및 바이오 분야에도 여러 가지 형태의 연구가 진행되고 있다.
이에 본 발명자들은 유기물 반도체를 이용한 유기 박막 트랜지스터에 대한 연구를 진행하면서, 유기 박막 트랜지스터에서 게이트 절연막과 유기 절연막 사이에 계면층을 구성함으로써 유기 절연막을 센싱 환경으로부터 보호하며 유기 절연막과 유기 반도체층과의 접합 특성을 향상시켜 소자의 안정성을 개선시킬 수 있으며, 이런 구성의 유기 박막 트랜지스터가 바이오센서로 바람직하게 사용될 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 첫 번째 기술적 과제는 신뢰성과 안정성이 확보된 유기 박막 트랜지스터를 제공하는 것이다.
본 발명의 두 번째 기술적 과제는 신뢰성과 안정성이 확보된 유기 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 세 번째 기술적 과제는 신뢰성과 안정성이 확보된 유기 박막 트랜지스터를 포함한 바이오 센서를 제공하는 것이다.
상기 첫 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기판 상에, 게이트 전극, 게이트 절연막, 소스·드레인 전극 및 유기 반도체층을 포함하되,
상기 게이트 절연막과 유기 반도체층 사이에 계면층을 더 포함하고,
상기 게이트 절연막은 유기 폴리머를 포함하며, 상기 계면층은 무기물을 포함하는 유기 박막 트랜지스터를 제공한다.
상기 두 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기판 상에, 게이트 전극, 게이트 절연막, 계면층, 소스·드레인 전극 및 유기 반도체층을 형성하되,
상기 게이트 절연막은 유기 폴리머를 이용하여 습식 공정을 통해 형성되고,
상기 게이트 절연막과 유기 반도체층 사이의 계면층은 무기물을 이용하여 졸-겔법을 통해 형성되는 것인 유기 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공한다.
상기 세 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기판 상에, 게이트 전극, 게이트 절연막, 소스·드레인 전극 및 유기 반도체층으로 구성된 유기 박막 트랜지스터를 포함하고,
상기 게이트 절연막과 상기 유기 반도체층 사이에 계면층을 더 포함하고, 상기 유기 반도체층은 전도성 주쇄와 압타머 또는 라벨로 치환된 측쇄로 이루어진 유기 물질을 포함하는 바이오센서를 제공한다.
본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 게이트 절연막과 유기 반도체층 사이에 계면층을 도입함으로써, 유기 절연막을 외부 환경으로부터 보호하며 유기 절연막과 유기 반도체층과의 접합 특성을 향상시켜 소자의 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 유기 박막들을 습식 공정을 사용하여 제조하고, 또한 계면층이 졸-겔법을 통해 제조될 수 있기 때문에 대면적과 저가격의 공정이 가능하고, 플라스틱 기판 위에 소자의 제작이 용이한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 플라스틱 기판이 적용될 수 있기 때문에 제조비용이 저렴하여 일회용으로 주로 사용되는 바이오센서에의 적용이 용이하다.
이하, 본 발명은 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4는 유기 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 유기 박막 트랜지스터는 기판(10) 상에 순차적으로 게이트 전극(20), 게이트 절연막(30), 계면층(A), 소스·드레인 전극(40) 및 유기 반도체층(50)이 형성되어 있는 하부 게이트 역 코-플래너형 구조, 도 2를 참조하면, 기판(10) 상에 순차적으로 게이트 전극(20), 게이트 절연막(30), 계면층(A), 유기 반도체층(50) 및 소스·드레인 전극(40)이 형성되어 있는 하부 게이트 역 스태거드형 구조일 수 있다. 도 3을 참조하면, 기판(10) 상에 순차적으로 소스·드레인 전극(40), 유기 반도체층(50), 계면층(A), 게이트 절연막(30) 및 게이트 전극(20)이 형성되어 있는 상부 게이트 코-플래너형 구조, 도 4를 참조하면, 기판(10) 상에 순차적으로 유기 반도체층(50), 소스·드레인 전극(40), 계면층(A), 게이트 절연막(30) 및 게이트 전극(20)이 형성되어 있는 상부 게이트 스태거드형 구조일 수 있다.
본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 게이트 절연막(30)과 유기 반도체층(50) 사이에 무기물로 형성된 계면층을 형성한다.
편의를 위하여, 도 1의 하부 게이트 역 코-플래너형 구조의 유기 박막 트랜지스터를 참조하여, 각 층을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터에서, 기판(10)은 폴리에테르설폰 (polyethersulphone; PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate; PET), 폴리카보네이트 (polycarbonate; PC), 폴리이미드 (polyimide; PI), 및 폴리에틸렌나프탈레이트 (polyethylenenaphthelate; PEN), 폴리아크릴레이트 (polyacrylate; PAR) 등의 플라스틱 또는 절연층이 형성된 얇은 금속과 같은 휘어질 수 있는 것이 바람직하다.
상기 게이트 전극(20)으로는 ITO, IZO, ZnO:Al(Ga) 등과 같은 투명 산화물, Ti, Ag, Au, Al, Cr, Al/Cr/Al, Ni 등과 같은 여러 종류의 저항이 낮은 금속 또는 전도성 고분자가 사용될 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 상기 게이트 전극(20)은 상기 기판(10) 상에 또는 임의의 선공정막 상에 이 분야의 통상적인 두께로 스퍼터링법, 원자층 증착법(ALD) 또는 화학기상 증착법(CVD) 등의 공정을 통해 형성된 후 패터닝된다.
상기 게이트 절연막(30)은 상기 게이트 전극(20)을 포함하는 기판(10) 상에 또는 임의의 선공정막 상에 우수한 유전특성을 나타내는 유기 폴리머를 이용하여 습식 공정을 통해 대략 수십nm 내지 수천nm의 두께, 바람직하게는 50nm 내지 120nm로 제조될 수 있으며, 유전특성을 나타내는 폴리머로는 폴리비닐페놀(PVP) 또는 폴리비닐아세테이트(PVA)가 있으며, 상기 폴리머는 N,N-디메틸포름아미드(DMF) 또는 프로필렌 글리콜 1-모노메틸에테르 2-아세테이트(PGMEA)와 같은 유기 용제 중에 용해될 수 있다.
상기 PVP 또는 PVA와 같은 폴리머는 유기 용제에 잘 용해되어 박막으로 만들기 쉬운 장점이 있으나, 표면 거칠기가 낮도 유전율이 크기 때문에 전기적으로 누설전류가 크다는 단점이 있을 수 있기 때문에 이를 보완하기 위하여 다양한 첨가제가 사용될 수 있다.
상기 게이트 절연막(30)의 형성시 광개시제 및/또는 열개시제가 부분적으로 또는 선택적으로 첨가될 수 있다. 광개시제로는 암모니움 디클로메이트가 사용될 수 있으며, 열개시제로는 멜라민수지(methylated poly(melamine-co-formaldehyde))가 사용될 수 있으며, 이들은 수 내지 수십 중량% 첨가되어 광 또는 열을 통한 패터닝을 가능하게 한다.
유기 폴리머로 형성된 상기 게이트 절연막(30)은 패터닝이 가능하다. 상기 게이트 절연막(30)의 패터닝이 가능함은 도 5를 통해서 확인될 수 있다. 도 5는 폴리에테르설폰(PES) 기판 위에 제작된 폴리비닐페놀(PVP)의 게이트 절연막의 패터닝된 상태를 원자력간 현미경(Atomic Force Microscope; AFM)으로 표면과 비스듬한 단면 이미지를 나타낸 것이다. 도 5에 따르면, PVP가 형성된 영역과 PVP가 현상액에 녹아 PES 가 드러난 영역이 뚜렷이 구분됨을 확인할 수 있다.
상기 게이트 절연막(30)과 유기 반도체층(50) 사이에 계면을 형성하는 계면층(A)은 ZnS, CdS 또는 (Zn, Cd)S와 같은 무기물로 습식 공정을 통해 형성될 수 있다.
유기 박막 트랜지스터의 구조에 따라서, 즉, 하부 게이트형 또는 상부 게이트형에 따라서 계면층(A)이 게이트 절연막(30) 위쪽에 형성될 수 있거나 또는 유기 반도체층(50) 위쪽에 형성될 수 있다.
상기 습식 공정으로는 스핀 코팅, 졸-겔법, 잉크-젯 프린팅법, 딥코팅법, 스크린 프린팅법, 그라비아 인쇄법, 오프셋 인쇄법 및 임프린팅법으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 계면층(A)은 특히 아연 또는 카드늄의 이온 성분이 들어 있는 수용액과 황의 이온 성분이 각각 들어 있는 수용액을 사용하여 졸-겔법으로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 아연 또는 카드늄 이온 성분이 들어 있는 수용액 중에 게이트 절연막(30)이 형성된 기판을 접촉시킨 후 건조하고, 이후에 황 이온이 들어 있는 수용액과 접촉시켜 건조하여 ZnS 또는 CdS의 단일 분자층을 형성하고, 이를 반복하여 계면층의 두께를 조절할 수 있다.
상기 계면층(A)의 두께는 각각 수nm 내지 수십㎚의 범위 내에서 형성되는 것이 바람직하다.
상기 소스·드레인 전극(40)으로는 게이트 전극(20)과 유사하게 ITO, IZO, ZnO:Al(Ga) 등의 투명 산화물, Al, Cr, Au, Ag, Ti 등의 금속 또는 전도성 고분자가 사용할 수 있지만 이것으로 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 소스·드레인 전극(40)은 상기 금속과 산화물의 이층구조를 형성할 수도 있다. 상기 소스/드레인 전극(40)은 상기 계면층(A) 상에 또는 임의의 선공정막 상에 분야의 통상적인 두께로 스퍼터링법, ALD, CVD 등과 같은 공정을 통해 증착된 후 패터닝된다.
상기 유기 박막 트랜지스터의 채널 영역을 구성하는 유기 반도체층(50)은 소스/드레인 전극(40)을 포함하는 계면층(A) 상에 또는 임의의 선공정막 상에 이 분야에 공지된 모든 재료를 사용하여 스퍼터링, ALD, CVD, 스핀코팅 등과 같은 공정으로 형성될 수 있으며, 예를 들면, 펜타센, 구리 프탈로시아닌, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리피롤 또는 폴리페닐렌비닐렌 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 유기 박막 트랜지스터가 바이오센서로 사용되는 경우, 유기 반도체층(50)은 항원-항체 반응을 감지하는 액티브 층의 역할을 수행할 수 있으며, 따라서 전도성 주쇄와 압타머 또는 라벨로 치환된 측쇄를 포함하는 유기물질, 예를 들면, F8T2(폴리(9,9-디옥틸플루오렌-코-바이티오펜))이 사용될 수 있다.
상기 유기 반도체층(50) 위에 도시하지 않았지만, 보호층이 형성될 수 있으며, 예를 들면, 폴리머 물질들이 스핀 코팅, 딥코팅, 캐스팅 등과 같은 방법을 통해 형성된 후 패터닝될 수 있거나, 또는 절연물질들이 화학증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD) 등을 통하여 형성된 후 패터닝 될 수 있다.
상기 박막의 형성시 모든 패터닝은 포토-리소그래피 방법 또는 습식 식각 방법을 통해 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터가 적용된 바이오 센서의 구성을 나타낸 도 6을 참조하여 바이오센서의 작동을 설명한다.
도 6에 따르면, 기판(10) 상에 순차적으로 게이트 전극(20), 게이트 절연막(30), 계면층(A), 소스/드레인 전극(40), 유기 반도체층(50) 및 보호층(60)으로 구성된 유기 박막 트랜지스터(100)에서 특정 단백질을 포함한 용액(70)이 함유된 주입장치(80)(시린지 형태일 수 있음)를 통해 특정 단백질이 포함된 용액을 유기 반도체층(50)과 접촉시켜 유기 반도체층(50) 내의 유기 물질의 작용기의 반응에 의해 전도도 특성 변화를 통해 특정 단백질을 검출해 낼 수 있다.
본 발명에 따른 유기 박막 트랜지스터는 플라스틱 기판의 사용이 가능하기 때문에, 제조 비용이 저렴하여 일회용으로 주로 사용되는 바이오 센서에 적용되기 바람직하다. 또한, 무기 계면층(A)이 센싱 환경으로부터 유기 절연막을 보호하기 때문에, 바이오 센서의 정확성을 개선시킬 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하고자 하나, 하기 실시예는 설명을 목적으로 한 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예
1
O2-플라즈마 처리한 폴리에테르설폰 기판 위에, Au을 가지고 e-빔 장비를 이용하여 리소그래피법으로 게이트 전극을 100nm의 두께로 증착하고, 패터닝하였다. 상기 게이트 전극 위에, N,N-디메틸포름아미드(DMF) 10㎖ 중에 폴리비닐페놀(PVP) 1g을 교반을 통해 잘 용해시킨 다음 암모니움 디클로메이트 0.03g을 첨가하여 2시간 동안 충분한 혼합이 되도록 교반한 후, PVP 용액을 0.2mm 필터로 필터링하여 미세 파티클을 최대한 줄인 다음 2500rpm에서 180 초 동안 스핀 코팅하였다. 이어서, 10-1 Torr 정도의 진공상태의 상온에서 16시간 동안 충분히 유지시키면서 유기 용매를 증발시켜 게이트 절연막을 80nm의 두께로 형성하였다. 이후 가교 공정을 위하여 포토 마크스와 콘택 얼라이너(contact aligner) 장비를 이용하여 UV 세기 240mJ/㎠에서 8분간 노광하여 게이트 절연막을 패터닝하였다. 이어서 아세톤과 탈이온수를 1:1 혼합한 현상액에서 현상하고, 120℃의 온도에서 10 분동안 열처리하였다. OH기가 표면에 나와 있는 게이트 절연막이 형성된 기판을 Zn(OAc)2의 수용액(91mM, pH 6.7) 속에 5분 동안 담지시킨 다음 증류수를 이용하여 린스하고, 아르곤 분위기 하에서 건조시켰다. 이어서, 이것을 Na2S의 수용액(4mM, pH 11.05) 속에 2분 동안 담지시켜 증류수를 이용하여 린스하고, 아르곤 분위기 하에서 건조시켜 ZnS를 단일 분자층으로 형성하고, 이를 반복하여 10nm 두께로 무기 계면층을 형성하였다. 상기 무기 계면층의 형성과정을 도식화하면 다음과 같다.
상기 무기 계면층 상에 e-빔 장비를 이용하여 리소그래피법으로 Au을 가지고 소스·드레인 전극을 80nm의 두께로 형성하였고, 소스 전극와 드레인 전극은 상호 맞물린(interdigitate) 형태를 갖도록 형성하였다. 이어서, 소스·드레인 전극 상에 펜타센(pentacene)을 가지고 100nm의 두께로 유기 반도체층을 형성하여 유기 박막 트랜지스터를 제작하였다. 이와 같이 제작한 유기 박막 트랜지스터의 평면도와 실물 사진을 도 7에 나타내었으며, 또한 상기 유기 박막 트랜지스터의 on/off 전기 적 특성을 평가하여 도 8에 나타내었다. 도 8에 따르면, 소자의 안정성이 확보되며 히스테리시스가 전혀 없는 안정적인 소자 구동이 가능함을 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5는 플라스틱 기판 위에 제작된 폴리비닐페놀(PVP)의 게이트 절연막의 패터닝된 상태를 원자력간 현미경(Atomic Force Microscope; AFM)으로 표면과 비스듬한 단면 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터를 이용하여 제작된 바이오센서의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터의 평면도와 실물 사진을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 박막 트랜지스터의 on/off 전기적 특성을 나타낸 그래프이다.
Claims (9)
- 기판 상에, 게이트 전극, 게이트 절연막, 소스·드레인 전극 및 유기 반도체층을 포함하되,상기 게이트 절연막과 유기 반도체층 사이에 계면층을 포함하고,상기 게이트 절연막은 유기 폴리머를 포함하며, 상기 계면층은 무기물을 포함하는 유기 박막 트랜지스터.
- 제 1항에 있어서,상기 게이트 절연막은 폴리비닐페놀(PVP) 또는 폴리비닐아세테이트(PVA)를 포함하는 유기 박막 트랜지스터.
- 제 2항에 있어서,상기 게이트 절연막은 광 개시제 또는 열 개시제를 더 포함하는 유기 박막 트랜지스터.
- 제 1항에 있어서,상기 계면층은 ZnS, CdS 및 (Zn,Cd)S로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 유기 박막 트랜지스터.
- 제 1항에 있어서,상기 기판은 폴리에테르설폰 (polyethersulphone; PES), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate; PET), 폴리카보네이트 (polycarbonate; PC), 폴리이미드 (polyimide; PI), 폴리에틸렌나프탈레이트 (polyethylenenaphthelate; PEN), 폴리아크릴레이트 (polyacrylate; PAR) 및 절연층이 형성된 금속으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 유기 박막 트랜지스터.
- 기판 상에, 게이트 전극, 게이트 절연막, 계면층, 소스·드레인 전극 및 유기 반도체층을 형성하되,상기 게이트 절연막은 유기 폴리머를 이용하여 습식 공정을 통해 형성되고,상기 게이트 절연막과 유기 반도체층 사이의 계면층은 무기물을 이용하여 졸-겔법을 통해 형성되는 것인 유기 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 제 6항에 있어서,상기 게이트 절연막은 폴리비닐페놀(PVP) 또는 폴리비닐아세테이트(PVA)를 N,N-디메틸포름아미드(DMF) 또는 프로필렌 글리콜 1-모노메틸에테르 2-아세테이트(PGMEA)의 유기 용제 중에 용해시킨 용액으로 습식 공정을 통해 형성되는 것인 유기 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 제 6항에 있어서,상기 계면층은 아연 또는 카드늄의 이온 성분이 들어 있는 수용액과 황의 이온 성분이 각각 들어 있는 수용액을 사용하여 졸-겔법으로 형성되는 것인 유기 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 기판 상에, 게이트 전극, 게이트 절연막, 소스·드레인 전극 및 유기 반도체층으로 구성된 유기 박막 트랜지스터를 포함하고,상기 게이트 절연막과 상기 유기 반도체층 사이에 계면층을 더 포함하고, 상기 유기 반도체층은 전도성 주쇄와 압타머 또는 라벨로 치환된 측쇄로 이루어진 유기 물질을 포함하는 바이오센서.
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-
2008
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2461670B (en) * | 2007-04-25 | 2012-05-16 | Merck Patent Gmbh | Process for preparing an electronic device |
| US8637343B2 (en) | 2007-04-25 | 2014-01-28 | Merck Patent Gmbh | Process for preparing an electronic device |
| KR20190061674A (ko) * | 2017-11-28 | 2019-06-05 | 주식회사 엘지화학 | 기상 증착 장치 및 이를 이용한 증착 방법 |
| KR20190083793A (ko) * | 2018-01-05 | 2019-07-15 | 포항공과대학교 산학협력단 | 센서 증폭 유닛 및 그의 제조방법 |
| CN116735881A (zh) * | 2023-06-15 | 2023-09-12 | 天津大学 | 一种有机场效应晶体管生物传感器及其制备方法和应用 |
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