KR20120108884A - 나노와이어 광 검출기를 이용한 인공 망막 시스템 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
인공 망막 시스템은, 유연한 기판; 상기 기판상에 위치하며, 인가된 빛에 따라 저항이 변화하는 하나 이상의 나노와이어를 포함하는 나노와이어 광 검출기; 상기 기판상에 위치하며, 상기 나노와이어 광 검출기와 전기적으로 연결되고, 망막 세포와 접촉하는 하나 이상의 미소 전극; 및 상기 나노와이어 광 검출기 및 상기 미소 전극에 전력을 인가하는 전력 공급원을 포함할 수 있다. 상기 인공 망막 시스템은 나노와이어 광 검출기를 미소 전극이 구현된 기판상에 함께 제작함으로써, 매우 얇고 유연한 기판 형태의 고해상도 망막 시스템으로 구현될 수 있다.
Description
실시예들은 인공 망막 시스템 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 나노와이어(nanowire) 광 검출기 및 하나 이상의 미소 전극(micro electrode)을 포함하여 영상 정보 획득 및 망막 자극 신호 생성이 함께 이루어질 수 있도록 한 인공 망막 시스템 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
인간의 눈에 도달한 빛은 광 수용체에서 생체 전기 신호로 바뀌어 시 피질로 전달되는데, 광 수용체가 손상된 경우 다른 신경세포들이 남아있더라도 빛을 인지할 수 없게 된다. 이러한 대표적인 질환으로는 망막 세포 상피변성(Retinis Pigmentosa; RP) 및 연령 관련 황반변성(Age-related Macular Degeneration; AMD)이 있다.
인공 망막 시스템(Retinal Prosthesis System)(또는 시각 보철 시스템)은, 망막 손상으로 인해 시각 장애를 겪고 있는 장애인의 시력 회복을 위해 망막 세포 내에 인위적으로 미소 전극 어레이(micro electrode array)를 이식하고, 이식된 미소 전극 어레이에 전기 자극 신호를 인가하여 망막 세포에 인위적인 전기 자극을 유발시키며, 이러한 전기 자극 신호가 대뇌에 전달되어 망막 손상으로 시력을 잃은 사람도 시각을 인식할 수 있도록 해주는 시스템이다.
인공 망막 시스템은 크게 영상 정보 획득 장치, 신호 처리 및 신호 발생 장치, 및 미소 전극 어레이로 구성된다. 영상 정보 획득 장치는 카메라의 이미지 센서(image sensor)처럼 영상 정보를 전기 신호로 변환하는 장치이며, 신호 처리 및 신호 발생 장치는 영상 정보 획득 장치로부터 취득된 영상 신호를 망막 세포 자극을 위한 전기 자극 신호로 변환시켜주는 장치이다. 그리고 미소 전극 어레이는 생체 내에 이식되어 망막 세포와 접촉하고 있어, 신호 발생 장치로부터 생성된 전기 자극 신호가 망막 세포에 전달되어 망막 세포를 자극하게 된다. 미소 전극 어레이는 단순한 평면상인 2차원(2D) 구조 또는 망막 조직에 깊이 박힐 수 있는 뾰족한 3차원(3D) 형상을 가질 수도 있다.
도 1은 종래의 인공 망막 시스템의 일 예를 도시한다. 도 1은 이미지 센서 비 내장형 인공 망막 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 상기 인공 망막 시스템은, 인체에 착용하거나 휴대하는 형태의 영상 정보 획득 장치(101)를 이용하여 영상 정보를 취득한다. 영상 정보 획득 장치(101)에서 취득된 영상 정보는 신호 처리기(102)로 전달되며, 신호 처리기(102)는 영상 정보를 망막 세포 자극을 위한 전기 자극 신호로 변환한다. 무선 임플란트(103)는 신호 처리기(102)로부터 신호를 수신하며, 수신된 신호를 망막 세포에 접촉하고 있는 미소 전극 어레이에 전달하여 망막 세포가 자극되도록 한다.
상기 인공 망막 시스템에서는 영상 정보 획득 장치(101)로서 보통 카메라와 같은 장치를 인체 외부의 한 곳에 착용하게 되는데, 인체 착용 및 휴대에 따른 번거로움이 있고 인간의 자유로운 활동에 많은 제약을 주는 등 많은 문제점이 존재한다. 그리고 무엇보다도 외부 카메라의 영상 정보를 안구에 이식된 미소 전극 어레이에 전달하기 위해서는 미소 전극 어레이 각각에 신호선을 연결해야 하는데, 미소 전극 어레이의 해상도가 증가함에 따라 미소 전극 어레이에 연결해야 하는 전극의 수가 기하급수적으로 늘어나기 때문에 배선 공정이 매우 어려워지고, 결국 전극을 고밀도화하여 이미지 해상도를 높이는데 한계를 가지게 된다.
한편, 이미지 해상도 문제와는 별개로 영상 정보를 획득하는 방법에 있어서, 정상인의 경우에는 안구 운동, 예컨대 안구 회전을 통해 자연스럽게 원하는 영상 정보를 획득할 수 있다. 그러나, 도 1에 도시된 종래의 인공 망막 시스템에서는 안구 운동이 아닌 머리 또는 인체의 일부를 움직여 영상정보를 획득하여야 하기 때문에, 빠른 영상 정보 획득이 어렵고, 안구 운동에 대한 의존성이 없어져 결구 안구 근육의 퇴화를 가져오게 된다. 이러한 현상은 시각 장애인들에게서 흔히 볼 수 있듯이 안구가 돌아가는 현상으로서 안구진탕이라고 불리운다.
도 2는 종래의 인공 망막 시스템의 또 다른 예를 도시한다. 도 2는 이미지 센서 내장형 인공 망막 시스템을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 상기 인공 망막 시스템은 이미지 센서(201), 전원 및 신호를 공급하기 위한 전원부(202), 및 이미지 센서(201)와 전원부(202)를 전기적으로 연결하기 위한 체내 케이블(203)과 체외 케이블(204) 및 플러그(205) 등을 포함할 수 있다. 상기 인공 망막 시스템은, 시스템 내에 영상 획득을 위한 이미지 센서(201)가 내장되어 있어 외부의 카메라를 사용하지 않고 자체적으로 영상 정보 획득 및 망막 자극이 이루어진다.
상기 인공 망막 시스템에서는 영상 정보 획득을 위한 이미지 센서(201)가 안구에 이식되기 때문에, 머리를 회전시킬 필요 없이 안구의 운동만으로 영상 정보의 획득이 가능하다. 따라서, 정상적인 안구 운동을 보장하여 안구진탕과 같은 증상을 없애고 자연스러운 안구 운동을 유지할 수 있게 된다. 그러나, 상기 망막 자극 시스템은 상보형 금속 산화막 반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor; CMOS) 공정에 의존하여 제작되므로, 평면 형태의 2차원의 미소 전극 어레이 제작은 가능하지만 3차원 형상을 가진 미소 전극 어레이의 제작은 어렵다. 또한, 상기 망막 자극 시스템은 실리콘 기판과 같이 딱딱한 기판상에 구현되기 때문에, 유연하지 않아 안구에 밀착시켜 고정하기 어렵다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 유연한 기판상에 나노와이어(nanowire) 광 검출기 및 하나 이상의 미소 전극을 함께 집적함으로써, 영상 정보 획득 및 망막 자극이 동시에 이루어질 수 있으며 고해상도를 구현할 수 있는 인공 망막 시스템 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 인공 망막 시스템은, 인공 망막 시스템은, 유연한 기판; 기판상에 위치하며, 인가된 빛에 따라 저항이 변화하는 하나 이상의 나노와이어를 포함하는 나노와이어 광 검출기; 기판상에 위치하며, 나노와이어 광 검출기와 전기적으로 연결되고, 망막 세포와 접촉하는 하나 이상의 미소 전극; 및 나노와이어 광 검출기 및 미소 전극에 전력을 인가하는 전력 공급원을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 나노와이어 광 검출기는, 전력 공급원에 의해 인가된 전력을 인가된 빛에 따라 변조하여 하나 이상의 미소 전극에 전달할 수 있다. 또한, 하나 이상의 미소 전극은, 나노와이어 광 검출기로부터 전달된 변조된 전력을 망막 세포에 인가함으로써 망막 세포를 자극할 수 있다.
일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 제조 방법은, 제1 기판상에, 인가된 빛에 따라 저항이 변화하는 하나 이상의 나노와이어를 형성하는 단계; 제2 기판상에 하나 이상의 미소 전극을 형성하는 단계; 제1 기판 및 제2 기판을 서로 접합하는 단계; 제1 기판 및 하나 이상의 나노와이어를 이용하여 나노와이어 광 검출기를 형성하는 단계; 나노와이어 광 검출기 및 하나 이상의 미소 전극을 전기적으로 연결하는 단계; 나노와이어 광 검출기 및 하나 이상의 미소 전극상에 유연한 물질로 이루어지는 지지층을 형성하는 단계; 및 제2 기판을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 나노와이어를 형성하는 단계는, 제1 기판을 부분적으로 식각하여 함몰 영역을 형성하는 단계; 함몰 영역을 포함하는 제1 기판상에 제1 산화막을 형성하는 단계; 함몰 영역의 바닥면상에 위치하는 제1 산화막을 제거하는 단계; 제1 산화막을 식각 마스크로 이용하여 제1 기판을 식각함으로써, 제1 폭을 갖는 제1 부분 및 제1 폭 보다 작은 제2 폭을 가지며 제1 부분을 지지하는 제2 부분을 포함하는 하나 이상의 컬럼 구조물을 형성하는 단계; 제1 산화막을 제거하는 단계; 및 컬럼 구조물을 포함하는 제1 기판상에 제2 산화막을 형성하되, 제1 부분은 제2 산화막 형성시 산화되지 않고 제2 산화막에 의해 둘러싸여 나노와이어에 대응되는 영역을 포함하도록 제2 산화막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 기판은 서로 접합된 제3 기판 및 제4 기판을 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 미소 전극을 형성하는 단계는, 제3 기판을 부분적으로 식각하여 하나 이상의 함몰 영역을 형성하는 단계; 하나 이상의 함몰 영역을 포함하는 제3 기판상에 도금 기저막을 형성하는 단계; 도금 기저막을 포함하는 제3 기판상에 제4 기판을 접합하는 단계로서, 제4 기판은 하나 이상의 홀을 포함하며, 각 함몰 영역과 각 홀이 정렬되도록 제4 기판을 접합하는 단계; 및 각 함몰 영역 및 각 홀 내에 도전 물질을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 나노와이어(nanowire) 광 검출기를 하나 이상의 미소 전극이 형성된 기판상에 함께 제작함으로써, 매우 얇고 유연한 기판 형태의 인공 망막 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 하나의 화소(pixel) 내에 나노와이어 광 검출기 및 미소 전극 등을 모두 제작할 수 있기 때문에 전극의 고밀도화를 통한 고해상도 인공 망막 시스템의 제작이 용이하다.
또한, 광 검출기에 나노와이어를 이용할 수 있으므로, 상보형 금속 산화막 반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor; CMOS) 공정과 같은 매우 복잡한 공정을 이용하지 않고 매우 간단한 방법으로 광 검출기의 제작이 가능하다. 또한, 나노와이어 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET)를 이용하여 신호 증폭 회로도 같이 구성할 수도 있다.
나아가, 상기 인공 망막 시스템은 유연한 기판 형태로 제작되기 때문에 안구에 이식할 경우 안구 곡률에 맞추어 밀착된 형태로 이식이 가능하다. 또한, 미소 전극을 어레이 형태로 구성할 수 있으며, 각 미소 전극을 3차원 미소 전극으로 구성할 수 있다. 그 결과, 2차원 전극에 비해 미소 전극과 망막 조직 간의 접촉을 좀 더 견고하게 할 수 있고, 접촉 면적이 크게 늘어나기 때문에 미소 전극과 망막 세포와의 접촉 저항을 낮출 수 있어 자극 신호 전달에 있어 매우 유리하다.
도 1은 종래의 이미지 센서(image sensor) 비 내장형 인공 망막 시스템의 일 예를 도시한다.
도 2는 종래의 이미지 센서 내장형 인공 망막 시스템의 일 예를 도시한다.
도 3a는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 구성도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 인공 망막 시스템의 한 화소(pixel)에 대한 나노와이어 광 검출기 및 미소 전극 어레이의 평면도이다.
도 3c는 도 3b에 도시된 단위 화소를 이용하여 N × N 매트릭스(matrix) 형태의 화소 어레이를 구성한 개념도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템에서 단위 화소의 등가 회로를 나타내는 회로도이다.
도 5a 내지 5e는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템에서 전원, 광 입력 및 망막 자극 신호의 파형을 나타내는 그래프들이다.
도 6은 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7a 내지 7j는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 제조 방법에 있어서 나노와이어 기판의 제조 단계를 나타내는 도면들이다.
도 8a 내지 8i는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 제조 방법에 있어서 미소 전극 기판의 제조 단계를 나타내는 도면들이다.
도 9a 내지 9p는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 제조 방법에 있어서 나노와이어 기판과 미소 전극 기판의 접합(bonding) 및 후속 공정을 통해 인공 망막 시스템의 제조를 완료하는 단계를 나타내는 도면들이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 단면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따라 나노와이어 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET)를 더 포함하는 인공 망막 시스템의 개념도이다.
도 2는 종래의 이미지 센서 내장형 인공 망막 시스템의 일 예를 도시한다.
도 3a는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 구성도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 인공 망막 시스템의 한 화소(pixel)에 대한 나노와이어 광 검출기 및 미소 전극 어레이의 평면도이다.
도 3c는 도 3b에 도시된 단위 화소를 이용하여 N × N 매트릭스(matrix) 형태의 화소 어레이를 구성한 개념도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템에서 단위 화소의 등가 회로를 나타내는 회로도이다.
도 5a 내지 5e는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템에서 전원, 광 입력 및 망막 자극 신호의 파형을 나타내는 그래프들이다.
도 6은 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7a 내지 7j는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 제조 방법에 있어서 나노와이어 기판의 제조 단계를 나타내는 도면들이다.
도 8a 내지 8i는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 제조 방법에 있어서 미소 전극 기판의 제조 단계를 나타내는 도면들이다.
도 9a 내지 9p는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 제조 방법에 있어서 나노와이어 기판과 미소 전극 기판의 접합(bonding) 및 후속 공정을 통해 인공 망막 시스템의 제조를 완료하는 단계를 나타내는 도면들이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 단면도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따라 나노와이어 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET)를 더 포함하는 인공 망막 시스템의 개념도이다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
도 3a는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 구성도이다. 본 명세서에서 기술하는 실시예들에 따른 인공 망막 시스템은 광 검출기 내장형 인공 망막 시스템에 해당된다.
도 3a를 참조하면, 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템은 기판(300), 나노와이어(nanowire) 광 검출기(301), 미소 전극 어레이(micro electrode array)(302) 및 전력 공급원(303)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 나노와이어 광 검출기(301)와 미소 전극 어레이(302)는 일체화된 형태로 기판(300)상에 집적화되어 제작될 수 있다. 또한, 기판(300), 나노와이어 광 검출기(301) 및 미소 전극 어레이(302)는 생체 내에 이식될 수 있으며, 예를 들어 안구 내에 이식될 수 있다. 한편, 전력 공급원(303)은 생체의 안구 내에 이식되지 않고 이와 이격된 위치에 위치할 수 있다. 또는, 전력 공급원(303)은 생체 내에 이식되지 않고 생체 외부에 위치할 수도 있다.
기판(300)은 유연한 물질로 이루어질 수 있다. 그 결과, 기판(300) 및 기판(300)에 형성된 나노와이어 광 검출기(301) 및 미소 전극 어레이(302)를 안구에 이식할 경우 안구 곡률에 맞추어 밀착된 형태로 이식이 가능하다. 또한 기판(300)은 사진 식각 공정에 의해 패터닝(patterning)이 가능하고, 고온의 열처리 후에는 장기간 수분에 노출되어도 수분의 흡수가 적어 전극 및 배선 간의 누설 전류가 적은 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 기판(300)은 폴리머(polymer) 또는 폴리이미드(polyimide)로 이루어지는 단일층 또는 다중층의 구성을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
나노와이어 광 검출기(301)는 영상 정보를 획득하기 위한 부분에 해당한다. 나노와이어 광 검출기(301)는 빛에 따라 저항이 변화하는 하나 이상의 나노와이어를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 각 나노와이어는 실리콘 나노와이어일 수도 있다. 나노와이어 광 검출기(301)는 미소 전극 어레이(302) 및 전력 공급원(303)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전력 공급원(303)으로부터의 전력 신호를 나노와이어 광 검출기(301)가 인가된 빛에 따라 변조하게 된다.
미소 전극 어레이(302)는 나노와이어 광 검출기(301)로부터 전달된 변조된 전력 신호에 따라 망막 세포를 자극하기 위한 부분이다. 미소 전극 어레이(302)는 적어도 부분적으로 망막 세포와 접촉하여 위치할 수 있다. 미소 전극 어레이(302)는 어레이 형태로 배열된 복수 개의 미소 전극을 포함할 수 있으나, 이는 예시적인 것으로서, 다른 실시예에서 인공 망막 시스템은 규칙적 또는 불규칙적으로 배열된 하나 이상의 미소 전극을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 미소 전극은 3차원 전극일 수 있다. 즉, 각각의 미소 전극은 기판(300)의 표면으로부터 수직 방향으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 그 결과, 망막 세포와 미소 전극 간의 접촉 면적이 늘어나기 때문에 미소 전극과 망막 세포와의 접촉 저항을 낮출 수 있다.
전력 공급원(303)은, 나노와이어 광 검출기(301) 및 미소 전극 어레이(302)에 망막 세포의 자극을 위한 전력을 공급하는 부분이다. 또한, 망막 자극을 위한 신호 파형이 전력 공급원(303)에서 생성될 수 있다. 일 실시예에서, 전력 공급원(303)은 나노와이어 광 검출기(301) 및 미소 전극 어레이(302)와 별도의 독립적인 소자 형태로 제조될 수 있다. 예를 들어, 전력 공급원(303)은 상보형 금속 산화막 반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor; CMOS) 공정 등을 이용하여 의하여 칩(chip) 형태로 제조될 수 있다. 예컨대, 전력 공급원(303)은 망막 자극을 위한 신호 생성, 논리 연산 등의 기능을 수행하는 주문형 집적회로(Application-Specific Integrated Circuit; ASIC) 칩을 포함할 수도 있다. 또한, 전력 공급원(303)은 배터리(battery)를 포함할 수도 있다.
도 3b는 도 3a에 도시된 인공 망막 시스템의 한 화소(pixel)에 대한 나노와이어 광 검출기(301) 및 미소 전극 어레이(302)의 평면도를 나타내며, 도 3c는 도 3b에 도시된 단위 화소의 구조를 이용하여 N × N 매트릭스(matrix) 형태의 화소 어레이를 구성한 개념도를 나타낸다. 도시되는 것과 같이, 각 단위 화소(304) 내에 나노와이어 광 검출기(301) 및 미소 전극 어레이(302)를 구비하며, 이상과 같은 단위 화소(304)를 매트릭스 구조로 반복 배치함으로써 고해상도의 인공 망막 시스템을 구현할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템에서 단위 화소의 나노와이어 광 검출기 및 미소 전극 어레이의 등가 회로를 나타내는 회로도이다.
도 4를 참조하면, 나노와이어 광 검출기는 빛이 조사되지 않은 상태에서는 일정한 저항값을 가지지만, 광이 조사되면 나노와이어 내에 전자-정공 쌍이 생성되며, 이 중 증가된 다수 캐리어(carrier)[예컨대, p-형(p-type) 실리콘의 경우 정공]로 인해 나노와이어의 전기 저항이 낮아진다. 따라서, 나노와이어 광 검출기는 빛의 세기에 따라 저항이 변화하는 일종의 가변 저항(Rnw)으로 표현할 수 있다. 한편, 미소 전극 어레이는 특성 임피던스(impedance)(Zc)로 표현할 수 있으며, 특성 임피던스(Zc)의 값은 미소 전극 어레이와 망막 세포 조직간의 접촉 임피던스 및 망막 조직 자체의 고유 임피던스 등에 기초하여 결정될 수 있다. 이상의 등가 회로에서, 미소 전극 어레이를 통해 흐르는 전류(I)의 크기는 특성 임피던스(Zc)의 크기에 반비례하여 결정된다.
나노와이어 광 검출기에 대응되는 가변 저항(Rnw)의 크기는, 미소 전극 어레이 및 망막 세포 조직의 특성 임피던스(Zc)의 크기와 비교하여 상대적으로 매우 크다고 가정할 수 있다. 이때, 전력 공급원(VDD)에서는 망막 세포를 자극하기 위한 자극 신호 파형이 생성되며, 나노와이어 광 검출기는 전력 공급원으로부터 생성된 신호를 외부 빛의 세기에 따라 변조하는 기능을 한다. 또한, 미소 전극 어레이는 나노와이어 광 검출기에 의해 변조된 신호를 전달받고 이를 망막 세포에 전달함으로써 망막을 자극하는 기능을 한다.
도 5a 내지 5e는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템에서 전원 파형, 광 입력 및 망막 자극 신호의 파형을 나타내는 그래프들이다.
도 5a는 전력 공급원에 의하여 생성되는 전원 파형을 나타낸다. 도시되는 바와 같이, 전력 공급원은 소정의 크기 및 주파수를 갖는 펄스 형태의 신호를 인가할 수 있다. 상기 펄스 신호는 망막 세포를 효과적으로 자극할 수 있도록 최적화된 신호일 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것으로서, 전력 공급원에 의해 인가되는 신호의 형태는 반드시 펄스 형태의 신호에 한정되는 것은 아니다.
도 5b는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템에 인가될 수 있는 광 입력의 형태로서 정현파 형태의 광 입력을 나타낸다. 또한 도 5c는, 도 5a에 도시된 것과 같은 전원 파형 및 5b에 도시된 것과 광 입력이 인가될 경우 미소 전극 어레이에 흐르는 전류 파형을 나타낸다. 나노와이어 광 검출기의 저항이 광의 세기에 따라 변화한 결과, 도 5c에 도시된 것과 같은 형태의 전류가 미소 전극 어레이에 흐르게 된다.
도 5d는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템에 인가될 수 있는 광 입력의 또 다른 형태로서 무작위한 형태의 광 입력을 나타낸다. 또한 도 5e는, 도 5a에 도시된 것과 같은 전원 파형 및 5d에 도시된 것과 광 입력이 인가될 경우 미소 전극 어레이에 흐르는 전류 파형을 나타낸다.
이하에서는, 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 제조 방법을 설명한다.
도 6은 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 인공 망막 시스템의 제조 방법은, 나노와이어 기판을 형성하는 단계(S601) 및 미소 전극 기판을 형성하는 단계(S602)를 포함할 수 있다. 나노와이어 기판상에는 하나 이상의 나노와이어가 형성되어 있을 수 있다. 또한, 미소 전극 기판상에는 하나 이상의 미소 전극, 예컨대 미소 전극 어레이가 형성되어 있을 수 있다. 또한, 인공 망막 시스템의 제조 방법은 나노와이어 기판 및 미소 전극 기판을 서로 접합(bonding)하는 단계(S603)를 포함할 수 있다.
나아가, 인공 망막 시스템의 제조 방법은 접합된 두 기판을 이용하여 망막 자극 시스템을 형성하는 단계(S604)를 포함할 수 있다. 상기 단계(S604)는, 접합된 기판을 이용하여 실리콘 식각, 금속 전극 형성, 폴리머(polymer) 기판 형성 등의 공정을 통해 나노와이어 광 검출기 및 전극 배선을 형성하는 과정을 포함할 수 있다. 또한, 상기 단계(S604)는 별도의 칩 형태로 제작된 전력 공급원을 기판상에 실장하는 과정을 포함할 수도 있다. 도 6에 도시된 각 단계에 대해 이하에서 상세히 설명한다.
도 7a 내지 도 7j는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 제조 방법에 있어서 나노와이어 기판의 제조 단계를 나타내는 도면들이다.
도 7a를 참조하면, 기판(700)을 준비하고 기판(700)상에 산화막(701)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 기판(700)은 실리콘으로 이루어질 수 있으며, 산화막(701)은 실리콘 산화물(SiO2)로 이루어질 수 있다. 이때, 기판(700)은 상부면의 결정 방향이 (111)인 실리콘 기판을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7b를 참조하면, 형성된 산화막(701)을 소정의 형상으로 패터닝할 수 있다. 산화막(701)의 패터닝은 사진 식각 공정, 건식 식각 공정 또는 다른 적절한 공정에 의하여 수행될 수 있다.
도 7c를 참조하면, 패터닝된 산화막(701)을 식각 마스크로 이용하여 기판(700)을 소정의 깊이로 식각할 수 있다. 그 결과, 기판(700)이 표면에서 산화막(701)에 의해 덮이지 않고 노출된 영역이 식각되어 함몰 영역이 형성될 수 있다. 기판(700)은 건식 식각될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7d를 참조하면, 기판(700)이 식각된 후 기판(700)의 표면에 다시 산화막(702)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 산화막(702)은 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)에 의하여 소정의 두께로 증착될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7e를 참조하면, 기판(700)의 표면에서 식각된 함몰 영역의 바닥면(703)에 위치하는 산화막(702)을 제거할 수 있다. 예를 들어, 산화막(702)은 건식 식각에 의하여 제거될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이상과 같이 산화막(702)을 선택적으로 제거한 결과, 산화막(702)은 기판(700)의 함몰 영역의 수직면(704) 및 식각되지 않은 기판(700)의 상부면(705)상에만 남게 될 수 있다.
도 7f를 참조하면, 다음으로 기판(700)의 함몰 영역의 수직면 및 기판(700)의 상부면에 위치하는 산화막(702)을 식각 마스크로 이용하여, 기판(700)을 추가적으로 식각할 수 있다. 예를 들어, 기판(700)은 건식 식각될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7g를 참조하면, 전술한 식각 공정에 의해 드러난 기판(700) 부분을 추가적으로 습식 식각하여, 제1 부분(706) 및 상기 제1 부분(706)을 지탱하는 제2 부분(707)으로 이루어지는 칼럼 구조물(708)을 형성할 수 있다. 칼럼 구조물(708)에서 제1 부분(706)은 상대적으로 큰 폭을 갖는 부분일 수 있으며, 제2 부분(707)은 상대적으로 작은 폭을 갖는 부분으로서 상기 제1 부분(706)을 지지하는 부분일 수 있다. 습식 식각의 결과, 제2 부분(707)은 기판(700)의 표면에 대해 비스듬한 방향으로 연장될 수 있다. 컬럼 구조물(708)의 형성 과정에서 기판(700)은 테트라메틸암모늄하이드록사이드(Tetra-methyl-ammonium-hydroxide; TMAH) 용액, 수산화 칼륨(KOH) 용액 또는 다른 적당한 물질을 이용하여 습식 식각될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7h를 참조하면, 형성된 칼럼 구조물(708)의 상부 표면 및 측면을 부분적으로 덮고 있는 산화막을 제거할 수 있다. 예를 들어, 산화막은 불산(HF) 용액을 이용하여 제거될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7i를 참조하면, 습식 산화막 형성 공정을 통해 기판(700) 전면에 산화막(709)을 형성할 수 있다. 이때, 산화막(709)의 두께는 칼럼 구조물(708)에서 상대적으로 큰 폭을 갖는 제1 부분(706)이 부분적으로 산화막(709)으로 덮이지 않고 노출된 영역(710)을 포함하도록 적절하게 결정될 수 있다. 상기 노출된 영역(710)이 다른 소자 등에 전기적으로 연결됨으로써, 칼럼 구조물이 나노와이어의 기능을 할 수 있다.
도 7j는 도 7i에 도시된 단면도에서 하나의 칼럼 구조물(708)을 나타내는 사시도이다. 도 7i 및 7j를 참조하면, 칼럼 구조물(708)은 일 방향으로 연장되는 형상을 가지며, 도 7i는 칼럼 구조물(708)의 길이 방향에 수직한 방향의 단면을 나타낸 것이다. 한편, 칼럼 구조물(708)은 산화막(709)에 의해 덮이지 않고 노출된 부분(710)을 포함한다. 상기 노출된 부분(710)이 외부와 전기적으로 연결되면 칼럼 구조물(708)을 통과하여 전류가 흐를 수 있어, 칼럼 구조물(708)이 전체적으로 나노와이어의 기능을 하게 된다.
이상에서 설명한 과정에 의하여, 하나 이상의 나노와이어를 포함하는 칼럼 구조물(708)이 제작될 수 있다. 이상과 같이 제작되는 나노와이어의 굵기는 도 7a 내지 7i를 참조하여 전술한 건식 식각 및 습식 식각 과정을 통해 제작된 컬럼 구조물(708)의 폭 및 습식 산화막 형성 공정에서 형성되어 나노와이어를 둘러싸고 있는 산화막(709)의 두께 등에 적어도 부분적으로 기초하여 결정될 수 있다.
도 8a 내지 8i는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 제조 방법에 있어서 미소 전극 기판의 제조 단계를 나타내는 도면들이다.
도 8a를 참조하면, 기판(800)을 준비하고 기판(800)상에 산화막(801)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 기판(800)은 실리콘으로 이루어질 수 있으며 산화막(801)은 실리콘 산화물(SiO2)로 이루어질 수 있다. 기판(800)으로는 상부면의 결정 방향이 (100)인 실리콘 기판을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8b를 참조하면, 산화막(801)을 소정의 형상으로 패터닝하여, 기판(800)상에 부분적으로 산화막(801)에 의해 덮이지 않고 노출된 영역을 형성할 수 있다. 산화막(801)의 패터닝은 사진 식각 공정, 건식 식각 공정 또는 다른 적절한 공정에 의하여 수행될 수 있다.
도 8c를 참조하면, 패터닝된 산화막(801)을 식각 마스크로 이용하여 기판(800)을 식각할 수 있다. 예를 들어, 기판(800)은 TMAH 용액 또는 수산화 칼륨 용액 등을 이용하여 습식 식각될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 기판(800)을 식각한 결과, 기판(800)에 하나 이상의 함몰 영역(802)이 형성될 수 있다. 일 예로, 각 함몰 영역(802)은 오목한 사각뿔 형상으로 형성될 수도 있다.
도 8d를 참조하면, 기판(800)을 식각하여 이상과 같이 함몰 영역(802)을 형성한 후, 산화막(801)을 제거할 수 있다.
도 8e를 참조하면, 기판(800)상에 전주도금 공정을 위한 도금 기저막(plating base)(803)을 형성할 수 있다. 도금 기저막(803)은 티타늄(Ti), 금(Au) 또는 다른 적당한 도전 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 도금 기저막(803)은 단일층 또는 복수 개의 상이한 물질로 이루어진 다중층 구조를 가질 수도 있다.
도 8f를 참조하면, 도금 기저막(803)이 코팅된 기판(800)상에 접착 물질(804)을 도포할 수 있다. 예를 들어, 접착 물질(804)은 벤조사이클로부텐인(benzocyclobutene; BCB) 또는 다른 적당한 물질일 수 있다. 다음으로, 접착면을 제외한 나머지 부분의 접착 물질(804)을 제거할 수 있다. 즉, 함몰 영역(802)을 제외한 기판(800)의 상부면에만 접착 물질(804)이 남아있도록 할 수 있다.
도 8g를 참조하면, 접착 물질(804)이 형성된 기판(800)상에, 또 다른 기판(810)을 접착시킬 수 있다. 접착되는 기판(810)에는 하나 이상의 홀(811)이 형성되어 있을 수 있다. 상기 하나 이상의 홀(811)은 기판(810)을 완전히 관통하도록 형성될 수 있으며, 각각의 홀(811)은 기판(800)의 함몰 영역과 정렬될 수 있다.
도 8h를 참조하면, 두 기판(800, 810)을 접합한 후 홀(811) 내에 도전 물질(805)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도전 물질(805)은 금속으로 이루어질 수도 있다. 도전 물질(805)은 전주도금 공정을 통하여 홀(811) 내에 채워질 수 있다. 도전 물질(805)은 기판(800)에 형성된 함몰 영역 내에도 채워질 수 있으며, 함몰 영역의 형상에 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전 물질(805)의 끝 부분은 함몰 영역의 형상에 따라 사각뿔 형상일 수도 있다.
도 8i를 참조하면, 도전 물질(805)에 의하여 홀(811) 내를 완전히 채울 수 있다. 이상과 같이 형성된 도전 물질(805)은 최종적으로 제조된 인공 망막 시스템에서 하나 이상의 미소 전극에 해당된다. 일 실시예에서는, 도전 물질(805)이 홀(811) 내에 완전히 채워진 후 기판(810)의 상부 표면을 연마하는 과정을 더 수행할 수도 있다.
도 9a 내지 9p는 일 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 제조 방법에 있어서, 나노와이어 기판과 미소 전극 기판을 접합한 후 후속 공정을 통하여 인공 망막 시스템의 제조를 완성하는 과정을 나타내는 도면들이다.
도 9a를 참조하면, 나노와이어 기판(900)을 준비할 수 있다. 나노와이어 기판(900)에는 하나 이상의 나노와이어(901)가 형성되어 있을 수 있다. 일 실시예에서, 상기 나노와이어 기판(900)은 도 7a 내지 7j를 참조하여 전술한 과정에 의하여 제조된 것일 수 있다. 즉, 하나 이상의 나노와이어(901)는 도 7i 및 7j를 참조하여 전술한 것과 같이 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 컬럼 구조물에서 산화막(901')에 의하여 둘러싸여 있는 부분일 수 있다. 컬럼 구조물의 구체적인 형상은 전술한 실시예로부터 용이하게 이해될 수 있으므로 자세한 설명을 생략한다.
도 9a 내지 9p에서 도면번호 901로 지시되는 부분은 하나 이상의 나노와이어에 대응되는 부분을 표시하기 위한 것으로서, 도면에 도시된 하나 이상의 나노와이어(901)가 나노와이어의 실제 형상, 두께 및 개수 등을 나타내는 것이 아니라는 점은 당업자에게 용이하게 이해될 것이다. 하나 이상의 나노와이어(901)를 포함하는 나노와이어 기판(900)이 준비되면, 다음으로, 나노와이어 기판(900)상에 산화막(902)을 형성할 수 있다.
도 9b를 참조하면, 나노와이어 기판(900) 상부면의 산화막(902)을 부분적으로 제거할 수 있다. 예를 들어, 산화막(902)은 사진 식각 공정 등에 의하여 제거될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그 결과, 산화막(902)은 하나 이상의 나노와이어(901)가 형성된 영역상에만 남게될 수 있다.
도 9c를 참조하면, 나노와이어 기판(900)의 상부에 접착 물질(903)을 형성할 수 있다. 또한, 접착 물질(903)을 소정의 형상으로 패터닝하여 접착 물질(903)에 하나 이상의 홀(931)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 접착 물질(903)은 사진 식각 공정에 의해 패터닝이 가능한 BCB 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9d를 참조하면, 나노와이어 기판(900)상에 미소 전극 기판(920)을 정렬할 수 있다. 일 실시예에서, 미소 전극 기판(920)은 도 8a 내지 8i를 참조하여 전술한 과정에 의하여 제조된 것일 수 있다. 미소 전극 기판(920)은 하나 이상의 미소 전극(921)을 포함하며, 나노와이어 기판(900)에서 접착 물질(903)이 형성된 표면과 대향하도록 위치할 수 있다. 하나 이상의 미소 전극(921)은 각각 접착 물질(903)에 형성된 홀(931)과 정렬될 수 있다.
도 9e를 참조하면, 열 및/또는 압력을 가함으로써 나노와이어 기판(900) 및 미소 전극 기판(920)을 접합할 수 있다.
도 9f를 참조하면, 나노와이어 기판(900)과 미소 전극 기판(920)이 접합된 후 나노와이어 기판(900)을 소정의 두께로 시닝(thinning)하여 연마할 수 있다.
도 9g를 참조하면, 소정의 두께로 연마된 나노와이어 기판(900) 및 나노와이어(901)를 이용하여 나노와이어 광 검출기(904)를 형성할 수 있다. 나노와이어 광 검출기(904)는, 나노와이어 기판(900)에 형성되어 있는 하나 이상의 나노와이어(901)에 더하여, 사진 식각 공정 및 건식 식각 공정 등을 통해 전극 및 배선 등을 형성함으로써 형성될 수 있다.
도 9h를 참조하면, 나노와이어 광 검출기(904)를 형성한 후, 접합된 나노와이어 기판(900) 및 미소 전극 기판(920)상에 전주 도금을 위한 도금 기저막(905)을 형성할 수 있다.
도 9i를 참조하면, 도금 기저막(905)이 코팅된 나노와이어 기판(900) 및 미소 전극 기판(920)상에 감광막(906)을 코팅할 수 있다. 다음으로, 감광막(906)을 패터닝하여 부분적으로 제거할 수 있다. 그 결과, 나노와이어 광 검출기(904)의 일 부분 및 하나 이상의 미소 전극(921)상에 위치하는 도금 기저막(905)이 감광막(906)에 의해 덮이지 않고 드러나도록 할 수 있다.
도 9j를 참조하면, 감광막(906)에 의해 덮이지 않고 노출된 도금 기저막(905)상에 전극 형성을 위한 도전 물질(907)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도전 물질(907)은 금속으로 이루어질 수도 있다. 나노와이어 광 검출기(904)의 나노와이어(901)는 도전 물질(907)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 나노와이어 광 검출기(904) 및 각각의 미소 전극(921)상에 도전 물질(907)이 형성됨으로써, 나노와이어 광 검출기(904)와 하나 이상의 미소 전극(921)이 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 도전 물질(907)은 나노와이어 광 검출기(904)와 하나 이상의 미소 전극(921) 사이의 전기 배선의 기능을 할 수 있다.
도 9k를 참조하면, 감광막(906)을 제거할 수 있다. 그 결과 감광막(906) 아래에 위치하는 도금 기저막(905)이 부분적으로 노출될 수 있다.
도 9l을 참조하면, 노출된 도금 기저막(905) 부분을 제거할 수 있다. 한편, 도금 기저막(905)의 다른 일 부분은 도전 물질(907)에 의하여 덮여 있으므로 제거되지 않을 수 있다.
도 9m을 참조하면, 도금 기저막(905)의 노출된 부분이 제거된 후, 접합된 나노와이어 기판(900) 및 미세 전극 기판(920)상에 제1 지지층(908)을 형성할 수 있다. 제1 지지층(908)은 추후 나노와이어 광 검출기(904) 및 미소 전극(921)을 지지하는 기판의 기능을 하는 부분으로서, 유연한 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 지지층은 폴리머 또는 폴리이미드 등과 같이 생체 적합성이 있는 물질로 이루어질 수 있다. 다음으로, 제1 지지층(908)을 사진 식각 공정 등을 통해 패터닝하여, 나노와이어 광 검출기(904)에서 도전 물질(907)에 의하여 덮이지 않은 부분이 드러나도록 할 수 있다.
도 9n을 참조하면, 나노와이어 광 검출기(904)의 노출된 부분상에 도전 물질(909)을 형성할 수 있다. 도전 물질(909)은, 나노와이어 광 검출기(904)에서 나노와이어(901)의 위치를 기준으로, 나노와이어(910)가 도전 물질(907)과 전기적으로 연결된 단부의 반대편 단부에 위치하여 나노와이어(901)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 나노와이어(901)가 각각의 도전 물질(907, 909) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 도전 물질(907) 및 도전 물질(909)은 서로 동일한 물질 또는 서로 상이한 물질로 이루어질 수 있다. 도전 물질(909)은 외부 장치, 예컨대 전력 공급원으로부터 나노와이어 광 검출기(904)에 신호를 전달하기 위한 신호선의 역할을 할 수 있다.
도 9o를 참조하면, 도전 물질(909)의 형성이 완료된 후, 나노와이어 기판(900) 및 미소 전극 기판(920)상에 제2 지지층(910)을 형성할 수 있다. 제2 지지층(910)은 전술한 제1 지지층(908)과 함께 나노와이어 광 검출기(904) 및 미소 전극(921)을 지지하는 유연한 기판의 역할을 하는 부분이다. 또한, 각각의 지지층(908, 910)은 전기 배선의 기능을 하는 도전 물질(907, 909)을 보호하는 역할을 할 수도 있다. 제2 지지층(910)은 제1 지지층(908)과 동일한 물질 또는 상이한 물질로 이루어질 수 있다.
도 9p를 참조하면, 하나 이상의 미소 전극(921)을 남겨둔 채로 미소 전극 기판을 제거할 수 있다. 그 결과, 나노와이어 광 검출기(904) 및 하나 이상의 미소 전극(921)은, 폴리머 또는 폴리이미드 등 유연한 물질로 이루어지며 기판의 역할을 하는 제1 및 제2 지지층(908, 910)상에 위치하게 된다. 즉, 나노와이어 광 검출기(904) 및 하나 이상의 미소 전극(921)이 유연한 기판상에 집적되어 제조될 수 있다.
이상에서 설명한 통해 나노와이어 광 검출기(904) 및 하나 이상의 미소 전극(921)이 일체화되어 제작된 유연한 기판(908, 910) 위에 CMOS 공정에 의해 별도로 제작된 전력 공급원(미도시)을 위치시키고, 와이어 본딩 및 기타 패키징 공정 등을 통해 전력 공급원을 나노와이어 광 검출기(904) 및 미소 전극(921)과 전기적으로 결합할 수 있다. 또한, 결합된 소자들은 인체친화형 에폭시(epoxy) 등을 이용하여 밀봉 처리될 수도 있다.
도 10은 다른 실시예에 따른 인공 망막 시스템을 도시한 단면도이다. 도 10에 도시된 실시예의 설명에 있어서, 전술한 실시예로부터 당업자에게 용이하게 이해될 수 있는 부분에 대해서는 설명을 생략하고 전술한 실시예와의 차이점에 대하여 설명하기로 한다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 인공 망막 시스템은 나노와이어 광 검출기(904) 및 하나 이상의 미소 전극(921)을 덮고 있는 제1 및 제2 지지층(908, 910)이 홀(911)을 포함한다. 홀(911)은 제1 및 제2 지지층(908, 910)을 완전히 관통하여 형성되며, 나노와이어 광 검출기(904)의 나노와이어(901)와 정렬될 수 있다. 그 결과, 나노와이어(901)가 제1 및 제 2 지지층(908, 910)에 의해 덮이지 않고 외부로 노출될 수 있다. 따라서, 외부로부터 조사된 빛이 감쇠되지 않고 나노와이어(901)에 도달할 수 있는 이점이 있다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 인공 망막 시스템의 개념도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 인공 망막 시스템은 나노와이어 광 검출기(1101) 및 미소 전극 어레이(1102)에 더하여, 하나 이상의 나노와이어 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET)(1103)를 더 포함할 수 있다. 나노와이어 광 검출기(1101)가 나노와이어의 양단에 각각 위치하는 한 쌍의 전극(예컨대, 소스 전극 및 드레인 전극)을 포함하는 것과 달리, 나노와이어 FET(1103)는 소스 전극(1131), 게이트 전극(1132) 및 드레인 전극(1133)을 포함하여 구성될 수 있다. 나노와이어 FET(1103)의 구체적인 구성 및 동작은 통상의 FET의 동작으로부터 당업자에게 용이하게 이해될 수 있으므로 자세한 설명을 생략한다.
각각의 나노와이어 FET(1103)는 나노와이어 광 검출기(1101)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 나노와이어 FET(1103)는 나노와이어 광 검출기(1101)와 미소 전극 어레이(1102) 사이에 전기적으로 연결되어, 나노와이어 광 검출기(1101)의 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 이용하여 미소 전극 어레이(1102)를 구동할 수 있다. 본 실시예에 다르면, 나노와이어 광 검출기(1101) 및 미소 전극 어레이(1102)가 집적된 기판상에 신호 증폭을 위한 회로 부분을 함께 집적화하여 형성할 수 있는 이점이 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
Claims (19)
- 유연한 기판;
상기 기판상에 위치하며, 인가된 빛에 따라 저항이 변화하는 하나 이상의 나노와이어를 포함하는 나노와이어 광 검출기;
상기 기판상에 위치하며, 상기 나노와이어 광 검출기와 전기적으로 연결되고, 망막 세포와 접촉하는 하나 이상의 미소 전극; 및
상기 나노와이어 광 검출기 및 상기 미소 전극에 전력을 인가하는 전력 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 나노와이어 광 검출기는, 상기 전력 공급원에 의해 인가된 전력을 인가된 빛에 따라 변조하여 상기 하나 이상의 미소 전극에 전달하며,
상기 하나 이상의 미소 전극은, 상기 나노와이어 광 검출기로부터 전달된 변조된 전력을 상기 망막 세포에 인가함으로써 상기 망막 세포를 자극하는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 하나 이상의 미소 전극은, 상기 기판의 표면으로부터 수직 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 하나 이상의 미소 전극은, 어레이 형태로 배열된 복수 개의 미소 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 각 나노와이어를 포함하며, 제1 폭을 가지며 일 방향으로 연장되는 제1 부분 및 상기 제1 폭에 비해 작은 제2 폭을 가지며 상기 제1 부분을 지지하는 제2 부분을 포함하는 컬럼 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템.
- 제 5항에 있어서,
상기 컬럼 구조물은 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분상에 위치하는 산화막을 더 포함하되, 상기 제1 부분은 상기 각 나노와이어를 포함하며, 상기 산화막은 상기 각 나노와이어를 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 각 나노와이어는 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 기판은 폴리머 또는 폴리이미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 나노와이어 광 검출기에 전기적으로 연결되어 상기 나노와이어 광 검출기의 신호를 증폭하는 나노와이어 전계 효과 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 기판, 상기 나노와이어 광 검출기 및 상기 하나 이상의 미소 전극은 생체 내에 이식되는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템.
- 제1 기판상에, 인가된 빛에 따라 저항이 변화하는 하나 이상의 나노와이어를 형성하는 단계;
제2 기판상에 하나 이상의 미소 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 서로 접합하는 단계;
상기 제1 기판 및 상기 하나 이상의 나노와이어를 이용하여 나노와이어 광 검출기를 형성하는 단계;
상기 나노와이어 광 검출기 및 상기 하나 이상의 미소 전극을 전기적으로 연결하는 단계;
상기 나노와이어 광 검출기 및 상기 하나 이상의 미소 전극상에 유연한 물질로 이루어지는 지지층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 기판을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템의 제조 방법.
- 제 11항에 있어서,
상기 하나 이상의 나노와이어를 형성하는 단계는,
상기 제1 기판을 부분적으로 식각하여 함몰 영역을 형성하는 단계;
상기 함몰 영역을 포함하는 상기 제1 기판상에 제1 산화막을 형성하는 단계;
상기 함몰 영역의 바닥면상에 위치하는 상기 제1 산화막을 제거하는 단계;
상기 제1 산화막을 식각 마스크로 이용하여 상기 제1 기판을 식각함으로써, 제1 폭을 갖는 제1 부분 및 상기 제1 폭 보다 작은 제2 폭을 가지며 상기 제1 부분을 지지하는 제2 부분을 포함하는 하나 이상의 컬럼 구조물을 형성하는 단계;
상기 제1 산화막을 제거하는 단계; 및
상기 컬럼 구조물을 포함하는 상기 제1 기판상에 제2 산화막을 형성하되, 상기 제1 부분은 상기 제2 산화막 형성시 산화되지 않고 상기 제2 산화막에 의해 둘러싸여 상기 나노와이어에 대응되는 영역을 포함하도록 상기 제2 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템의 제조 방법.
- 제 12항에 있어서,
상기 하나 이상의 컬럼 구조물을 형성하는 단계는,
상기 제1 산화막을 식각 마스크로 이용하여 상기 함몰 영역의 바닥면을 건식 식각하는 단계; 및
상기 함몰 영역의 바닥면이 건식 식각된 후, 상기 제1 산화막을 식각 마스크로 이용하여 상기 제1 기판을 습식 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템의 제조 방법.
- 제 11항에 있어서,
상기 제2 기판은 서로 접합된 제3 기판 및 제4 기판을 포함하되,
상기 하나 이상의 미소 전극을 형성하는 단계는,
상기 제3 기판을 부분적으로 식각하여 하나 이상의 함몰 영역을 형성하는 단계;
상기 하나 이상의 함몰 영역을 포함하는 상기 제3 기판상에 도금 기저막을 형성하는 단계;
상기 도금 기저막을 포함하는 상기 제3 기판상에 상기 제4 기판을 접합하는 단계로서, 상기 제4 기판은 하나 이상의 홀을 포함하며, 상기 각 함몰 영역과 상기 각 홀이 정렬되도록 상기 제4 기판을 접합하는 단계; 및
상기 각 함몰 영역 및 상기 각 홀 내에 도전 물질을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템의 제조 방법.
- 제 14항에 있어서,
상기 제4 기판을 접합하는 단계는, 벤조사이클로부텐인을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템의 제조 방법.
- 제 11항에 있어서,
상기 나노와이어 광 검출기 및 상기 하나 이상의 미소 전극에 전력 공급원을 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템의 제조 방법.
- 제 11항에 있어서,
상기 나노와이어 광 검출기에 전기적으로 연결되며, 상기 나노와이어 광 검출기의 신호를 증폭하는 나노와이어 전계 효과 트랜지스터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템의 제조 방법.
- 제 11항에 있어서,
상기 각 나노와이어는 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템의 제조 방법.
- 제 11항에 있어서,
상기 지지층은 폴리이미드 또는 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 망막 시스템의 제조 방법.
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