KR20140110493A - 기판 상에 탄소나노튜브층을 형성하는 방법 및, 이러한 방법을 이용하여 바이오 센서를 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 실시예의 기판 상에 탄소나노튜브를 형성하는 방법은, SDS(sodium dodecyl sulfate) 수용액에 탄소나노튜브를 분산시키는 단계; 상기의 분산된 탄소나노튜브를 기판 상에 도포하고, 건조시키는 단계; 및 상기 탄소나노튜브가 도포된 기판 상에 식초산을 도포하고, 다시 건조시키는 단계;를 포함한다.

Description

기판 상에 탄소나노튜브층을 형성하는 방법 및, 이러한 방법을 이용하여 바이오 센서를 제조하는 방법{Method for forming CNT layer on a substrate, and method for manufacturing biosensor by using the forming method}
본 발명은 바이오 센서에 대한 것으로서, 특히, 탄소나노튜브층을 갖는 트랜지스터 기반의 나노 바이오 센서를 제조하는 때에, 탄소나노튜브를 분산시키고 기판 위에 SDS로 분산된 탄소나노튜브를 도포한 후 형성된 탄소나노튜브층에서 SDS를 제거하여 트랜지스터 성능을 구현하는 것을 그 특징으로 한다.
일반적으로, 전계 효과 트랜지스터(이하, "FET"이라고도 함)는 소스, 드레인 및 게이트 전극으로 구성되어 있으며, 소스와 드레인 전극 사이에 형성되는 전류의 이동 통로인 채널의 위, 옆 또는 아래에 절연막을 형성하고, 그 상부에 게이트 전극을 형성하여 제작한다. 게이트 전극에 가해주는 전압 신호의 크기를 조절하여 소스와 드레인 전극 사이 채널에 존재하는 반송자 입자(양전기 전도 홀 및 음전기 전도 전자)의 밀도를 조절함으로써, 소스 또는 드레인 전극으로 출력되는 전류 신호의 크기를 변환할 수 있는 소자이다.
최근 화학 또는 생물 분자를 검출하는데 있어서, 신속성과 편리성이 강조되면서 정밀분석기기 보다 센서 제작에 많은 연구 개발이 진행되고 있다. 특히 바이오센서는 생물 분자를 검출하기 위하여 생물 감지기능을 이용한 화학 센서로서 전기화학, 광학, 전기 및 기계적 신호 등과 같은 신호변환을 이용하고 있다. 이들 중 전기적 신호를 이용하는 바이오센서는 신호전환이 빠르고 소형화가 용이하다는 장점이 있다. 특히, 전기적 신호를 이용하는 대표적 센서로 FET 바이오센서가 있으며 반도체 공정을 이용하여 제작되기 때문에 집적회로나 MEMS 접목이 용이하여 초소형화에 유리하며 양산 및 생산비용 절감이 가능할 수 있다는 장점이 있다.
FET 바이오센서는 생물 분자를 전류감지막 표면에 흡착시켜 특정 분자를 선택적으로 인식할 때 발생하는 전하의 영향으로 인해 감지막 내부에 흐르는 전류의 크기가 변화하게 되는데 이때의 출력 신호 크기 변화를 이용한다.
본 발명의 실시예는 새로운 구조의 FET 기반 바이오 센서를 제안하며, FET 소자에서의 감지물질이 흡착되는 탄소나노 전류감지막을 형성시킬 때에 SDS 용액을 사용함으로써 탄소나노튜브의 분산이 용이하게 이루어지도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 실시예의 기판 상에 탄소나노튜브를 형성하는 방법은, SDS(sodium dodecyl sulfate) 수용액에 탄소나노튜브를 분산시키는 단계; 상기의 분산된 탄소나노튜브를 기판 상에 도포하고, 건조시키는 단계; 및 상기 탄소나노튜브가 도포된 기판 상에 식초산을 도포하고, 다시 건조시키는 단계;를 포함한다.
또한, 실시예의 바이오 센서의 제조 방법은, 기판 상에 소스 전극과 드레인 전극 형성을 위한 금속막을 형성하는 단계; 상기 금속막을 패터닝하기 위한 포토레지스트를 도포하고, 상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계; 상기의 패터닝된 포토레지스트를 식각 마스크로 이용하여, 상기 금속막을 식각함으로써, 상기 기판 상에 소스 전극과 드레인 전극을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트를 제거하고, 상기 기판의 노출된 상부면과, 상기 소스 전극과 드레인 전극의 상부면에 탄소나노튜브 또는 그래핀을 코팅하여 탄소나노 전류감지막을 형성하는 단계; 및 게이트 전극이 형성된 절연물질의 버퍼막을 상기 탄소나노 전류감지막 상에 접착하는 단계;를 포함하고, 상기 탄소나노 전류감지막을 형성하는 단계는, SDS(sodium dodecyl sulfate) 수용액에 탄소나노튜브를 분산시키는 단계와, 상기의 분산된 탄소나노튜브를 기판 상에 도포하고, 건조시키는 단계와, 상기 탄소나노튜브가 도포된 기판 상에 식초산을 도포하고, 다시 건조시키는 단계를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 탄소나노튜브를 보다 원활히 기판상에 도포할 수 있어 탄소나노튜브를 이용한 트랜지스터 등 전자 기기에의 응용이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
도 1 내지 도 6은 실시예의 바이오 센서를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따라 탄소나노 전류감지막을 SDS 수용액과 아세트 산을 이용하여 형성하는 경우의 실험 데이터의 결과를 보여주는 도면이다.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 1 내지 도 6은 실시예의 바이오 센서를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 기판(101)과, 기판(101) 상에 형성된 패턴화된 소스 전극(120) 및 드레인 전극(110)과, 상기 기판(101)과 소스 및 드레인 전극(110,120) 상에 위치하고 트랜지스터의 채널 형성을 위한 탄소나노 전류감지막(150)(이하, "전류감지막"이라 함)와, 상기 전류감지막(150) 상측에 위치하며 검출하고자 하는 감지물질이 전류감지막 상에 흡착되도록 개구부를 갖는 버퍼막(130)과, 상기 버퍼막(130) 상에 형성되는 게이트 전극(140)을 포함한다.
상세히, 상기 기판(101)은, 실시예의 바이오 센서를 제조하는 때에 제조단가를 절감하고, 경량화를 위하여 SiO2계의 유리재료로 이루어진다. 예를 들면, 글래스로 구성될 수 있다. 그리고, 글래스의 기판은 200nm에서 500㎛ 범위의 두께로 이루어질 수 있다.
상기 기판(101)상에는 FET 소자의 소스 및 드레인 전극(110,120)이 위치하며, 소스 전극과 드레인 전극은 후술되는 포토레지스트 공정을 통하여 패턴화된 형상으로 이루어진다. 소스 전극과 드레인 전극 사이의 공간은 감지물질이 흡착되는 영역으로서, 정확하게는 소스 및 드레인 전극 사이의 공간에 형성되는 전류감지막(150) 상에 감지물질이 링커를 통하여 흡착된다. 전류감지막 표면에서 항체 단편을 고정시키는 고정 물질은 CNT와 친화성이 있는 크로스-링커를 사용할 수 있으며, CNT의 소수성 성질을 이용하여 크로스-링커의 소수성 성질을 가진 한쪽 끝이 CNT 막에 흡착되고, 타측이 항체 단편과 공유결합될 수 있다.
도면에 도시되어 있지는 않지만, 소스 전극(120)과 드레인 전극(110) 모두 다층막 구조로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 기판(101)과의 흡착성이 우수한 Ti(티타늄)을 형성하고, Ti 상에 제 2 금속막으로서 Au(금)을 더 형성할 수 있다. 이 경우, Au의 낮은 접착성을 Ti가 보완하여 주며, Au의 높은 전기전도도를 활용할 수 있다.
한편, 상기 전류감지막(150)은 소스 전극(120)과 드레인 전극(110) 사이의 기판 상부와, 소스 및 드레인 전극 상부면에 형성되며, FET 소자로서 게이트 전극으로 전압 인가시에 채널링을 형성하는 역할을 수행한다. 제조 방법과 관련하여서는, 첨부되는 도면과 함께 후술하기로 한다.
상기 소스 및 드레인 전극(110,120) 상측에는 게이트 전극이 형성되는데, 전기절연을 위하여 상기 소스/드레인 전극과 게이트 전극 사이에는 부도체인 버퍼막(130)이 위치한다. 상기 버퍼막(130)은 SiO2계의 유리재료로 이루어질 수 있으며, 상기 기판(101)과 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 기판과 버퍼막 모두 글래스로 이루어질 수 있다.
특히, 상기 버퍼막(130)의 일단은 상부면이 노출된 전류감지막을 향하여 테이퍼진 형상으로 이루어지며, 도 6(a)를 참조하면, 버퍼막(130) 일단의 하측부에 형성된 제 2 테이퍼면(132)과, 버퍼막(130) 일단의 상측부에 형성된 제 1 테이퍼면(131)을 갖도록 형성될 수 있다. 상기 버퍼막(130) 상에는 게이트 전극인 메탈이 형성되는데, 상기 게이트 전극이 전류감지막(150)에 근접하여 위치할 수 있도록, 상기 버퍼막(130)의 단부는 제 1 및/또는 제 2 테이퍼면에 의해 절곡된 형상을 갖을 수 있다.
상세히, 버퍼막의 일단부가 전류감지막(150)을 향하여 절곡되는 제 1 테이퍼면(131)으로 이루어짐으로써, 버퍼막 상에 형성되는 게이트 전극(140)이 하측방향으로 소정 각도 절곡될 수 있다. 이러한 형상적 특징으로 인하여, 게이트 전극(140)의 일부가 CNT막에 보다 근접하게 위치할 수 있으며, FET 소자 특성상 게이트 전극으로 인가하는 전압의 세기를 줄이더라도, 트랜지스터의 세밀한 동작 제어가 가능해진다.
그리고, 제 1 테이퍼면(131)에 연속하여 다른 각도로 절곡되는 제 2 테이퍼면(132) 상에는 게이트 전극이 위치하지 않도록 하며, 이것은 버퍼막 아래의 소스 또는 드레인 전극과 단락되는 경우를 미연에 방지하고자 함이다.
한편, 상기 게이트 전극(140)은 백금, 금, 크롬, 구리, 알루미늄, 니켈, 팔라늄 및 티타늄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 이루어질 수 있으며, 그 두께는 예를 들어 약 0.1T가 될 수 있다.
전술한 바와 같은 구조를 갖는 바이오 센서는, 글래스 재질의 기판과, 버퍼막을 이용하기 때문에, 센서의 경량화 및 제조원가를 낮출 수 있으며, 게이트 전극이 탄소나노 전류감지막에 인접하게 배치되는 구조이기 때문에, 트랜지스터를 저전력으로 제어하는 것이 가능하다.
이하에서는, 본 실시예의 바이오 센서를 제조하는 방법에 대해서 구체적으로 설명하여 본다.
도 1을 참조하면, SiO2계 유리재료로 이루어진 기판(101) 상에 소스 전극과 드레인 전극 형성을 위한 금속막(102)을 형성한다. 상기 금속막은, 주지의 방법들로 증착될 수 있으며, 예를 들어 화학기상증착으로 기판 상에 형성될 수 있다.
그 다음, 도 2를 참조하면, 금속막(102)상에 포토레지스트(PR)를 도포하고, 이 포토레지스트를 패터닝한다. 포토레지스트의 패터닝은 형성하고자 하는 소스 전극과 드레인 전극의 형상에 대응되도록 수행되고, 포토레지스트의 패터닝에 의하여 노출되는 금속막이 식각의 대상이 된다.
그 다음, 도 3을 참조하면, 패터닝된 포토레지스트를 식각 마스크로 이용하여 금속막을 식각하며, 이러한 식각은 기판의 상부면이 노출되는 때까지 수행된다.
금속막의 부분 식각을 통하여, 패터닝된 소스 전극(120)과 드레인 전극(110)이 형성된다.
그 다음, 노출된 기판 상부면과, 소스 전극 및 드레인 전극 상부에 탄소나노 전류감지막 형성을 위한 공정이 수행된다.
특히, 예컨대, CNT를 분산시킨 분산 용액을 유리 재질의 기판 상에 코팅하며, CNT가 분산되어 있는 용액의 코팅으로 인하여, 용액 내에서 단위 가닥으로 분산되어 있는 CNT들이 기판 상부면과 소스/드레인 전극의 벽과 그 위에 흡착된다. 용액 내에서 단위 가닥으로 분산되어 있던 CNT들은 메탈인 소스/드레인 전극과, 유리 재질의 기판 상에 한겹씩 흡착된다.
그리고, CNT를 분산시킨 용액 내에 소스/드레인 전극이 형성된 기판을 침전시켜 흔들어 주게 되면, 기판 표면과 전극 표면(측벽 및 상부면)에 흡착된 CNT들을 제외한 나머지 CNT들이 제거될 수 있다. 이것은, CNT를 구성하는 단위 가닥들 사이의 반데르발스힘 보다도, CNT 가닥과 메탈 또는 유리와의 반데르발스 힘이 더 큰 것을 이용한 것으로서, 이와 같은 방법으로 기판 표면과, 소스/드레인 전극 상에 CNT를 코팅하는 것이 가능하다.
보다 상세히, CNT는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 중에 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다.
그리고, CNT의 분산성을 향상시키기 위해 계면활성제로서 SDS(sodium dodecyl sulfate, 도데실황산나트륨)를 사용하는 것을 특징으로 한다.
기능성 탄소나노튜브 회로 및 제조
CNT는 전기적 기계적 광학적 성질이 뛰어남에도 불구하고, 전자기기에의 응용이 매우 제한적이다. CNT 트랜지스터 상품화의 한 걸림돌이 되고 있는 이유는, CNT를 기판(혹은 기재)위에 도포하여 효율적인 기능회로를 만들어 내는 것이 용이하지 않기 때문이다.
용액속에서 CNT는 상호간에 작용하는 반데르 발스 힘으로 인해 임의로 형성된 다발(bundle)형태를 이루고 있다. 이러한 CNT다발을 가장 효율적이고 경제적인 방법으로 분산시키기 위해 계면활성제(SDS; sodium dodecyl sulfate)를 물에 소량 섞어 그 용액속에 CNT분말을 초음파기기로 1~2시간 처리하여 낱개의 CNT분자로 분산시키는 것이다.
계면활성제인 SDS는 12개의 알킬 화합물체인으로 끝에 황화물이 붙어있는 화학 및 일상에 사용하는 세제의 원료이다. SDS 수용액에 분산된 CNT 분산액을 산화규소 기판에 만들어 놓은 패턴자리에 도포하여 30분 이상을 둔 후 물(diH20)로 조심해서 기판에 붙지 않은 CNT와 SDS 수용액을 씻어내고 건조시키면, 산화규소 기판의 패턴자리에는 CNT 단일층 막이 형성된다. 이때의 CNT 단일층 막에는 SDS가 CNT를 둘러싸고 있으므로, 탄소나노 감지막은 전기적은 특성을 아직 발휘하지 못한 채 그 역할을 수행할 수 없다. CNT 분자들 주위의 SDS 분자들을 효과적으로 제거하는 것은 아세트 산(acetic acid)과 포르믹 산(formic acid)이다.
위와 같은 공정으로 건조 상태에 있는 CNT 단일층 막에 아세트 산을 도포하면 SDS 분자들이 분말로 석출되어 CNT 단일층 막 위에 하얗게 쌓이며 분리되고 일단 건조시킨 상태에서 물(diH2O)로 수차례 씻어내고 건조시키면, CNT 단일층 막이 탄소나노 전류감지막으로 탄생하게 된다.
SDS와 CNT간의 센 결합력을 무력화시키기 위해 여러 방법들이 사용되고 있다. CNT가 용액에 잘 ?을수 있게 CNT 표면개질을 하든가 기판표면에 잘 부착시키도록 공유결합 반응군을 사용한다는 것이다. 이러한 CNT의 화학적 개질이나 기능화는 일반적으로 니트릭 산(Nitric acid)같은 산화용 강산을 사용하든가 CNT벽에 카복시산(Carboxylic acid)같은 기능군을 형성하든가 하는 방법을 사용한다.
CNT를 개질하게 되면 CNT의 이중결합구조가 깨져 버리고 또 COOH와 같은 카복시산 기능군을 만들려면 강산을 사용해야 하는대 이런경우들에서는 CNT가 전기적 극성(Polar)을 띄게 되어 물에 잘 ?게 되고 유기 용매에도 잘 ?게 만들수가 있다. CNT분산을 위해 좋은 방법이라고는 할수 있겠으나 CNT의 화학구조 더 나아가서는 전기적 특성, 기계적특성 및 기타 특성들이 약화 되어 버린다.
또 하나의 방법으로서, 폴리머, 펩타이드 및 DNA등을 사용할 수 있으나, 일단 CNT를 기판에 부착시킨후 전기적 특성에 방해가 되지 않게 이 물질들을 다시 제거해야 하는 과제가 용이하지 않다.
이러한 이유 때문에, CNT회로 상용화의 숙제로 남아 있는것은 기판위에 부착시킨후 CNT의 전기적, 기계적 등의 성질이 변화되지 않아야 하며, 이러한 요구되는 성질이 장시간동안 예컨대 수개월 동안 유지되어야 한다는 것이다. 안정된 CNT의 기판고착화는 복합재료 제조, 여러 분야의 회로제조 및 다양한 응용에 절실하게 필요한 상황이다
본 발명에서는 SDS수용액을 사용하여 기판에 CNT를 부착하는 방법 및 CNT를 부착한후 반드시 제거해야 할 SDS를 아세트산 혹은 포르믹산(Acetic acid or formic acid)을 사용하여 제거하는 방법을 제안한다. SDS를 제거하여 CNT단일층이 기판 및 전극과 견고히 부착되도록 하는 방법이다. 이렇게 만들어진 CNT트랜지스터 회로는 1년이상 건조하고 안정적이며 CNT의 소수성 성질도 유지되므로 항체 및 바이오 활성화 소분자들을 포함하여 여러종류의 바이오 분자들을 부착시키는 기능을 담당하게 된다.
SDS 용액에 의한 탄소나노튜브의 분산조건
계면 활성제인 SDS는 다른 유사한 계면 활성 분자와 마찬가지로 소수성 분자와 친화력이 근접 결합하는 친유성기(소수성기) 부분과, 물에 친화력을 갖는 친수성 부분을 갖는다. 친유성기는 탄화수소부분이고, 친수성기는 전하를 띄는 -COO- 부분이다.
탄소나노튜브의 소수성 특성으로 인하여 SDS의 소수성기 부분이 친화반응을 통해 두 개의 흡착된 탄소나노튜브 사이를 파고 들어가고, 이때, SDS의 다른 부분인 친수성기는 전기력으로 서로 간에 척력을 작용하여 두 개의 탄소나노튜브를 멀리 떨어지게 만들고, 용액 속에서 개체화시켜 결국 탄소나노튜브를 분산시키게 된다. 수십겹으로 붙어 있는 작은 탄소나노 평면층 덩어리를 각각의 단일층(그래핀)으로 분산시키는 것도 마찬가지 원리로 진행된다. 이와 같이, SDS와 같은 계면 활성제에 둘러쌓인 분자 덩어리를 마이셀(micelle)이라 한다.
이러한 마이셀은 구형, 원통형 또는 층상형의 모양으로 소수성 분자를 둘러싸고, 탄소나노튜브의 경우에는 굴곡 원통형 , 그래핀의 경우에는 층상형을 만들며, 마이셀화시켜 용액속에서 탄소나노튜브와 그래핀이 마이셀로 분산되어 이들간의 반데르 발스 힘에 의한 재결합을 방지한다. SDS 분자와 CNT 분자 간에 형성된 마이셀을 붕괴시키는 인자는 아세트산과 포르믹산이 될 수 있다. 다음의 흔히 쓰이는 용매들, 즉, Methanol, Ethanol, Propanol, 2-butanol, 1-butanol, 1-pentanol, DMSO, Dimethylformamide, Acetone, Ethyl acetate, Chloroform, Dichloromethane, Toluene, Phenol, Quinolone, Dihydrofuran, Dichlorobenzene 들은 CNT와 SDS가 형성하는 마이셀을 붕괴시키기 못한다.
탄소나노튜브를 분산시키는 디아이워(diH2O)속의 SDS의 임계마이셀 농도는 대략 2%이며, 5%이상의 SDS 농도에서는 SDS 스스로 응집하기 시작하며 대부부 탄소나노 분자들 주위에서 보다도 스스로 응집된 SDS 마이셀로 형성되어 콜로이드 알갱이로 변하여 수용액 속에 떠 있게 된다.
SDS 분산액의 사용의 장점
SDS의 수용액은 친환경소재이며 다른 유기용매의 경우와는 달리 작업실과 청정실에서 생산성에 크게 기여한다는 장점이 있다.
다만, SDS수용액에 분산된 CNT는 산화규소(SiO2 및 유리기질) 기판 위에 고착한 뒤에 바이오소자로 사용하기 위하여 감지물질(타겟물질)을 부착하는 것이 지금까지 해결되지 못한 어려운 단계였고 단점으로 남아 있었다. CNT를 둘러싼 마이셀을 형성하고 있는 SDS 분자들이 산화규소 기판과 CNT 사이에 존재하며 접촉 및 결합을 막고 있기 때문인 것이다.
그러나, 이러한 단점을 아래와 같은 방법에 의해서 해결될 수 있다.
상세히, SDS 수용액에 분산된 CNT를 산화규소 기판위에 30분동안 도포하여 둔후 질소 분사로 건조시킨다. 이때, 산화규소 기판에 가까이 근접해 있는 CNT분자들은 산화규소의 소수성 성질로 인해 산화규소들과 부분적인 친화력 결합을 이루게 되며, 또 분산되어 표면 위에 여전히 부착되어 있는 SDS분자들로 인해 CNT분자들은 산화규소 표면에 단(한개)층만을 이루게 된다. 건조되어 분산된 상태로 표면에 남아있는 CNT마이셀들은, 물로 씻어 내면 단층을 이루어 표면과 결합해 있는 CNT분자들 이외에는 모두 씻겨 나간다. 그리고, 다시 표면을 질소분사로 건조시킨다.
또한, 건조된 후 산화규소 기판에 부착되어 있는 CNT분자들, 즉, 마이셀을 이루었던 SDS분자들이 여전히 붙어 있게 된다. 이 남아있는 SDS분자들로 인하여 감지물질(항체 단백질 및 효소 등)과 감비물질을 부착시키는 화합물의 부착이 불가능하게 된다.
이와 같이 남아있는 SDS 마이셀에 의하여 감지물질 및 감지물질을 부착시키는 화합물의 부착이 어려운 점을 해결하기 위하여 아래와 같은 방법을 제안한다.
즉, 식초산(아세트산, CH3COOH)을 도포하여 질소가스속에서 건조시키면 CNT위에 SDS가 하얀 가루로 고체화하여 석출된 모양을 갖게 된다. 그리고, 다시 diH2O로 씻어 낸후 질소분사로 건조시키면 산화규소 기판에 부착된 CNT단층이 형성된다.
SDS 의 잔류 측정방법
SDS를 CNT로부터 100% 제거시키는 것은 불가능하겠지만, 99% 이상을 제거하게 된다면, 탄소나노 전류감지막으로 CNT를 사용하는데 지장이 없게 된다. 이러한 잔류 SDS분자의 측정은 SANS(small angle neutron scattering)방법을 사용하여 파악할 수가 있다.(참고 : SANS from SDS micelles in water; US National Institute of Standards & Technology-Center for Neutron Research, NG3 Experiment, June 2012).
한편, 기판(101)의 노출된 상부면에 형성된 CNT 혹은 그래핀으로 이루어진 탄소나노 전류감지막(150)은 감지물질이 유도되는 영역이고, 소스 전극과 드레인 전극 상에 형성된 탄소나노 전류감지막 위에는 게이트 전극이 형성된 버퍼막을 접착시킨다.
상세히, SiO2계 유리재료로 이루어진 버퍼막(130)의 일단을 테이퍼 가공하고, 테이퍼면이 형성된 버퍼막(130) 상에 게이트 전극용 메탈을 형성시킴으로써, 게이트 전극이 형성된 버퍼막을 완성한다. 여기서, 버퍼막 일측 단부의 테이퍼 가공은, 도 5(a)와 5(b)에 도시된 바와 같은 다양한 형상이 될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 게이트 전극의 일단부가 절곡형성되도록 하향 경사진 제 1 테이퍼면(131)과, 소스/드레인 전극과 게이트 전극이 단락되지 않도록 상향 경사진 제 2 테이퍼면(132)이 형성되도록 버퍼막의 단부를 가공할 수 있다.
또한, 다른 실시예로서, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 버퍼막(130)의 일단이 하향 경사진 테이퍼면만을 갖을 수 있다. 다만, 이러한 경우에는, 버퍼막(130)의 가로 길이를 소스/드레인 전극의 길이에 비해 더욱 길게하여, 전극 사이에 단락이 발생되지 않도록 할 필요가 있다.
이러한 테이퍼면을 갖는 버퍼막(130)과, 버퍼막(130) 상에 게이트 전극을 형성한 다음에는, 버퍼막(130) 하부면을 상기 소스 및 드레인 전극(110,120) 상에 접착시킴으로써, 실시예의 바이오 센서가 제조될 수 있다. 유리로 이루어진 버퍼막을 CNT 상에 부착시키는 때에는, 다양한 종류의 화학 접착제가 사용될 수 있다.
이러한 방법에 의하여, 도 1에 도시된 본 발명의 바이오 센서가 제조되며, CNT를 형성하기 이전에 소스 전극과 드레인 전극의 패터닝이 수행되므로, 포토레지스트를 제거하는 때에 CNT 표면에 데미지가 가해지는 문제는 발생하지 않게 된다.
도 7은 본 실시예에 따라 탄소나노 전류감지막을 SDS 수용액과 아세트 산을 이용하여 형성하는 경우의 실험 데이터의 결과를 보여주는 도면이다. HIV(에이즈) 바이어스에 대하여 실험을 수행한 결과의 데이터이며, 이러한 탄소나노 전류감지막을 SDS 수용액과 아세트 산을 사용하여 형성시키면 실험결과가 매우 우수하게 나오며, 아세트 산을 사용하지 않고 여타 용액을 사용하거나 단순히 물을 사용할 때에는 감지막에 전류가 전혀 감지 되지 않는다는 것을 보여주고 있다.

Claims (5)

  1. SDS(sodium dodecyl sulfate) 수용액에 탄소나노튜브를 분산시키는 단계;
    상기의 분산된 탄소나노튜브를 기판 상에 도포하고, 건조시키는 단계; 및
    상기 탄소나노튜브가 도포된 기판 상에 식초산을 도포하고, 다시 건조시키는 단계;를 포함하는 기판 상에 탄소나노튜브층을 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 식초산을 도포하고, 건조시키는 단계가 수행된 다음에는,
    디아이워터(diH2O)를 이용하여 세척하고, 질소분사로 건조시키는 단계가 더 수행되는 기판 상에 탄소나노튜브층을 형성하는 방법.
  3. 상기 기판은 산화규소의 기판인 기판 상에 탄소나노튜브층을 형성하는 방법.
  4. 기판 상에 소스 전극과 드레인 전극 형성을 위한 금속막을 형성하는 단계와,
    상기 금속막을 패터닝하기 위한 포토레지스트를 도포하고, 상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계와,
    상기의 패터닝된 포토레지스트를 식각 마스크로 이용하여, 상기 금속막을 식각함으로써, 상기 기판 상에 소스 전극과 드레인 전극을 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트를 제거하고, 상기 기판의 노출된 상부면과, 상기 소스 전극과 드레인 전극의 상부면에 탄소나노튜브 또는 그래핀을 코팅하여 탄소나노 전류감지막을 형성하는 단계; 및
    게이트 전극이 형성된 절연물질의 버퍼막을 상기 탄소나노 전류감지막 상에 접착하는 단계;를 포함하고,
    상기 탄소나노 전류감지막을 형성하는 단계는,
    SDS(sodium dodecyl sulfate) 수용액에 탄소나노튜브를 분산시키는 단계와, 상기의 분산된 탄소나노튜브를 기판 상에 도포하고, 건조시키는 단계와, 상기 탄소나노튜브가 도포된 기판 상에 식초산을 도포하고, 다시 건조시키는 단계를 포함하는 바이오 센서의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 또는 그래핀을 코팅하는 단계는,
    상기 탄소나노튜브가 분산된 분산 용액을 상기 기판, 소스 전극 및 드레인 전극 상에 코팅하고, 사용된 분산 용액을 이용하여 상기 탄소나노튜브 일부를 제거하는 바이오 센서의 제조 방법.
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