KR20180019432A - 나노부유구조의 다중센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 여러 나노부유구조 채널들을 에스(S)자 형 미세유체채널로 연결하고, 각 미세유체채널은 각 나노부유구조 채널들과 수직으로 연결됨으로써 유체의 흐름이 나노부유구조를 강제적으로 통과하도록 하고, 한 개 또는 여러 개의 나노부유구조 채널을 포함하는 각 단위 센서에는 서로 다른 수용물질들이 각각 고정되어 있고, 미세유체 흐름이 수직으로 관통할 때 각 단위 센서에서는 해당되는 표적물질을 물리적 및 화학적으로 포획함으로써 동시에 다중 표적물질들을 감지할 수 있도록 하는 나노부유구조의 다중센서 및 그 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 나노부유구조의 다중센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 블록 단위로 단위 센서를 정의하고, 단위 센서는 한 개 혹은 여러 개의 나노부유구조 채널이 포함될 수 있으며, 여러 단위 센서는 미세유체채널로 연결된 상태에서, 미세유체 채널을 통한 표적물질을 포함한 유체의 흐름이 각 단위 센서에 대해 수직 방향이 되도록 구현하고, 유체 흐름이 각 단위 센서를 통과할 때 각 단위 센서는 해당 표적물질을 물리적 및 화학적으로 포획함으로써 동시 다중 감지 능력 및 감도 특성을 향상시킬 수 있는 나노부유구조의 다중센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 나노 구조체를 이용한 각종 바이오 센서, 화학 센서, 환경 센서 중 전기화학적 원리를 바탕으로 한 센서 소자들은 감지표면에 표적물질(target molecule)과 선택적으로 반응하는 수용물질을 일련의 화학반응을 이용하여 고정하고, 고정된 수용물질이 표적물질과 선택적으로 반응하여 표적물질을 포획할 때에 포획된 표적물질의 전하에 의해 센서의 전기전도도가 변하는 것을 이용하여 표적물질을 감지한다.
이러한 전기화학 센서는 실시간 화학물질 감별 및 질병진단을 목적으로 미세유체 제어 장치와 결합한 랩온어칩 형태로 제작되는 것이 일반적이다.
랩온어칩 형태의 센서의 감도는 미세유체채널을 통해 감지표면까지 전달되고 감지표면에서 수용물질과 반응하는 표적물질의 절대량에 의해 결정된다. 종래의 랩온어칩 형태의 나노구조체 센서는 유체 흐름이 센서의 반도체 기판과 평행(lateral) 방향으로 형성되고 감지면적이 수 제곱 마이크론에서 수 제곱 나노미터 밖에 되지 않기 때문에 반응에 많은 시간이 소요되고 수용물질과 반응하는 표적물질의 절대량이 제한적이어서 반응 감도가 떨어지게 된다.
일반적으로 다중 센서는 서로 다른 수용물질이 고정된 여러 센서를 평행하게 나열하고, 별도의 유체채널을 제작한 후 이들을 결합하는 형태로 제작된다. 그러나 이와 같은 방법으로 다중 센서를 제작할 경우 칩과 유체채널을 결합하기 위한 부수적인 작업이 필요하므로 제조 공정이 복잡할 뿐만 아니라 시스템의 소형화에 어려움이 있다.
또한 단위 센서들이 미세유체채널과 수평(lateral)으로 배치될 경우, 유체의 흐름이 센서들과 수평 방향으로 형성되기 때문에 각 센서의 수용물질들이 유체내의 해당 표적물질을 포획하는 확률도 감소하게 된다.
따라서 다중 센서의 저가화 및 소형화를 위해서는 다중 센서와 미세유체채널의 제조 공정을 일원화할 필요가 있다. 또한, 다중 센서들의 감도를 향상시키기 위해서는 감지 표면에 도달하는 표적물질의 절대량을 증가시키고 각 수용물질과 표적물질이 반응할 확률을 늘려 감지 시간을 줄일 수 있는 구조의 개발이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 적어도 하나 이상의 나노부유구조 채널을 포함하여 블록단위로 형성된 복수 개의 단위센서를 에스(S)자 형태로 된 하나의 미세유체채널로 연결시킴으로써 동시에 다중 감지가 가능하며, 나노부유구조의 크기를 조절하고 유체의 흐름이 나노부유구조 채널에 대해 수직 방향으로 형성되도록 하여 표적물질을 물리적 화학적으로 포획함으로써 감도가 향상되고 감지시간이 줄어들 수 있는 나노부유구조의 다중센서를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 복수개의 단위 센서들과 하나의 미세유체채널의 제조 공정을 일원화하여 센서의 크기를 감소시키고 제조비용을 절감할 수 있는 나노부유구조의 다중센서의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 나노부유구조의 다중센서는, 실리콘 기판의 상부에 형성된 적어도 한 세트의 소스 및 드레인 배열의 사이에 형성된 적어도 하나 이상의 나노부유구조 채널을 포함하여 형성된 단위센서를 복수개 구비하는 미세유체채널을 구비하며, 표적물질을 포함하는 유체가 상기 단위센서 내의 상기 나노부유구조 채널에 대해 수직 방향으로 통과하면서 상기 나노부유구조 채널에 고정된 수용물질에 의해 상기 표적물질이 포획되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 나노부유구조의 다중센서의 제조방법은, 실리콘 기판과 하부 절연층 및 반도체 채널층이 적층되어 형성된 반도체 기판에 적어도 한 세트의 소스 및 드레인 배열을 형성하고 상기 소스 및 드레인 배열의 사이에 나노부유구조 채널을 형성하여 센서의 몸체를 형성하는 센서몸체 형성단계; 상기 실리콘 기판의 하부를 식각하여 하부 미세유체채널을 형성하는 하부 미세유체채널 형성단계; 상기 하부 절연층을 식각하여 상기 나노부유구조 채널과 상기 하부 미세유체채널을 서로 연결시키는 하부 미세유체채널 연결단계; 적어도 하나의 상기 나노부유구조 채널 표면에 게이트 절연층을 형성하는 게이트 절연층 형성단계; 상기 소스 및 드레인 배열과 상기 반도체 기판에 전극층을 형성하는 전극층 형성단계; 상기 소스 및 드레인 배열영역의 전극과 미세유체를 전기적으로 절연시키기 위해 상부 절연층을 형성하는 상부 절연층 형성단계; 상기 상부 절연층 위에 상부 지지층을 형성하여 상부 미세유체채널을 형성하는 상부 미세유체채널 형성단계; 노출된 상기 게이트 절연층에 표적물질을 포획할 수 있는 수용물질을 단위 센서 단위로 순차적으로 부착하는 수용물질 부착단계; 상기 실리콘 기판 아래에 하부 기판을 부착하고 상기 상부 지지층 위에 상부 기판을 부착하는 상부 및 하부 기판 부착단계; 상기 상부 기판 또는 상기 하부 기판에 적어도 하나의 미세유체채널 입구 및 적어도 하나의 미세유체채널 출구를 형성하는 입구 및 출구 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 나노부유구조의 다중센서 및 그 제조방법에 의하면, 하나의 기판 상에 두 단위 이상 수평 방향 나노부유구조 채널과 그들을 수직 방향으로 연결하는 미세유체채널을 동시에 집적할 수 있고, 목적에 따라 다중 수용물질을 각 단위 센서에 부착하여 각 단위 센서 들이 동시에 해당된 표적물질을 감지할 수 있으며 이를 통해 다중센서의 소형화, 동시 다중화 및 반도체 공정의 단순화를 통한 제품의 저가격화를 이룰 수 있다.
또한, 각 단위 센서의 나노부유구조의 단위 크기를 조절하여 단위 센서의 감지 표면에서 표적물질을 물리적으로 포획하고, 이차적으로 수용물질에 의해 표적물질을 화학적으로 포획함으로써, 수용물질과 표적물질이 반응하는 기회가 늘어나 감도가 향상되고 감지 시간이 짧아지며, 동시에 극소량의 표적물질도 감지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노부유구조의 다중센서 구조를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 나노부유구조의 다중센서의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 나노부유구조의 다중센서의 제조방법의 공정 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 나노부유구조의 다중센서의 제조과정을 보여주는 단면도 및 평면도이다.
도 2는 도 1에 따른 나노부유구조의 다중센서의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 나노부유구조의 다중센서의 제조방법의 공정 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 나노부유구조의 다중센서의 제조과정을 보여주는 단면도 및 평면도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노부유구조의 다중센서 구조를 보여주는 사시도이고 도 2는 도 1에 따른 나노부유구조의 다중센서의 단면을 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 나노부유구조의 다중센서는 실리콘 기판(10)의 상부에 형성된 적어도 한 세트의 소스 및 드레인 배열의 사이에 형성된 적어도 하나 이상의 나노부유구조 채널을 포함하여 형성된 단위센서를 복수개 구비하는 미세유체채널을 구비하며, 표적물질을 포함하는 유체가 상기 단위센서 내의 상기 나노부유구조 채널에 대해 수직 방향으로 통과하면서 상기 나노부유구조 채널에 고정된 수용물질에 의해 상기 표적물질이 포획되도록 형성된다.
본 발명에서 미세유체채널이란 미세유체채널 입구로부터 미세유체채널 출구까지 복수의 나노부유구조 채널을 수직 방향으로 통과하면서 유체가 흐르는 경로를 의미하며 유체는 표적물질을 포함하고 있다. 또한 한 개 이상의 나노부유구조 채널이 포함된 블록단위를 하나의 단위센서로 정의하며, 각 단위센서에는 서로 다른 표적물질을 포획할 수 있도록 수용물질이 부착되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면 나노부유구조 채널(20) 아래의 실리콘 기판(10)이 습식 또는 건식식각을 통해 제거되어 하부 미세유체채널(32)이 수평 또는 수직 방향으로 형성되어 있으며, 나노부유구조 채널(20)위에는 상부 지지층(17)이 적층 형성됨으로써, 상부 미세유체채널(31)이 수평 또는 수직 방향으로 형성되어 있음을 알 수 있다.
즉, 상기 미세유체채널(35)은 상기 나노부유구조 채널(20)과 상부 기판(18) 사이에 형성된 상부 미세유체채널(31)과, 상기 나노부유구조 채널(20) 및 상기 실리콘 기판(10)과 하부 기판(19) 사이에 형성된 하부 미세유체채널(32)이 에스(S)자 형태로 연결되어 있다.
상기 복수개의 단위센서 내의 나노부유구조 채널(20)에는 동일한 종류의 수용물질이 고정되거나 서로 다른 표적물질과 선택적으로 반응할 수 있도록 서로 다른 종류의 수용물질이 고정될 수 있다.
상기 나노부유구조 채널은 상기 단위센서 별로 포획되는 상기 표적물질의 전기화학적 특성에 따라 n형 또는 p형으로 도핑하거나 진성(intrinsic)으로 구현할 수 있다.
상기 나노부유구조 채널의 나노부유구조는 직선형, 원형, 마름모형, 사각형, 삼각형, 벌집형 중 어느 하나의 형상 또는 적어도 어느 하나 이상을 혼합한 형상으로 제작하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 나노부유구조의 형태의 크기는 형태의 중심에서 교차점까지의 길이가 5nm 내지 100μm인 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 나노부유구조의 다중센서의 제조방법의 공정 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 나노부유구조의 다중센서의 제조과정을 보여주는 단면도 및 평면도이다.
도 3 및 도 4을 참고하면 본 발명의 일실시예에 따른 나노부유구조의 다중센서의 제조방법은 센서몸체 형성단계(S100), 하부 미세유체채널 형성단계(S200), 하부 미세유체채널 연결단계(S300), 게이트 절연층 형성단계(S400), 전극층 형성단계(S500), 상부 절연층 형성단계(S600), 상부 미세유체채널 형성단계(S700), 수용물질 부착단계(S800), 상부 및 하부 기판 부착단계(S900) 및 입구 및 출구 형성단계(S1000)를 구비한다.
상기 센서몸체 형성단계(S100)에서는 실리콘 기판(10)과 하부 절연층(11) 및 반도체 채널층(12)이 적층되어 형성된 반도체 기판에 적어도 한 세트의 소스 및 드레인 배열을 형성하고 상기 소스 및 드레인 배열의 사이에 나노부유구조 채널(20)을 형성하여 센서의 몸체를 형성한다.
실리콘 기판(10)의 상부에 하부 절연층(11)과 나노부유구조 채널(20)이 형성되는 반도체 채널층(12)을 적층시킨다. 즉, 나노부유구조 채널(20)이 형성되는 반도체 채널층(12)과 실리콘 기판(10) 사이에 반도체 채널층(12)과 선택적으로 식각되어 제거될 수 있는 절연물질로 이루어진 하부 절연층(11)을 형성하는 것이 바람직하다.(도 4a)
이어서 리소그래피, 스테퍼, 나노임프린트 또는 스캐너 공정을 이용하여 최상부의 반도체 채널층(12)에 소스(S), 드레인(D) 배열 및 나노부유구조 채널(20)을 패터닝한 후 습식식각 또는 건식식각 공정을 통하여 센서의 몸체를 형성한다.(도 4b)
이때, 나노부유구조 채널(20)은 표적물질 또는 제거하고자 하는 생체물질의 모양 및 크기에 따라 표적물질이 반도체 채널층(12) 아래로 빠져나가지 못하게 하는 물리적 역할을 할 수 있다. 따라서 나노부유구조 채널(20)의 형태는 직선형, 원형, 마름모형, 사각형, 삼각형 및 벌집형 등 여러 형태 중에서 어느 한 형태 또는 몇 개의 형태를 혼합하여 반복된 형태로 구현하는 것이 바람직하다.
또한 반도체 공정상의 한계와 나노부유구조 채널(20)을 형성하고 있는 나노선의 물리적 안정성을 고려했을 때 나노부유구조 형태의 크기는 표적물질의 크기에 따라 5nm ~100μm까지 조절 가능하도록 제조할 수 있다.
한편, 상기 식각공정을 통하여 형성된 소스와 드레인 배열 영역의 전기전도도를 높이기 위한 이온 주입 과정은 당업자에게 잘 알려진 사항이므로 자세한 설명은 생략한다.
하부 미세유체채널 형성단계(S200)에서는 상기 실리콘 기판(10)의 하부를 식각하여 하부 절연층(11)의 아래에 하부 미세유체채널(32)을 수평 또는 수직 방향으로 형성한다.
즉, 실리콘 기판(10)의 뒷면에 미세유체채널 패턴을 형성한 후 하부 절연층(11) 아래의 실리콘 기판(10)을 습식식각, 건식식각 또는 습식과 건식식각 혼합 방법을 통해 식각하여 하부 미세유체채널(32)을 형성한다. 이때 미세유체채널(35)을 위한 하부 미세유체채널(32)은 수평 또는 수직 방향으로 형성되어야 하므로, 상기 리소그래피와 식각 공정을 한번 또는 두 번에 거쳐 진행할 수 있다.(도 4c)
하부 미세유체채널 연결단계(S300)는 상기 하부 절연층을 식각하여 상기 나노부유구조 채널(20)과 상기 하부 미세유체채널(32)을 서로 연결시킨다.
즉, 습식식각 또는 건식식각 공정을 이용하여 나노부유구조 채널(20) 아래의 하부 절연층(11)을 수직 방향으로 뚫어 나노부유구조 채널(20)과 하부 미세유체채널(32)이 연결시킨다.(도 4d)
게이트 절연층 형성단계(S400)에서는 적어도 하나의 상기 나노부유구조 채널(20) 표면에 게이트 절연층을 형성한다.
나노부유구조 채널(20) 표면에 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 하프늄 옥사이드, 알루미늄 옥사이드와 같은 고유전율 절연막 또는 자연산화막 등의 절연물질을 이용하여 게이트 절연층(13)을 형성하여 나노부유구조 채널(20)을 외부의 용액으로부터 전기적으로 절연시킨다. 게이트 절연층(13)의 표면에는 센서에 필수 요소인 수용물질(41)의 부착에 필요한 화학기가 존재한다. 한편, 사용상의 필요에 따라 특정 단위 센서는 게이트 절연층(13)을 형성하지 않고 센서로 사용할 수도 있다.(도 4e)
전극층 형성단계(S500)는 상기 소스 및 드레인 배열과 상기 반도체 기판에 전극층을 형성한다.
게이트 절연층 형성단계(S400)에서 나노부유구조 채널(20) 영역 외에 소스와 드레인 배열 영역 상부에도 게이트 절연층(13)이 형성되므로, 소스(S) 및 드레인(D) 배열 상부에 전극층(14)을 형성하기 위해서는 해당 소스(S)와 드레인(D) 배열 영역 상부에 형성된 게이트 절연층(13)을 제거하는 식각공정이 선행되어야 한다. 이어서 소스(S) 및 드레인(D) 배열 상부에 전극층(14)을 형성한다.
한편, 전극층 형성단계(S500) 이후 필요에 따라 기판의 절연막 위에 별도의 전극을 추가로 형성하여 용액에 노출되어 직접 전위를 인가할 수 있는 수중 게이트(15)를 형성하는 수중게이트 형성단계(S500-1)를 더 포함할 수 있으며, 또한 필요에 따라 수중 게이트(15)를 형성하지 않고 센서로 사용할 수도 있다.(도 4f)
상부 절연층 형성단계(S600)에서는 상기 소스 및 드레인 배열영역의 전극과 미세유체를 전기적으로 절연시키기 위해 상부 절연층(16)을 형성한다. 이때 감지가 일어나는 나노부유구조 채널(20)의 게이트 절연층(13)과 수중 게이트(15) 전극 부분은 유체에 노출될 수 있다.(도 4g)
상부 미세유체채널 형성단계(S700)는 상부 절연층(16) 위에 상부 지지층(17)을 적어도 한 층 이상 적층하여 상부 미세유체채널을 수평 또는 수직 방향으로 형성한다.
반도체 채널층(12) 상부에서 수평 방향으로 유체 통로를 형성하고, 반도체 채널층(12) 상부에서 수직 방향으로 나노부유구조 채널(20)까지 유체를 전달하도록, 상부 절연층(16) 위에 상부 지지층(17)을 적층하여 상부 미세유체채널(31)을 형성한다. 이때 상부 지지층(17)은 리소그래피 공정, 습식식각 또는 건식식각 공정을 이용하여 상부 미세유체채널(31)의 패턴을 형성할 수 있다.(도 4h)
수용물질 부착단계(S800)에서는 노출된 상기 나노부유구조 채널(20)의 게이트 절연층(13)에 외부로부터 주입되는 표적물질을 포획할 수 있는 수용물질(41)을 단위 센서 단위로 순차적으로 부착하여 고정시킨다.
이때, 다중 센서의 목적에 따라 한 종류의 수용물질(41)을 한 단위 센서에 포함된 한 개 또는 여러 개의 나노부유구조 채널(20)에 고정할 수 있다. 또한 여러 종류의 수용물질(41)을 단위 센서 별로 고정시키고 다중 센서를 형성할 수도 있다.(도 4i)
상부 및 하부 기판 부착단계(S900)에서는 상기 실리콘 기판 아래에 하부 기판을 부착하고 상기 상부 지지층 위에 상부 기판을 부착한다.
상부 지지층(17)의 상부에 접착물질을 도포하고 상부 기판(18)을 상부 지지층(17)의 상부에 부착하고, 실리콘 기판(10)의 하부에 접착 물질을 도포하고 하부 기판(19)을 실리콘 기판(10)의 하부에 부착한다. 이때 접착물질은 스핀 코팅이 가능하고 전기 절연성이 좋고, 열적으로 안정된 물질을 사용하거나 플라즈마를 활용한 표면처리를 하는 것이 바람직하다. 또한 접착물질은 벤조사이클로부텐인(benzocyclobutene)과 같이 상온에서 고체를 형성하고 고온에서 접착성이 생기는 물질을 포함하는 것이 좋다.(도 4j)
입구 및 출구 형성단계(S1000)는 상기 상부 기판 또는 상기 하부 기판에 적어도 하나의 미세유체채널 입구 및 적어도 하나의 미세유체채널 출구를 형성한다.
상부 기판(18) 위에 리소그래피 공정을 통해 미세유체채널 입구(33) 및 미세유체채널 출구(34) 패턴을 형성한 후 상부 기판(18)을 습식식각 또는 건식식각 공정방법을 이용하여 반도체 채널층(12)과 수직 방향으로 뚫어 미세유체채널 입구(33) 및 미세유체채널 출구(34)를 각각 한 개 또는 여러 개로 형성한다.
필요에 따라 상기 리소그래피 공정과 식각 공정 방법을 이용하여, 미세유체채널 입구(33)와 미세유체채널 출구(34)를 모두 상부 기판(18) 또는 하부 기판(19)에 형성할 수도 있고, 상부 기판(18)에는 미세유체채널 입구(33)를 형성하고 하부 기판(19)에는 미세유체채널 출구(34)를 형성할 수도 있으며, 상부 기판(18)에는 미세유체채널 출구(34)를 형성하고 하부 기판(19)에는 미세유체채널 입구(33)를 형성할 수도 있다.(도 4k)
상술한 바와 같이 본 발명은 복수 개의 나노부유구조 채널 들을 에스(S)자 형태의 미세유체채널로 연결하고, 미세유체채널을 통해 흐르는 유체가 나노부유구조 채널들에 대해 수직으로 통과하도록 하여 유체에 포함된 표적물질들이 나노부유구조 채널에 고정된 수용물질에 물리적 및 화학적으로 포획되도록 하여 센서의 감도 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 나노부유구조 채널을 포함하는 단위 센서에 서로 다른 수용물질을 고정시킴으로써 유체 흐름이 나노부유구조 채널에 대해 수직으로 관통할 때 각 단위센서에서는 해당되는 표적물질을 물리적 및 화학적으로 포획함으로써 동시에 다중의 표적물질들을 감지할 수 있는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10 : 실리콘 기판
11 : 하부 절연층
12 : 반도체 채널층 13 : 게이트 절연층
14 : 전극층 15 : 수중 게이트
16 : 상부 절연층 17 : 상부 지지층
18 : 상부 기판 19 : 하부 기판
20 : 나노부유구조 채널 31 : 상부 미세유체채널
32 : 하부 미세유체채널 33 : 미세유체채널 입구
34 : 미세유체채널 출구 35 : 미세유체채널
41 : 수용물질
12 : 반도체 채널층 13 : 게이트 절연층
14 : 전극층 15 : 수중 게이트
16 : 상부 절연층 17 : 상부 지지층
18 : 상부 기판 19 : 하부 기판
20 : 나노부유구조 채널 31 : 상부 미세유체채널
32 : 하부 미세유체채널 33 : 미세유체채널 입구
34 : 미세유체채널 출구 35 : 미세유체채널
41 : 수용물질
Claims (20)
- 실리콘 기판의 상부에 형성된 적어도 한 세트의 소스 및 드레인 배열의 사이에 형성된 적어도 하나 이상의 나노부유구조 채널을 포함하여 형성된 단위센서를 복수개 구비하는 미세유체채널을 구비하며, 표적물질을 포함하는 유체가 상기 단위센서 내의 상기 나노부유구조 채널에 대해 수직 방향으로 통과하면서 상기 나노부유구조 채널에 고정된 수용물질에 의해 상기 표적물질이 포획되도록 형성된 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서.
- 제 1항에 있어서, 상기 미세유체채널은
상기 나노부유구조 채널과 상부 기판 사이에 형성된 상부 미세유체채널; 및
상기 실리콘 기판과 하부 기판 사이에 형성된 하부 미세유체채널;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서. - 제 2항에 있어서, 상기 미세유체채널은
상기 상부 미세유체채널, 상기 나노부유구조 채널 및 상기 하부 미세유체채널이 에스(S)자 형태로 연결된 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서. - 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 단위센서에는
동일한 종류의 수용물질이 고정되거나 서로 다른 표적물질과 선택적으로 반응할 수 있도록 서로 다른 종류의 수용물질이 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서. - 제 1항에 있어서, 상기 나노부유구조 채널의 나노부유구조는
직선형, 원형, 마름모형, 사각형, 삼각형, 벌집형 중 어느 하나의 형상 또는 적어도 어느 하나 이상을 혼합한 형상인 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서. - 제 5항에 있어서, 상기 나노부유구조의 형태의 크기는
형태의 중심에서 교차점까지의 길이가 5nm 내지 100μm인 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서. - 제 1항에 있어서, 상기 나노부유구조 채널은
상기 실리콘 기판의 수직방향으로 적어도 한 층 이상 적층하여 형성된 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서. - 제 1항에 있어서, 상기 나노부유구조 채널은
상기 단위센서 별로 포획되는 상기 표적물질의 전기화학적 특성에 따라 n형 또는 p형으로 도핑하거나 진성(intrinsic)으로 구현하는 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서. - 제 1항에 있어서, 상기 나노부유구조 채널은
표면에 게이트 절연층이 형성된 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서. - 제 9항에 있어서, 상기 게이트 절연층은
실리콘 산화층, 실리콘 질화층, 고유전율 절연층, 폴리머층 또는 자연 산화층 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서. - 제 1항에 있어서,
상기 실리콘 기판의 상부에 형성된 하부절연층;
상기 하부절연층의 상부에 위치하고 상기 나노부유구조 채널이 형성되는 반도체 채널층;
상기 반도체 채널층 중 상기 나노부유구조 채널이 형성되지 않은 곳의 상부에 형성된 전극층;
상기 전극층의 상부에 형성된 상부절연층;
상기 상부절연층의 상부에 형성된 상부지지층;
상기 상부지지층의 상부에 형성되는 상부기판; 및
상기 실리콘 기판의 하부에 형성된 하부기판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서. - 제 11항에 있어서,
상기 반도체 채널층의 상부와 상기 상부기판의 사이에 수평방향으로 상부 미세유체채널이 형성되고, 상기 실리콘 기판과 상기 하부기판의 사이에 수평방향으로 하부 미세유체채널이 형성되며, 상기 상부 미세유체채널과 나노부유구조 채널 및 하부유체채널은 에스(S)자 형태로 연결된 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서. - 제 11항에 있어서, 상기 나노부유구조 채널은
상기 상부 절연층의 상부, 상기 하부 절연층의 상부, 상기 하부 기판의 상부 또는 상기 상부 기판의 하부 중 적어도 어느 한곳에 형성되어 상기 유체를 통해 전위를 인가하는 수중 게이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서. - 나노부유구조의 다중센서의 제조방법에 있어서,
실리콘 기판과 하부 절연층 및 반도체 채널층이 적층되어 형성된 반도체 기판에 적어도 한 세트의 소스 및 드레인 배열을 형성하고 상기 소스 및 드레인 배열의 사이에 나노부유구조 채널을 형성하여 센서의 몸체를 형성하는 센서몸체 형성단계;
상기 실리콘 기판의 하부를 식각하여 하부 미세유체채널을 형성하는 하부 미세유체채널 형성단계;
상기 하부 절연층을 식각하여 상기 나노부유구조 채널과 상기 하부 미세유체채널을 서로 연결시키는 하부 미세유체채널 연결단계;
상기 소스 및 드레인 배열과 상기 반도체 기판에 전극층을 형성하는 전극층 형성단계;
상기 소스 및 드레인 배열영역의 전극과 미세유체를 전기적으로 절연시키기 위해 상부 절연층을 형성하는 상부 절연층 형성단계;
상기 상부 절연층 위에 상부 지지층을 형성하여 상부 미세유체채널을 형성하는 상부 미세유체채널 형성단계;
상기 나노부유구조 채널에 표적물질을 포획할 수 있는 수용물질을 단위 센서 단위로 순차적으로 부착하는 수용물질 부착단계;
상기 실리콘 기판 아래에 하부 기판을 부착하고 상기 상부 지지층 위에 상부 기판을 부착하는 상부 및 하부 기판 부착단계;
상기 상부 기판 또는 상기 하부 기판에 적어도 하나의 미세유체채널 입구 및 적어도 하나의 미세유체채널 출구를 형성하는 입구 및 출구 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서의 제조방법.
- 제 14항에 있어서, 상기 입구 및 출구 형성단계는
상기 상부 기판에 상기 미세유체채널 입구를 형성하고 상기 하부 기판에 상기 미세유체채널 출구를 형성하거나,
상기 상부 기판에 상기 미세유체채널 출구를 형성하고 상기 하부 기판에 상기 미세유체채널 입구를 형성하거나,
상기 상부 기판에 상기 미세유체채널 입구 및 상기 미세유체채널 출구를 모두 형성하거나,
상기 하부 기판에 상기 미세유체채널 입구 및 상기 미세유체채널 출구를 모두 형성하는 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서의 제조방법. - 제 14항에 있어서, 상기 센서몸체 형성단계는,
상기 소스 및 드레인의 전기전도도를 향상하기 위해 불순물을 주입하는 불순물 주입 단계를 더 구비하며,
상기 불순물 주입단계에서는
상기 단위 센서 별로 각 소스 및 드레인 배열마다 해당 단위 센서 별로 포획되는 상기 표적물질의 전기화학적 특성에 따라 n형 또는 p형으로 도핑하거나 진성(intrinsic)으로 구현하는 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서의 제조방법. - 제 14항에 있어서, 상기 하부채널연결단계는
상기 표적물질을 포함하는 유체가 상기 나노부유구조 채널에 대해 수직방향으로 통과할 수 있도록 상기 나노부유구조 채널과 상기 하부 미세유체채널을 수직방향으로 연결하는 단계인 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서의 제조방법. - 제 14항에 있어서,
상기 전극층 형성단계 이후, 수중게이트를 형성하는 수중게이트 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서의 제조방법. - 제 14항에 있어서, 상기 하부 미세유체채널 연결단계이후,
적어도 하나의 상기 나노부유구조 채널 표면에 게이트 절연층을 형성하는 게이트 절연층 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서의 제조방법. - 제 19항에 있어서, 상기 수용물질 부착단계는,
상기 게이트 절연층에 상기 수용물질을 부착하는 단계인 것을 특징으로 하는 나노부유구조의 다중센서의 제조방법.
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