KR20160056311A - 표면 플라즈모닉 센서 칩의 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
표면 플라즈모닉 센서 칩이 제공된다. 상기 표면 플라즈모닉 센서 칩은 실리콘 산화물 박막, 상기 실리콘 산화물 박막 상부에 배치되는 금속 박막, 상기 금속 박막 상부에 배치되는 감지막, 상기 감지막 상부에 배치되고 상기 감지막의 중앙 부분을 제외한 둘레에 형성되는 가스 투과 접착제 및 상기 가스 투과 접착제의 상부에 배치되는 지지기판을 포함한다.
Description
본 발명은 표면 플라즈모닉 센서의 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 산화물(SiO2) 박막과 금(Au), 은(Ag) 등의 표면 플라즈몬을 유도할 수 있는 금속 박막, 그리고 기능성 산화물 감지막 또는 바이오 수용체(Bio Receptor), 화학 수용체(Chemical Receptor)와 같은 감지막의 적층 형태와 이를 지지할 수 있는 구조의 표면 플라즈모닉 센서 칩 구조와 일련의 센서 칩 제작 공정을 제공하기 위한 것이다.
표면 플라즈몬 공명 (SPR: Surface Plasmon Resonance) 현상은 금속과 유전체 계면에서 발생하는 전자들의 집단적인 진동 현상(Collective Charge Density Oscillation)을 말한다. 또한 표면 플라즈몬 현상에 의해 발생하는 표면 플라즈몬 공명파(Surface Plasmon Resonance Wave)는 금속과 이에 인접한 유전물질의 경계면을 따라 진행하는 표면 전자기파를 의미한다.
표면 플라즈닉 센서는 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하는 센서로서, 광센서의 일종이다. 보다 상세하게, 빛을 금속과 유전체 계면에 입사를 시키면 특정한 조건에서 소산파 (Evernascent wave)와 금속-유전체 계면 사이에서 상호작용에 의하여 에너지 이동이 발생하고 그에 따라 입사되는 빛이 변화하는 현상을 이용하는 센서이다. 이때 소산장과 계면 사이에서 상호 작용이 용이하도록 하기위해 특정 광 부품을 결합하여 사용한다. 표면 플라즈모닉 센서에 사용하는 대표적인 광 결합 부품은 프리즘 커플러 (Prism coupler), 광도파로 커플러 (Waveguide coupler), 회절격자 커플러 (Grating coupler)가 있다.
프리즘 커플러형 표면 플라즈모닉스 센서의 대표적인 구조는 도 1과 같은 크래츠만 구조(Kretchman configuration)이다. 좀 더 자세히 설명하면, 프리즘으로 입사되는 빛은 금 또는 은 등과 같은 금속 나노 구조와 감지막으로 이루어진 감지부에서 전반사가 일어나게 되는 데, 특정한 조건의 입사각 또는 파장에서 입사된 빛의 에너지가 금속판에 흡수되어 반사되는 빛이 급격히 감소하게 되는 공명 조건이 존재하게 된다. 여기서 감지막이 외부 인자와 반응하여 굴절률과 같은 특성이 변하게 되면 공명 조건이 변하게 되고 이를 감지하여 센서로 활용한다. 감지부는 프리즘 위에 직접 금 또는 은 등과 같은 금속을 코팅하고 감지막을 형성하기도 하나, 대부분 유리와 같은 기판에 금 또는 은 등과 같은 금속을 코팅하고 감지막을 형성한 센서 칩 형태를 사용한다.
광도파로 커플러형 표면 플라즈모닉스 센서의 대표적인 구조는 도 2, 3과 같다. 좀 더 자세히 설명하면, 광섬유(도 2) 또는 평면광도파로(도 3)의 클래드 영역 일부 또는 전부를 제거하고 금 또는 은 등과 같은 금속 나노 구조와 감지막으로 이루어진 감지부를 형성한다. 광도파로로 입사된 다파장 빛의 소산파는 코어와 클래드의 경계면을 따라 전파되다가 특정한 공진 조건에 해당하는 파장의 빛의 소산파가 감지부에서 표면 플라즈몬이 커플링 되는 데 이를 이용하여 센서로 활용한다. 감지부는 광도파로의 클래드가 일부 또는 제거된 부분에 직접 금 또는 은 등과 같은 금속을 코팅하고 감지막을 형성하거나 유리와 같은 기판에 금 또는 은 등과 같은 금속을 코팅하고 감지막을 형성한 센서 칩 형태를 사용한다.
회절 격자 커플러형 표면 플라즈모닉스 센서의 대표적인 구조는 도 4와 같다. 좀 더 자세히 설명하면, 별도의 기판에 회절 격자를 형성하고 그 위에 금 또는 은 등과 같은 금속 나노 구조와 감지막으로 이루어진 감지부를 형성한다. 일반적으로 회절격자의 주기와 크기에 따라 결정된 공진 파장의 빛을 회절격자에 입사시키는 데, 이때 감지막의 변화에 따라 입사되는 빛의 커플링 각도가 변하게 되는 데 이를 이용하여 센서로 활용한다. 이 방식의 앞서 기술한 프리즘 커플러 플라즈모닉 센서의 프리즘을 대체하는 효과이다. 일반적으로 감지부는 회절 격자 위에 금 또는 은 등과 같은 금속을 코팅하고 그 위에 감지막을 형성하여 사용한다.
일반적으로 표면 플라즈모닉 센서는 프리즘, 광도파로, 회절 격자 부품 상에 금 또는 은 등과 같은 금속 나노 구조와 감지막을 직접 형성하여 사용하기 보다는 별도의 유리와 같은 기판에 금 또는 은 등과 같은 금속 나노 구조와 감지막을 형성한 센서 칩을 사용한다. 이때 입사되는 빛에 의해 실질적으로 플라즈몬을 형성하는 영역은 금 또는 은 등과 같은 금속 나노 구조와 감지막 사이인 데, 사용하는 기판의 두께가 두꺼우면 입사된 빛이 플라즈몬이 형성되는 영역에 도달하는 데 영향을 주게 되고 센서의 특성을 저하시키는 요인이 된다. 특히 광도파로 커플러를 사용하는 경우에는 소산파의 길이가 크지 않으므로 표면 플라즈모닉 센서 칩으로 사용하는 유리와 같은 기판의 두께를 최소화 할 필요가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 일련의 실리콘산화물(SiO2) 박막, 금 또는 은 등의 귀금속 박막, 감지막으로 이루어진 표면 플라즈모닉 센서칩을 제공함에 있다.
또한 실리콘산화물(SiO2) 박막, 금 또는 은 등의 귀금속 박막, 감지막으로 이루어진 구조를 가스 투과 접착제와 실리콘 또는 유리와 같은 기판으로 지지하는 구조를 포함함으로써, 기존의 표면 플라즈모닉 센서 칩에서 금 또는 은 등과 같은 금속 나노 구조와 감지막 사이에서 플라즈몬을 형성하기 위하여 두꺼운 기판으로 입사시킴으로써 발생하는 빛의 산란과 흡수에 따른 효율 감소를 줄여 줌으로써 표면 플라즈모닉 센서의 성능 향상을 제공함에 목적이 있다.
그리고 실리콘산화물(SiO2) 박막, 금 또는 은 등의 귀금속 박막, 감지막으로 이루어진 구조를 가스 투과 접착제와 실리콘 또는 유리와 같은 기판으로 지지하는 구조를 포함함으로써, 기존의 광도파로 커플러형 표면 플라즈모닉 센서 칩에서 두꺼운 기판으로 인하여 금 또는 은 등과 같은 금속 나노 구조와 감지막이 짧은 길이의 소산파와의 커플링되는 효율을 감소시키는 영향을 줄여 줌으로써 표면 플라즈모닉 센서의 성능 향상을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면, 실리콘 산화물 박막, 상기 실리콘 산화물 박막 상부에 배치되는 금속 박막, 상기 금속 박막 상부에 배치되는 감지막, 상기 감지막 상부에 배치되고 상기 감지막의 중앙 부분을 제외한 둘레에 형성되는 가스 투과 접착제 및 상기 가스 투과 접착제의 상부에 배치되는 지지기판을 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 금속 박막은 금, 은, 백금, 구리, 알루미늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 감지막은 산화물 감지막, 바이오 수용체(Bio Receptor), 화학 수용체(Chemical Receptor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 지지기판은 유리 또는 실리콘 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 실리콘 산화물 박막, 상기 실리콘 산화물 박막 상부에 배치되는 금속 박막, 상기 금속 박막 상부에 배치되는 감지막, 상기 감지막 상부에 배치되고 상기 감지막의 중앙 부분을 제외한 둘레에 형성되는 가스 투과 접착제 및 상기 가스 투과 접착제의 상부에 배치되는 다수의 홀이 형성된 지지기판을 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 금속 박막은 금, 은, 백금, 구리, 알루미늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 감지막은 산화물 감지막, 바이오 수용체(Bio Receptor), 화학 수용체(Chemical Receptor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 지지기판은 유리 또는 실리콘 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 기판 상에 몰리브덴 희생층을 적층하는 단계, 상기 몰리브덴 희생층 상에 실리콘 산화물 박막을 적층하는 단계, 상기 실리콘 산화물 박막 상에 금속 박막을 적층하는 단계, 상기 금속 박막 상에 감지막을 적층하는 단계, 상기 감지막 상에 가스 투과 접착제를 적층하는 단계, 상기 가스 투과 접착제 상에 지지기판을 적층하는 단계 및 상기 몰리브덴 희생층을 식각하는 단계를 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 금속 박막은 금, 은, 백금, 구리, 알루미늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 감지막은 산화물 감지막, 바이오 수용체(Bio Receptor), 화학 수용체(Chemical Receptor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 지지기판은 유리 또는 실리콘 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 식각은 습식 식각인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 습식 식각은 H2O2 용액, H3PO4 + HNO3 + CH3COOH + H2O 혼합액, K3Fe(CN)6 + KOH + H2O 혼합액, HCl + H2O2 + H2O 혼합액 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 기판 상에 몰리브덴 희생층을 적층하는 단계, 상기 몰리브덴 희생층 상에 실리콘 산화물 박막을 적층하는 단계, 상기 실리콘 산화물 박막 상에 금속 박막을 적층하는 단계, 상기 금속 박막 상에 감지막을 적층하는 단계, 상기 감지막 상에 가스 투과 접착제를 적층하는 단계, 상기 가스 투과 접착제 상에 다수의 홀이 형성된 지지기판을 적층하는 단계 및 상기 몰리브덴 희생층을 식각하는 단계를 포함한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 금속 박막은 금, 은, 백금, 구리, 알루미늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 감지막은 산화물 감지막, 바이오 수용체(Bio Receptor), 화학 수용체(Chemical Receptor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 지지기판은 유리 또는 실리콘 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 식각은 습식 식각인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 습식 식각은 H2O2 용액, H3PO4 + HNO3 + CH3COOH + H2O 혼합액, K3Fe(CN)6 + KOH + H2O 혼합액, HCl + H2O2 + H2O 혼합액 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩은 실리콘산화물(SiO2) 박막, 금 또는 은 등의 귀금속 박막, 감지막, 가스 투과 접착제, 실리콘 또는 유리 지지 기판으로 이루어진 표면 플라즈모닉 센서 칩을 제공하여, 기존의 표면 플라즈모닉 센서 칩에서 두꺼운 기판으로 빛을 입사시킴으로써 발생하는 산란과 흡수에 따른 효율 감소를 줄이고, 금 또는 은 등과 같은 금속 나노 구조와 감지막이 짧은 길이의 소산파와의 커플링되는 효율을 향상시킴으로써 표면 플라즈모닉 센서의 성능을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 프리즘 커플러형 표면 플라즈모닉스 센서의 대표적인 구성도.
도 2는 광섬유 커플러형 표면 플라즈모닉스 센서의 대표적인 구성도.
도 3은 광도파로 커플러형 표면 플라즈모닉스 센서의 대표적인 구성도.
도 4는 회절격자 커플러형 표면 플라즈모닉스 센서의 대표적인 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩에 관한 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 감지물 투입경로용 홀(hole)과 감지물 퇴출경로용 홀(hole)이 있는 표면 플라즈모닉 센서 칩에 관한 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩의 제작에 관한 순서를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 감지물 투입경로용 홀(hole)과 감지물 퇴출경로용 홀(hole)이 있는 표면 플라즈모닉 센서의 제작에 관한 순서를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩을 이용한 표면 플라즈모닉 센서에 관한 구성도.
도 10은 본 발명에 따른 감지물 투입경로용 홀(hole)과 감지물 퇴출경로용 홀(hole)이 있는 표면 플라즈모닉 센서 칩을 이용한 표면 플라즈모닉 센서에 관한 구성도.
도 2는 광섬유 커플러형 표면 플라즈모닉스 센서의 대표적인 구성도.
도 3은 광도파로 커플러형 표면 플라즈모닉스 센서의 대표적인 구성도.
도 4는 회절격자 커플러형 표면 플라즈모닉스 센서의 대표적인 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩에 관한 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 감지물 투입경로용 홀(hole)과 감지물 퇴출경로용 홀(hole)이 있는 표면 플라즈모닉 센서 칩에 관한 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩의 제작에 관한 순서를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 감지물 투입경로용 홀(hole)과 감지물 퇴출경로용 홀(hole)이 있는 표면 플라즈모닉 센서의 제작에 관한 순서를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩을 이용한 표면 플라즈모닉 센서에 관한 구성도.
도 10은 본 발명에 따른 감지물 투입경로용 홀(hole)과 감지물 퇴출경로용 홀(hole)이 있는 표면 플라즈모닉 센서 칩을 이용한 표면 플라즈모닉 센서에 관한 구성도.
이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도 5 내지 도 10 을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩, 표면 플라즈모닉 센서 칩 제작 방법 및 표면 플라즈모닉 센서 칩을 이용한 표면 플라즈모닉 센서에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 프리즘 커플러형 표면 플라즈모닉스 센서의 대표적인 구성도이고, 도 2는 광섬유 커플러형 표면 플라즈모닉스 센서의 대표적인 구성도이고, 도 3은 광도파로 커플러형 표면 플라즈모닉스 센서의 대표적인 구성도이고, 도 4는 회절격자 커플러형 표면 플라즈모닉스 센서의 대표적인 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩에 관한 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 감지물 투입경로용 홀(hole)과 감지물 퇴출경로용 홀(hole)이 있는 표면 플라즈모닉 센서 칩에 관한 구성도이고, 도 7은 본 발명에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩의 제작에 관한 순서를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 감지물 투입경로용 홀(hole)과 감지물 퇴출경로용 홀(hole)이 있는 표면 플라즈모닉 센서의 제작에 관한 순서를 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩을 이용한 표면 플라즈모닉 센서에 관한 구성도이고, 도 10은 본 발명에 따른 감지물 투입경로용 홀(hole)과 감지물 퇴출경로용 홀(hole)이 있는 표면 플라즈모닉 센서 칩을 이용한 표면 플라즈모닉 센서에 관한 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩은 실리콘 산화물 박막(103), 상기 실리콘 산화물 박막 상부에 배치되는 금속 박막(104), 상기 금속 박막 상부에 배치되는 감지막(105), 상기 감지막 상부에 배치되고 상기 감지막의 중앙 부분을 제외한 둘레에 형성되는 가스 투과 접착제(106) 및 상기 가스 투과 접착제의 상부에 배치되는 지지기판(107)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 금속 박막(104)은 그 종류에 특별한 제한을 두는 것은 아니며, 바람직하게는 금, 은, 백금, 구리, 알루미늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 감지막(105)은 그 종류에 특별한 제한을 두는 것은 아니며, 바람직하게는 산화물 감지막, 바이오 수용체(Bio Receptor), 화학 수용체(Chemical Receptor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 지지기판(107)은 그 종류에 특별한 제한을 두는 것은 아니며, 바람직하게는 유리 또는 실리콘 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩은 실리콘 산화물 박막(103), 상기 실리콘 산화물 박막 상부에 배치되는 금속 박막(104), 상기 금속 박막 상부에 배치되는 감지막(105), 상기 감지막 상부에 배치되고 상기 감지막의 중앙 부분을 제외한 둘레에 형성되는 가스 투과 접착제(106) 및 상기 가스 투과 접착제의 상부에 배치되는 다수의 홀(108)이 형성된 지지기판(107)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 금속 박막(104)은 그 종류에 특별한 제한을 두는 것은 아니며, 바람직하게는 금, 은, 백금, 구리, 알루미늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 감지막(105)은 그 종류에 특별한 제한을 두는 것은 아니며, 바람직하게는 산화물 감지막, 바이오 수용체(Bio Receptor), 화학 수용체(Chemical Receptor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 지지기판(107)은 그 종류에 특별한 제한을 두는 것은 아니며, 바람직하게는 유리 또는 실리콘 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩의 제작방법은 기판(101) 상에 몰리브덴 희생층(102)을 적층하는 단계, 상기 몰리브덴 희생층 상에 실리콘 산화물 박막(103)을 적층하는 단계, 상기 실리콘 산화물 박막 상에 금속 박막(104)을 적층하는 단계, 상기 금속 박막 상에 감지막(105)을 적층하는 단계, 상기 감지막 상에 가스 투과 접착제(106)를 적층하는 단계, 상기 가스 투과 접착제 상에 지지기판(107)을 적층하는 단계 및 상기 몰리브덴 희생층을 식각하는 단계를 포함한다.
즉, 먼저 실리콘 (Si) 기판(101) 상에 순차적으로 몰리브덴(Mo) 희생층(102)과 실리콘 산화물(SiO2) 박막(103), 금 또는 은 등의 귀금속 박막(104), 감지막(105)을 형성한다. 다음으로 가스 투과 접착제(106)를 감지막의 중앙 부분을 제외한 둘레에 형성하고 그 위에 실리콘 또는 유리 지지 기판(107)를 부착한다.
그리고 실리콘 산화물(SiO2) 박막(103), 금 또는 은 등의 귀금속 박막(104), 감지막(105), 가스 투과 접착제(106), 실리콘 또는 유리 지지 기판(107)을 실리콘 (Si) 기판(101)과 분리해야 하는 데, 몰리브덴(Mo) 희생층(102)을 습식 식각을 통해 제거함으로써 표면 플라즈모닉 센서 칩(100)을 제작한다.
여기서 몰리브덴(Mo) 희생층(102)은 H2O2 용액, H3PO4 + HNO3 + CH3COOH + H2O 혼합액, K3Fe(CN)6 + KOH + H2O 혼합액, HCl + H2O2 + H2O 혼합액 등을 사용하여 식각할 수 있다.
이때, 상기 금속 박막(104)은 그 종류에 특별한 제한을 두는 것은 아니며, 바람직하게는 금, 은, 백금, 구리, 알루미늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 감지막(105)은 그 종류에 특별한 제한을 두는 것은 아니며, 바람직하게는 산화물 감지막, 바이오 수용체(Bio Receptor), 화학 수용체(Chemical Receptor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 지지기판(107)은 그 종류에 특별한 제한을 두는 것은 아니며, 바람직하게는 유리 또는 실리콘 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩의 제작방법은 기판(101) 상에 몰리브덴 희생층(102)을 적층하는 단계, 상기 몰리브덴 희생층 상에 실리콘 산화물 박막(103)을 적층하는 단계, 상기 실리콘 산화물 박막 상에 금속 박막(104)을 적층하는 단계, 상기 금속 박막 상에 감지막(105)을 적층하는 단계, 상기 감지막 상에 가스 투과 접착제(106)를 적층하는 단계, 상기 가스 투과 접착제 상에 다수의 홀(108)이 형성된 지지기판(107)을 적층하는 단계 및 상기 몰리브덴 희생층을 식각하는 단계를 포함한다.
즉, 먼저 실리콘 (Si) 기판(101) 상에 순차적으로 몰리브덴(Mo) 희생층(102)과 실리콘 산화물(SiO2) 박막(103), 금 또는 은 등의 귀금속 박막(104), 감지막(105)을 형성한다. 다음으로 가스 투과 접착제(106)를 감지막의 중앙 부분을 제외한 둘레에 형성하고 그 위에 홀(hole) (108)이 있는 실리콘 또는 유리 지지 기판(107)를 부착한다.
그리고 실리콘 산화물(SiO2) 박막(103), 금 또는 은 등의 귀금속 박막(104), 감지막(105), 가스 투과 접착제(106), 실리콘 또는 유리 지지 기판(107)을 실리콘 (Si) 기판(101)과 분리해야 하는 데, 몰리브덴(Mo) 희생층(102)을 습식 식각을 통해 제거함으로써 표면 플라즈모닉 센서 칩(100)을 제작한다.
여기서 몰리브덴(Mo) 희생층(102)은 H2O2 용액, H3PO4 + HNO3 + CH3COOH + H2O 혼합액, K3Fe(CN)6 + KOH + H2O 혼합액, HCl + H2O2 + H2O 혼합액 등을 사용하여 식각할 수 있다.
이때, 상기 금속 박막(104)은 그 종류에 특별한 제한을 두는 것은 아니며, 바람직하게는 금, 은, 백금, 구리, 알루미늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 감지막(105)은 그 종류에 특별한 제한을 두는 것은 아니며, 바람직하게는 산화물 감지막, 바이오 수용체(Bio Receptor), 화학 수용체(Chemical Receptor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 지지기판(107)은 그 종류에 특별한 제한을 두는 것은 아니며, 바람직하게는 유리 또는 실리콘 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩을 이용한 표면 플라즈모닉 센서는 상기 표면 플라즈모닉 센서 칩(100)을 구비하고, 상기 표면 플라즈모닉 센서 칩(100)은 클래드(Clad, 303)의 일부가 제거되어 코어(Core, 304)가 노출된 광섬유(302)의 일측에 배치되고, 상기 광섬유(302)는 실리카 블록(301)에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.
즉, 광섬유 커플러형 표면 플라즈모닉 센서 플랫폼(300) 상에 표면 플라즈모닉 센서 칩(100)을 위치시키는 구조이다. 여기서 광섬유 커플러형 표면 플라즈모닉 센서 플랫폼(300)의 제작 방법에 대해 기술하면, 광섬유(302)를 고정할 수 있는 홈이 있는 실리카 블록 (Silica Block) (301)에 광섬유(302)를 고정한다. 그리고 광섬유(302)가 고정되어 있는 부분의 실리카 블록 (Silica Block) (301)과 광섬유(302)를 함께 연마하여, 클래드 (Clad) (303)를 제거하고 코어 (Core) (304)를 노출시켜서 제작한다.
광섬유 커플러형 표면 플라즈모닉 센서를 이용한 센서 활용 예에 대해 기술하면, 광섬유 커플러형 표면 플라즈모닉 센서 플랫폼(300) 상에 표면 플라즈모닉 센서 칩(100)을 위치하고 기체 상태의 감지물을 가스 투과 접착제(106)가 형성되어 있는 일면으로 투입하고, 그 반대 일면으로 퇴출시키게 한다. 이때 기체 상태의 감지물과의 반응으로 감지막(105)의 특성 변화, 즉 굴절률의 변화가 생기고, 광섬유(302)를 통해 입사된 빛의 소산파가 표면 플라즈모닉 센서 칩(100)과 커플링 되어 출력되는 빛의 특성 변화를 분석함으로써 센서로 활용되게 된다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 플라즈모닉 센서 칩을 이용한 표면 플라즈모닉 센서는 상기 표면 플라즈모닉 센서 칩(110)을 구비하고, 상기 표면 플라즈모닉 센서 칩(100)은 클래드(Clad, 303)의 일부가 제거되어 코어(Core, 304)가 노출된 광섬유(302)의 일측에 배치되고, 상기 광섬유(302)는 실리카 블록(301)에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.
즉, 광섬유 커플러형 표면 플라즈모닉 센서 플랫폼(300) 상에 표면 플라즈모닉 센서 칩(100)을 위치시키는 구조이다. 여기서 광섬유 커플러형 표면 플라즈모닉 센서 플랫폼(300)의 제작 방법에 대해 기술하면, 광섬유(302)를 고정할 수 있는 홈이 있는 실리카 블록 (Silica Block) (301)에 광섬유(302)를 고정한다. 그리고 광섬유(302)가 고정되어 있는 부분의 실리카 블록 (Silica Block) (301)과 광섬유(302)를 함께 연마하여, 클래드 (Clad) (303)를 제거하고 코어 (Core) (304)를 노출시켜서 제작한다.
광섬유 커플러형 표면 플라즈모닉 센서를 이용한 센서 활용 예에 대해 기술하면, 광섬유 커플러형 표면 플라즈모닉 센서 플랫폼(300) 상에 홀이 있는 표면 플라즈모닉 센서 칩(110)을 위치하고 액체 상태의 감지물을 홀(hole) (108)이 있는 실리콘 또는 유리 지지 기판(107)의 한쪽 홀(hole)로 투입하고, 또 다른 쪽 홀(hole) 퇴출시키게 한다. 이때 액체 상태의 감지물과의 반응으로 감지막(105)의 특성 변화, 즉 굴절률의 변화가 생기고, 광섬유(302)를 통해 입사된 빛의 소산파가 홀이 있는 표면 플라즈모닉 센서 칩(110)과 커플링 되어 출력되는 빛의 특성 변화를 분석함으로써 센서로 활용되게 된다.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
100 : 표면 플라즈모닉 센서 칩
110 : 표면 플라즈모닉 센서 칩
101 : 실리콘 (Si) 기판
102 : 몰리브덴(Mo) 희생층
103 : 실리콘산화물(SiO2) 박막
104 : 금속 박막
105 : 감지막
106 : 가스 투과 접착제 (Gas permeable adhesive seal)
107 : 지지기판 (Si, glass 등)
108 : 홀 (Hole)
300 : 광섬유 커플러형 표면 플라즈모닉 센서 플랫폼
301 : 실리카 블록 (Silica Block)
302 : 광섬유
303 : 클래드 (Clad)
304 : 코어 (Core)
110 : 표면 플라즈모닉 센서 칩
101 : 실리콘 (Si) 기판
102 : 몰리브덴(Mo) 희생층
103 : 실리콘산화물(SiO2) 박막
104 : 금속 박막
105 : 감지막
106 : 가스 투과 접착제 (Gas permeable adhesive seal)
107 : 지지기판 (Si, glass 등)
108 : 홀 (Hole)
300 : 광섬유 커플러형 표면 플라즈모닉 센서 플랫폼
301 : 실리카 블록 (Silica Block)
302 : 광섬유
303 : 클래드 (Clad)
304 : 코어 (Core)
Claims (6)
- 기판 상에 몰리브덴 희생층을 적층하는 단계;
상기 몰리브덴 희생층 상에 실리콘 산화물 박막을 적층하는 단계;
상기 실리콘 산화물 박막 상에 금속 박막을 적층하는 단계;
상기 금속 박막 상에 감지막을 적층하는 단계;
상기 감지막 상에 가스 투과 접착제를 적층하는 단계;
상기 가스 투과 접착제 상에 다수의 홀이 형성된 지지기판을 적층하는 단계; 및
상기 몰리브덴 희생층을 식각하는 단계를 포함하는 표면 플라즈모닉 센서 칩의 제작 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 금속 박막은 금, 은, 백금, 구리, 알루미늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈모닉 센서 칩의 제작 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 감지막은 산화물 감지막, 바이오 수용체(Bio Receptor), 화학 수용체(Chemical Receptor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈모닉 센서 칩의 제작 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 지지기판은 유리 또는 실리콘 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈모닉 센서 칩의 제작 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 식각은 습식 식각인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈모닉 센서 칩의 제작 방법. - 제 5항에 있어서,
상기 습식 식각은 H2O2 용액, H3PO4 + HNO3 + CH3COOH + H2O 혼합액, K3Fe(CN)6 + KOH + H2O 혼합액, HCl + H2O2 + H2O 혼합액 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합에 의해 이루어지는 표면 플라즈모닉 센서 칩의 제작 방법.
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| KR1020160001068A KR101686396B1 (ko) | 2016-01-05 | 2016-01-05 | 표면 플라즈모닉 센서 칩의 제작 방법 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2009068846A (ja) * | 2007-09-10 | 2009-04-02 | Rohm Co Ltd | 表面プラズモン共鳴センサおよびバイオチップ |
| KR20090086860A (ko) * | 2008-02-11 | 2009-08-14 | 주식회사 엑스엘 | 표면 플라즈몬 공명 광센서 |
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- 2016-01-05 KR KR1020160001068A patent/KR101686396B1/ko active IP Right Grant
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| KR20090086860A (ko) * | 2008-02-11 | 2009-08-14 | 주식회사 엑스엘 | 표면 플라즈몬 공명 광센서 |
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| A107 | Divisional application of patent | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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