KR20120021683A - 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 및 그 제작방법 - Google Patents

전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 및 그 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 및 그 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 소수성 포토레지스트 및 친수성 게이트 절연층을 이용하여 전계효과 트랜지스터를 적용한 바이오센서를 제작함으로써, 물리?화학적 처리 없이 게이트 영역에 생체 분자를 집중적으로 고정시킬 수 있어 센서의 검출감도를 향상시킬 수 있고 정확한 검출결과를 얻을 수 있는, 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 및 그 제작방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법은 반도체 공정을 이용하여 제작하기 때문에 일괄공정을 통해 생산단가를 낮출 수 있고, 센서의 소형화가 가능하며, 소수성 포토레지스트과 친수성 게이트 절연층의 계면특성을 이용함으로써 제작공정이 간단한 동시에 게이트 영역에 생체 분자를 집중적으로 고정시킬 수 있어 기존 전계효과 트랜지스터 기반 바이오 센서에 비해 전기적 신호의 전환이 빠르며, 검출감도가 향상되어 정확한 검출 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 및 그 제작방법{Field Effect Transistor Biosensor Based on Field Effect Transistor and Method for Fabricating the Same}
본 발명은 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 및 그 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 소수성 포토레지스트 및 친수성 게이트 절연층을 이용하여 전계효과 트랜지스터를 적용한 바이오센서를 제작함으로써, 물리?화학적 처리 없이 게이트 영역에 생체 분자를 집중적으로 고정시킬 수 있어 센서의 검출감도를 향상시킬 수 있고 정확한 검출결과를 얻을 수 있는, 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 및 그 제작방법에 관한 것이다.
많은 바이오물질, 예를 들어 천연 발생 DNA, RNA, 단백질, 바이러스, 병원균 등 천연 발생 분자뿐 아니라 인공 압타머, 변형된 단백질, 독소 등을 빠르고 동시적으로 검출하는 바이오센서에 대한 관심이 높아지고 있다. 그리고 이러한 바이오센서 기술의 발달로 약제의 발견, 유전적 돌연변이 검출 및 유전자 치료 효과의 평가와 같은 다수의 의학적인 분야의 발전이 촉진되고 있다.
1970년대에 처음 개발된 전계효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)를 이용한 바이오센서는 전계효과 트랜지스터의 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극을 사용하여 한 점을 기준으로 두 점 사이의 전류변화를 통하여 환경의 변화를 감지하는 것이다.
그 원리를 살펴보면, 용액과 감지막 계면의 전기화학적 전위차는 용액 중의 이온농도에 따라서 변하는데 이 전위차의 변화가 문턱 전압의 변화에 따른 유효 게이트 영역 전압의 변화를 유발하고, 이 변화가 채널 전도도를 변화시켜 드레인 전극 전류의 변화를 유발한다. 이 드레인 전극 전류의 변화를 측정함으로써 용액에 존재하는 특정 이온의 농도 변화를 감지할 수 있으며, 특정 이온에 선택적으로 민감한 이온 감지막을 형성함으로써 각종 이온을 감지할 수 있는 센서를 제작할 수 있다.
전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오센서는 하나의 칩 위에 많은 센서 소자를 집적할 수 있으므로, 같은 종류의 센서를 다수 배열함으로써 다차원화할 수 있고, 다른 종류의 센서를 여러 개 배열함으로써 다기능화할 수 있다. 또한 지능회로와 함께 집적하여 지능화하거나, 관련회로 및 장치들을 함께 집적함으로써 시스템화할 수 있기 때문에 최첨단 센서로 각광을 받고 있다.
그러나, 전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오센서는 게이트 영역에 생체 분자를 고정시키는 것이 어렵고, 고정되더라도 생체 분자의 양이 미량이어서 재현성이 떨어지며, 생체 분자의 하전량이 적어 전류 세기 변화에 대한 검출감도가 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 일본공개특허 제1995-103933호에서는 생체 분자의 고정이나 성장을 돕기 위해 기판상에 폴리리신(polylysine) 등의 접착물질을 도포하는 방법을 개시하고 있고, 한국공개특허 제2007-0023797호는 3차원 구조의 지지체를 형성하여 세포를 소정 영역에 고정하는 방법을 개시하고 있으며, 일본공개특허 제2006-153532호는 친수성과 소수성 물질의 계면특성을 이용하여 생체 분자를 고정하는 방법을 개시하고 있으나, 상기 방법들은 소수성 기판을 사용하는 것이 아니라 소수성 영역을 기판위에 별도로 형성하고 소수성 영역 주위를 친수성 영역으로 형성하는 것으로 상기 방법들은 기판의 특정 위치에만 세포를 배양하기 어렵다는 문제가 있고, 여러 번의 포토레지스트 도포 공정과 수차례의 노광 및 현상공정이 필요하여 그 제작방법이 매우 복잡하다는 단점이 있다.
이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과, 기판; 상기 기판 양측에 형성되고 기판과 반대 극성으로 각각 도핑된 소스 전극과 드레인 전극; 및 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 접촉하고 기판상에 형성된 친수성 게이트 절연층을 구비하되, 상기 친수성 게이트 절연층 양측에 소수성 포토레지스트로 벽체를 형성하여 친수성 게이트 절연층에 생체 분자를 선택적으로 고정할 수 있는 바이오센서를 제작할 경우, 생체 분자를 물리?화학적 처리 없이 게이트 영역에 집중적으로 고정시킬 수 있어 센서의 검출감도를 향상시킬 수 있으며 정확한 검출결과를 얻을 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 주된 목적은 검출감도를 높이고 보다 효율적으로 측정 대상물질을 검출할 수 있는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 및 그 제작방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 기판상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계; (b) 상기 소스 전극 및 드레인 전극이 형성되지 않은 기판의 부분을 식각하여 리세스드 채널을 형성하는 단계; (c) 상기 소스 전극, 드레인 전극 및 리세스드 채널이 형성된 기판에 친수성 게이트 절연층을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 친수성 게이트 절연층에 소수성 포토레지스트 도포하고, 노광한 다음 현상하여 게이트 영역을 형성하는 단계를 포함하는, 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 제작방법에 의해 제작되고, 기판; 상기 기판 양측에 형성되고, 기판과 반대 극성으로 각각 도핑된 소스 전극와 드레인 전극; 및 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 접촉하고, 기판상에 형성된 친수성 게이트 절연층을 구비하되, 상기 친수성 게이트 절연층 양측에 소수성 포토레지스트 벽체를 형성하여 친수성 게이트 절연층에 생체 분자를 고정시키는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서를 제공한다.
본 발명에 따른 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법은 반도체 공정을 이용하여 제작하기 때문에 일괄공정을 통해 생산단가를 낮출 수 있고, 센서의 소형화가 가능하며, 소수성 포토레지스트와 친수성 게이트 절연층의 계면특성을 이용함으로써 제작공정이 간단한 동시에 게이트 영역에 생체 분자를 집중적으로 고정시킬 수 있어 기존 전계효과 트랜지스터 기반 바이오 센서에 비해 전기적 신호의 전환이 빠르며, 검출감도가 향상되어 정확한 검출 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서에 생체 분자를 고정시킨 것을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 드레인 전극 전압변화에 대한 드레인 전류를 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 게이트 포텐셜 변화에 대한 드레인 전류변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 생체 분자가 선택적으로 고정된 일 실시예의 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 게이트 영역의 광학현미경 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 생체 분자가 선택적으로 고정된 다른 실시예의 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 게이트 영역의 광학현미경 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 생체 분자가 선택적으로 고정된 또 다른 실시예의 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 게이트 영역의 광학현미경 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 생체 분자가 선택적으로 고정된 또 다른 실시예의 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 게이트 영역의 광학현미경 사진이다.
본 발명은 일 관점에서, (a) 기판상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계; (b) 상기 소스 전극 및 드레인 전극이 형성되지 않은 기판의 부분을 식각하여 리세스드 채널을 형성하는 단계; (c) 상기 소스 전극, 드레인 전극 및 리세스드 채널이 형성된 기판에 친수성 게이트 절연층을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 친수성 게이트 절연층에 소수성 포토레지스트 도포하고, 노광한 다음 현상하여 게이트 영역을 형성하는 단계를 포함하는, 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법은 기판, 기판 양측에 형성되고 기판과 반대 극성으로 각각 도핑된 소스 전극 및 드레인 전극, 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 접촉하고 기판상에 형성된 친수성 게이트 절연층을 구비하되, 상기 친수성 게이트 절연층 양측에 소수성 포토레지스트로 벽체를 형성하여 친수성 게이트 절연층에 많은 양의 생체 분자를 집중적으로 고정할 수 있는 바이오센서를 제작하여, 종래의 바이오 센서와는 다른 구조의 방식으로 검출 감도를 높이고, 보다 효율적으로 생체 분자를 검출할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 생체 분자는 친수성을 가지는 생체 분자면 사용가능하고, 바람직하게는 신경조직 세포, 상피조직 세포, 근육조직 세포, 결합조직 세포, 감각기관 세포 등과 같은 세포에서 선택된다.
이러한, 통상적인 세포들은 세포막이 친수성 및 소수성의 지질 2분자층(lipid bilayer)으로 형성되어 있고, 상기 지질 2분자층의 친수성 부분은 막 표면(hydrophilic surface)에, 소수성 부분은 막의 내면(hydrophobic interior)에 위치하고 있어, 상기 생체 분자와 친수성 물질과의 계면 친화력과 소수성 물질과의 계면 비친화력을 이용하여 특정 영역에 선택적으로 생체 분자를 고정시킬 있는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오 센서를 착안하였다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법은 도 1에 나타난 바와 같이, 기판(10)상에 소스 전극(11) 및 드레인 전극(12)을 형성하기 위해 도펀트로 도핑된 전도성 물질을 증착시키고, 상기 도펀트의 확산 및 활성화를 위해 600℃~1050℃로 열처리한 다음, 리세스드 채널(15)을 형성시킬 부분을 식각하여 서로 이격된 소스 전극(11) 및 드레인 전극(12)을 형성한다(도 1a).
이와 같은, 소스 전극(11) 및 드레인 전극(12) 형성방법은 친수성 게이트 절연층(13)과 친수성 게이트 전극(미도시)을 형성하기 전에 고온의 열처리를 수행함으로써 HfO2, ZrO2, HfSiOx, La2O3 등과 같이 상대적으로 고온에 취약한 유전율이 큰 물질을 친수성 게이트 절연층(13) 및 친수성 게이트 전극(미도시)을 형성할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서는 본 발명의 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서에 적용할 수 있는 통상적인 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 역할이나 구조를 포함하나, 본 발명의 주요 요지는 친수성 게이트 절연층 양측에 소수성 포토레지스트로 벽체를 형성하여 친수성 게이트 절연층에 많은 양의 생체 분자(25)를 집중적으로 고정할 수 있는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서에 있는 바, 기본전극(미도시) 등과 같은 통상적인 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 역할이나 구조는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 자명한 사항이므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 기판(10)은 식각이 용이한 반도체 기판이면 사용 가능하고, 바람직하게는 실리콘, 게르마늄, 유리, 금속, 플라스틱, 산화물 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된다.
또한, 전도성 물질에 도핑될 수 있는 상기 도펀트는 P, B, Ge, PH3, BF2, As, Ga, 3족 또는 5족 원소 등으로 선택되고, 상기 전도성 물질은 실리콘, 게르마늄, 알루미나 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된다.
한편, 리세스드 채널(15)은 전술된 바와 같이 형성된 소스 전극(11) 및 드레인 전극(12)이 서로 이격되어 형성된 기판(10) 중에 소스 전극(11) 및 드레인 전극(12)이 형성되지 않은 기판 부분을 식각하여 형성한다(도 1b).
본 발명에 있어서, 상기 식각방법은 통상적인 건식식각 방법 또는 습식식각 방법을 사용할 수 있다.
도 1c는 상기 소스 전극(11), 드레인 전극(12) 및 리세스드 채널(15)이 형성된 기판(10)에 친수성 게이트 절연층(13)을 증착시켜 형성시킨 것을 도시한 것으로, 상기 친수성 게이트 절연층(13)은 유전율이 큰 물질이면 사용 가능하나, 바람직하게는 SiO2, Si3N4, Al2O3, HfO2, ZrO2, TiO2, Ta2O5, Y2O5, HfSiOx, ZrSiOx, La2O3 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된다.
또한, 본 발명에 있어서, 친수성 게이트 전극(미도시)은 친수성 금속이면 사용 능하고, 바람직하게는 Al, Pt, Ti, TiN, TaN, Pd, Au, Ag, Cr, TiSi2, W, WNx, Ru, NiSi, WN, Ni, Ir 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택되는 물질을 증착하여 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 증착방법은 화학기상증착법(CVD), 원자층 증착법(atomic layer deposition), 스퍼터링법(sputterring), 레이저어블레이션법(laser ablation), 전기방전법(arc-discharge), 플라즈마증착법 및 열화학 또는 전자빔 기상증착법으로 구성된 군에서 선택되는 방법으로 수행된다.
상기와 같이 형성된 친수성 게이트 절연층(13) 또는 친수성 게이트 전극(미도시)은 상부에 소수성 포토레지스트(14)를 도포하고, 노광한 다음 현상하여 상기 친수성 게이트 절연층(13) 또는 친수성 게이트 전극의 양단부에 형성시켜 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서를 제작한다(도 1d).
상기 소수성 포토레지스트(14)는 네거티브 타입의 포토레지스트 또는 이미지 역전이 가능한 포지티브 타입의 포토레지스트이면 사용가능하나, 이에 국한되는 것은 아니며, 노광 시 빛의 파장은 포토레지스트 종류에 따라 변경가능하다.
한편, 본 발명에 있어서, 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서는 친수성 게이트 절연층(13)에 소수성 포토레지스트(14)로 패턴화하여 게이트 영역(20)을 형성시키기 이전에, 수소 분위기에서 300℃ ~ 500℃로 열처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이는 친수성 게이트 절연층 또는 친수성 게이트 절연층 계면에 존재하는 불필요한 전하 및 포획준위를 제거하기 위한 것으로, 300℃미만으로 열처리하면 계면 포획준위를 제거하기 위한 원자의 분리 및 재결합이 효과적이지 못하고, 500℃를 초과하여 열처리하면 친수성 게이트 절연층의 물리적 또는 화학적 특성이 변화될 수 있는 문제가 있다.
도 2는 본 발명에 따른 제작방법으로 제작된 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서에 생체 분자(25)가 고정된 계략도를 나타낸 것으로, 생체 분자(25)가 고정되는 영역은 친수성 게이트 전극(미도시) 없이 친수성 게이트 절연층(13)에 바로 고정되거나, 친수성 게이트 전극(미도시)상에 고정되어 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법은 반도체 공정을 이용하여 제작되기 때문에 일괄공정을 통해 생산단가를 낮출 수 있고, 센서의 소형화가 가능하다.
또한, 소수성 포토레지스트(14) 및 친수성 게이트 절연층(13)의 계면특성을 이용함으로써 친수성인 생체 분자(25)들은 소수성을 가지는 포토레지스트에서 계면적으로 비친화력을 가지고, 친수성을 가지는 게이트 절연층에서는 계면 친화력을 가져 상기 친수성 게이트 절연층에 집중적으로 고정됨에 따라 기존 전계효과 트랜지스터 기반 바이오 센서에 비해 전기적 신호의 전환이 빠르며, 검출감도가 향상되어 정확한 검출 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
상기 방법에 의해 제작된 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 작용을 설명하면 다음과 같다.
측정대상 생체 분자(25)를 친수성 게이트 절연층(13)에 집중고정시키고, 반응시키고자 하는 용액, 가스 등을 유입시키면, 측정대상 생체분자가 생물학적으로 반응하여 이온을 발생시키고, 상기 발생된 이온에 의하여 친수성 게이트 절연층(13)과 측정대상 생체분자 사이의 전기 화학적 전위차가 변화하며, 측정 대상 생체 분자(25)의 종류와 농도에 따라 전위차가 달라진다. 이 전위차의 변화는 문턱전압(VT)의 변화를 가져오며, 문턱 전압의 변화는 유효 게이트 전압(Vgd)의 변화를 유발한다. 이때 발생하는 전계 효과에 의해서 컨덕턴스가 게이트 전압에 비례하여 변화한다. 따라서 드레인 전극 전류(Ids)의 변화는 이온 농도의 변화를 나타내므로, 이를 측정하여 이온 농도의 변화를 감지할 수 있다.
한편, 다른 측정방법은 일정한 드레인 전극 전압(Vds)에서 용액 내의 이온농도에 변화(ΔCi)가 생기면 일정한 드레인 전극 전류(Ids)를 유지하기 위해서 게이트 전압(Vgs)이 변화한다. 이 게이트 절연층 전압의 변화량(ΔVgs)을 측정하여 이온 농도의 변화를 감지할 수 있다.
본 발명은 다른 관점에서, 상기 제작방법에 의해 제작되고, 기판(10); 상기 기판 양측에 형성되고, 기판과 반대 극성으로 각각 도핑된 소스 전극(11)과 드레인 전극(12); 및 상기 소스 전극(11) 및 드레인 전극(12)과 접촉하고, 기판상에 형성된 친수성 게이트 절연층(13)을 구비하되, 상기 친수성 게이트 절연층(13) 양측에 소수성 포토레지스트(14) 벽체를 형성하여 친수성 게이트 절연층(13)에 생체 분자(25)를 고정시키는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서는 친수성 및 소수성의 계면특성을 이용하여 생체 분자가 친수성을 가지는 게이트 절연층 상에 집중적으로 고정됨으로써 생체 분자와 친수성 게이트 절연층과의 접촉면적이 넓어 검출 감도를 높이고, 재현성을 향상시킴과 동시에 전기적인 신호의 전환이 빠른 고감도 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: 본 발명에 따른 SiO 2 의 친수성 게이트 절연층이 형성된 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 제작
실리콘 기판상에 인으로 도핑된 다결정 실리콘층을 두께가 100nm가 되도록 화학 기상증착시키고 800℃로 급속열처리한 다음, 리세스드 채널 부분을 건식 식각공정으로 식각하여 소스 전극 및 드레인 전극을 형성시켰다. 상기 소스 전극 및 드레인 전극이 형성된 기판을 건식시각을 이용하여 리세스드 채널을 10㎛(길이)×10㎛(너비)×30㎛(깊이)로 형성시킨 다음, 상기 소스 전극, 드레인 전극 및 리세스드 채널이 형성된 기판상에 친수성 SiO2를 스퍼터링하여 두께가 10nm인 게이트 절연층을 형성시키고, 상기 게이트 절연층 상에 알루미늄을 증발시켜 두께가 150nm의 친수성 게이트 전극을 형성시켰다. 이렇게 형성된 친수성 게이트 전극상에 이미지 역전이 가능한 포지티브 타입의 AZ5214E 포토레지스트(AZ Electronic materials사)를 두께가 1.5㎛가 되도록 도포하고, 370nm파장의 UV를 이용하여 노광한 다음, 현상하여 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서를 제작하였다.
이와 같이 제조된 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서에 생체 분자 Human Embryonic Kidney-293(ATCC사)를 고정한 다음, 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 유효 게이트 전압(Vgd)에 대한 드레인 전극 전류(drain current-gate voltage)를 측정한 결과, 도 3에 나타난 바와 같이, 낮은 누설전류와 낮은 문턱 전압 아래 기울기를 보이고, 큰 온/오프(on/off) 전류의 차이를 보여 우수한 특성을 보였고, 분명한 포화점(saturation point)을 가지며 적절한 드래인 전류를 보이는 것을 알 수 있었다.
또한, 생체 분자가 발생시키는 이온에 의한 포텐셜 변화를 가정해 임시로 게이트 포텐셜을 0.1V로 1초마다 변화시켰을 때 드레인 전극 전류를 측정하였다.
그 결과, 도 4에 나타난 바와 같이 게이트 포텐셜 변화에 드레인 전극 전류가 빠르게 변화하는 것으로 나타났고, 전류레벨이 비슷한 것을 알 수 있었다. 이는 바이오센서로서 생체 분자가 발생시키는 이온에 의한 포텐셜 변화에 민감하고 재현성이 있음을 의미한다.
도 5는 SiO2 게이트 절연층에 고정시킨 생체 분자를 광학현미경(Eclipse 80i)촬영한 사진으로, 상기 생체 분자가 게이트 절연층에만 선택적으로 고정된 것을 알 수 있었다.
실시예 2: 본 발명에 따른 HfO 2 의 친수성 게이트 절연층이 형성된 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 제작
실시예 1과 동일한 방법으로 제작하되, 친수성 게이트 절연층을 HfO2를 사용하여 10nm 두께로 증착하여 제작하였다. 그 결과, 도 6에 나타난 바와 같이, 생체 분자가 게이트 절연층에만 선택적으로 고정된 것을 알 수 있었다.
실시예 3: 본 발명에 따른 ZrO 2 의 친수성 게이트 절연층이 형성된 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 제작
실시예 1과 동일한 방법으로 제작하되, 친수성 게이트 절연층을 ZrO2를 사용하여 10nm 두께로 증착하여 제조하였다. 그 결과, 도 7에 나타난 바와 같이, 생체 분자가 게이트 절연층에만 선택적으로 고정된 것을 알 수 있었다.
실시예 4: 본 발명에 따른 AI 2 O 3 의 친수성 게이트 절연층이 형성된 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 제작
실시예 1과 동일한 방법으로 제작하되, 친수성 게이트 절연층을 AI2O3를 사용하여 10nm 두께로 증착하여 제작하였다. 그 결과, 도 8에 나타난 바와 같이, 생체 분자가 게이트 절연층에만 선택적으로 고정된 것을 알 수 있었다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시예일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
10: 기판 11: 소스 전극
12: 드레인 전극 13: 친수성 게이트 절연층 14: 소수성 포토레지스트 15: 리세스드 채널
20: 게이트 영역 25: 생체 분자

Claims (14)

  1. 다음 단계를 포함하는, 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법:
    (a) 기판상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계;
    (b) 상기 소스 전극 및 드레인 전극이 형성되지 않은 기판의 부분을 식각하여 리세스드 채널을 형성하는 단계;
    (c) 상기 소스 전극, 드레인 전극 및 리세스드 채널이 형성된 기판에 친수성 게이트 절연층을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 친수성 게이트 절연층에 소수성 포토레지스트를 도포하고, 노광한 다음 현상하여 게이트 영역을 형성하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계는 기판상에 도핑된 전도성 물질을 증착시킨 다음, 600℃~1050℃로 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 전도성 물질 일부를 식각하여 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 증착은 화학기상증착법(CVD), 원자층 증착법(atomic layer deposition), 스퍼터링법(sputterring), 레이저어블레이션법(laser ablation), 전기방전법(arc-discharge), 플라즈마증착법, 열화학 기상증착법 및 전자빔 기상증착법으로 구성된 군에서 선택되는 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 전도성 물질은 실리콘, 게르마늄, 알루미나 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기판은 실리콘, 게르마늄, 유리, 금속, 플라스틱, 산화물 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 친수성 게이트 절연층은 SiO2, Si3N4, Al2O3, HfO2, ZrO2, TiO2, Ta2O5, Y2O5, HfSiOx, ZrSiOx, La2O3 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 식각은 건식식각 방법 또는 습식식각 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 포토레지스트는 네거티브 타입의 포토레지스트 또는 이미지 역전이 가능한 포지티브 타입의 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계는 친수성 게이트 절연층을 형성시킨 다음, 친수성 게이트 전극을 증착시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 친수성 게이트 전극은 Al, Pt, Ti, TiN, TaN, Pd, Au, Ag, Cr, TiSi2, W, WNx, Ru, NiSi, WN, Ni, Ir 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 (d)단계는 친수성 게이트 절연층에 게이트 영역을 형성시킨 후에 수소 분위기에서 300℃ ~ 500℃로 열처리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제작방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 제작방법에 의해 제작되고, 기판; 상기 기판 양측에 형성되고, 기판과 반대 극성으로 각각 도핑된 소스 전극와 드레인 전극; 및 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 접촉하고, 기판상에 형성된 친수성 게이트 절연층을 구비하되,
    상기 친수성 게이트 절연층 양측에 소수성 포토레지스트 벽체를 형성하여 친수성 게이트 절연층에 생체 분자를 고정시키는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서.
  13. 제12항에 있어서, 상기 생체 분자는 신경조직 세포, 상피조직 세포, 근육조직 세포, 결합조직 세포, 감각기관 세포 및 이들의 세포로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서.
  14. 제12항에 있어서, 상기 친수성 게이트 절연층에 친수성 게이트 전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서.
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