KR20190046739A - 생체 디바이스 및 이의 생체 감지 방법 - Google Patents
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Abstract
생체 디바이스는 기판, 게이트 전극 및 감지 웰을 포함한다. 기판은 소스 영역, 드레인 영역, 채널 영역, 바디 영역, 및 감지 영역을 포함한다. 채널 영역은 소스 영역과 드레인 영역 사이에 배치된다. 감지 영역은 적어도 채널 영역과 바디 영역 사이에 배치된다. 게이트 전극은 적어도 기판의 채널 영역 상에 또는 채널 영역 위에 배치된다. 감지 웰은 적어도 감지 영역에 인접하게 배치된다.
Description
바이오센서는 생체 분자를 감지 및 검출하기 위한 디바이스이다. 바이오센서는 전자적, 전기 화학적, 광학적 또는 기계적 검출 원리에 기초하여 동작한다. 트랜지스터를 포함하는 바이오센서는 바이오-엔티티 또는 생체 분자의 전하, 광자, 또는 기계적 특성을 전기적으로 감지하는 센서이다. 검출은 바이오-엔티티 또는 생체 분자 자체를 검출함으로써 수행되거나, 특정 반응물과 바이오-엔티티/생체 분자 사이의 상호 작용 및 반응을 통해 수행될 수 있다. 이러한 바이오센서는 반도체 공정을 이용하여 제조될 수 있고, 전기 신호를 신속하게 변환할 수 있으며, 집적 회로(integrated circuit; IC) 및 마이크로 전자 기계 시스템(microelectromechanical system; MEMS)에 용이하게 적용될 수 있다.
본 발명개시의 일 양태는 기판, 게이트 전극 및 감지 웰을 포함하는 생체 디바이스를 제공하는 것이다. 기판은 소스 영역, 드레인 영역, 채널 영역, 바디 영역, 및 감지 영역을 포함한다. 채널 영역은 소스 영역과 드레인 영역 사이에 배치된다. 감지 영역은 적어도 채널 영역과 바디 영역 사이에 배치된다. 게이트 전극은 적어도 기판의 채널 영역 상에 또는 채널 영역 위에 배치된다. 감지 웰은 적어도 감지 영역에 인접하게 배치된다.
본 발명개시의 다른 양태는 기판, 게이트 전극, 감지 웰을 포함하는 생체 디바이스를 제공하는 것이다. 기판은 채널 영역, 소스 영역, 드레인 영역, 바디 영역, 및 감지 영역을 포함한다. 소스 영역 및 드레인 영역은 채널 영역의 대향 측에 각각 배치된다. 바디 영역은 채널 영역으로부터 분리된다. 감지 영역은 바디 영역을 채널 영역에 물리적으로 연결시킨다. 게이트 전극은 적어도 채널 영역 상에 또는 채널 영역 위에 배치된다. 채널 영역, 소스 영역, 드레인 영역, 및 게이트 전극은 트랜지스터를 형성한다. 감지 웰은 감지 영역을 노출시킨다.
본 발명개시의 또 다른 양태는 생체 감지를 위한 방법을 제공하는 것으로, 방법은 생체 디바이스를 제공하는 단계를 포함한다. 생체 디바이스는 기판, 게이트 전극, 및 감지 웰을 포함한다. 기판은 소스 영역, 드레인 영역, 채널 영역, 바디 영역, 및 감지 영역을 포함한다. 채널 영역은 소스 영역과 드레인 영역 사이에 배치된다. 감지 영역은 적어도 채널 영역과 바디 영역 사이에 배치된다. 게이트 전극은 적어도 기판의 채널 영역 상에 또는 채널 영역 위에 배치된다. 감지 웰은 적어도 감지 영역에 인접하게 배치된다. 공핍 영역이 감지 영역에 형성된다. 액체 분석물이 감지 웰에 배치된다. 소스 영역과 드레인 영역 사이의 문턱값 전압이 측정된다.
본 발명개시의 양태들은 첨부 도면들과 함께 아래의 상세한 설명을 읽음으로써 가장 잘 이해된다. 본 산업계에서의 표준적인 실시에 따라, 다양한 피처(feature)들은 실척도로 도시되지 않았음을 유념한다. 사실, 다양한 피처들의 치수는 설명의 명료함을 위해 임의적으로 증가되거나 또는 감소될 수 있다.
도 1a는 일부 실시예들에 따라 생체 디바이스의 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 생체 디바이스의 기판의 평면도이다.
도 2는 도 1a의 라인 2-2를 따라 취해진 횡단면도이다.
도 3은 일부 실시예들에 따라 생체 감지를 위한 방법의 흐름도이다.
도 4a는 바이어스가 바디 영역에 인가되는 경우의 도 2의 생체 디바이스의 횡단면도이다.
도 4b는 액체 분석물이 감지 웰에 배치되는 경우의 도 2의 생체 디바이스의 횡단면도이다.
도 5는 액체 분석물의 대전 볼륨의 함수로서 도 1a의 생체 디바이스의 문턱값 전압의 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 일부 실시예들에 따라 기판 및 감지 웰의 평면도이다.
도 7a는 일부 실시예들에 따라 생체 디바이스의 평면도이다.
도 7b는 도 7a의 기판 및 감지 웰의 평면도이다.
도 8a는 일부 실시예들에 따라 생체 디바이스의 평면도이다.
도 8b는 도 8a의 기판 및 감지 웰의 평면도이다.
도 9는 일부 실시예들에 따라 생체 디바이스의 횡단면도이다.
도 1a는 일부 실시예들에 따라 생체 디바이스의 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 생체 디바이스의 기판의 평면도이다.
도 2는 도 1a의 라인 2-2를 따라 취해진 횡단면도이다.
도 3은 일부 실시예들에 따라 생체 감지를 위한 방법의 흐름도이다.
도 4a는 바이어스가 바디 영역에 인가되는 경우의 도 2의 생체 디바이스의 횡단면도이다.
도 4b는 액체 분석물이 감지 웰에 배치되는 경우의 도 2의 생체 디바이스의 횡단면도이다.
도 5는 액체 분석물의 대전 볼륨의 함수로서 도 1a의 생체 디바이스의 문턱값 전압의 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 일부 실시예들에 따라 기판 및 감지 웰의 평면도이다.
도 7a는 일부 실시예들에 따라 생체 디바이스의 평면도이다.
도 7b는 도 7a의 기판 및 감지 웰의 평면도이다.
도 8a는 일부 실시예들에 따라 생체 디바이스의 평면도이다.
도 8b는 도 8a의 기판 및 감지 웰의 평면도이다.
도 9는 일부 실시예들에 따라 생체 디바이스의 횡단면도이다.
다음의 발명개시는 제공된 주제의 상이한 피처들을 구현하기 위한 다수의 상이한 실시예들, 또는 예들을 제공한다. 컴포넌트 및 배치의 특정한 예들은 본 발명개시를 단순화하기 위해 이하에 설명된다. 물론, 이러한 설명은 단지 예일 뿐 제한하기 위한 것이 아니다. 예를 들어, 이어지는 설명에서 제 2 피처 위에 또는 제 2 피처 상에 제 1 피처의 형성은, 제 1 피처 및 제 2 피처가 직접 접촉하여 형성되는 실시예들을 포함할 수 있고, 제 1 피처 및 제 2 피처가 직접 접촉하지 않도록 제 1 피처와 제 2 피처 사이에 추가의 피처들이 형성되는 실시예들을 또한 포함할 수 있다. 게다가, 본 발명개시는 다양한 예들에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 간략함과 명료함을 위한 것으로, 그 자체가 논의된 다양한 실시예들 및/또는 구성들 사이의 관계를 지시하지 않는다.
더욱이, "아래", "밑", "하위", "위", "상위" 등과 같은 공간적 관계 용어들이 도면들에 나타난 바와 같이 다른 요소(들) 또는 피처(들)에 대한 하나의 요소 또는 피처의 관계를 설명하는데 설명의 용이함을 위해 본 명세서에서 이용될 수 있다. 공간적 관계 용어들은 도면에 도시된 방향은 물론 사용 중이거나 동작 중인 디바이스의 상이한 방향을 포함하기 위한 것이다. 장치는 다른 식으로 배향될 수 있고(90도 회전 또는 다른 방향으로 있음), 그에 맞춰 본 명세서에서 이용되는 공간적 관계 설명이 또한 이해된다.
생체 디바이스 및 생체 감지 방법이 다양한 예시적인 실시예들에 따라 제공된다. 본 실시예의 변형이 기술된다. 다양한 도면들 및 예시적인 실시예에 걸쳐서, 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 나타내는데 이용된다.
도 1a는 일부 실시예들에 따라 생체 디바이스의 개략도이고, 도 1b는 도 1a의 생체 디바이스의 기판(100)의 평면도이며, 도 2는 도 1a의 라인 2-2를 따라 취해진 횡단면도이다. 명료함을 위해, 게이트 유전체(170)가 도 2에 도시되고, 도 1a 및 도 1b에서는 생략된다. 도 1a 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 생체 디바이스는 기판(100), 게이트 전극(200), 및 감지 웰(300)을 포함한다. 기판(100)은 소스 영역(110), 드레인 영역(120), 채널 영역(130), 바디 영역(140), 및 감지 영역(150)을 포함한다. 채널 영역(130)은 소스 영역(110)과 드레인 영역(120) 사이에 배치된다. 감지 영역(150)은 적어도 채널 영역(130)과 바디 영역(140) 사이에 배치된다. 게이트 전극(200)은 적어도 기판(100)의 채널 영역(130) 상에 또는 그 위에 배치된다. 감지 웰(300)은 적어도 감지 영역(150)에 인접하게 배치된다. 다시 말해서, 감지 웰(300)은 기판(100)의 감지 영역(150)을 노출시키고, 감지 웰(300)은 감지 영역(150)과 정렬된다. 감지 웰(300)은 생체 분자를 검출하기 위해 이용되는 영역이다.
다른 관점에서, 소스 영역(110) 및 드레인 영역(120)은 채널 영역(130)의 대향 측 상에 각각 배치된다. 바디 영역(140)은 채널 영역(130)으로부터 분리된다. 감지 영역(150)은 바디 영역(140)에 채널 영역(130)에 물리적으로 연결시키고, 바디 영역(140) 및 채널 영역(130)은 감지 영역(150)의 대향 측 상에 각각 배치된다. 게이트 전극(200)은 적어도 채널 영역(130) 상에 또는 그 위에 배치된다.
도 1a 내지 도 2에서, 게이트 전극(200)은 또한 감지 영역(150) 상에 배치되고, 감지 웰(300)은 감지 영역(150) 아래에 배치된다. 다시 말해서, 감지 영역(150)은 게이트 전극(200)과 감지 웰(300) 사이에 배치되고, 게이트 전극(200) 및 감지 웰(300)은 감지 영역(150)의 대향 측 상에 각각 배치된다.
다음 단락은 생체 분자를 감지하기 위해 생체 디바이스를 이용하는 방법에 대한 상세한 설명을 제공한다. 도 3은 일부 실시예들에 따라 생체 감지를 위한 방법의 흐름도이다. 명확히 설명하기 위해서, 방법은 도 1a의 생체 디바이스에 적용될 수 있지만, 이것으로 한정되어서는 안 된다. 동작(S10)에 도시된 바와 같이, 생체 디바이스가 제공된다. 일부 실시예들에서, 도 1a의 생체 디바이스가 제공된다.
그 다음에, 동작(S20)에 도시된 바와 같이, 감지 영역(150)에 공핍 영역을 형성하여, 감지 영역(150)의 적어도 일부분이 고갈되도록 한다. 다시 말해서, 감지 영역(150)의 적어도 일부분은 공핍 영역이다. 본 명세서에서 "공핍 영역"은 이동 전하 캐리어가 멀어지게 만들거나, 또는 전기장에 의해 멀리 확산시키는 전도성 및 도핑된 반도체 물질 내의 절연 영역이다. 따라서, 공핍 영역에 남아있는 요소는 이온화된 도너 또는 억셉터 불순물이다.
일부 실시예들에서, 플라즈마 처리가 감지 영역(150)을 고갈되게 만들기 위해 감지 영역(150)에 수행된다. 일부 다른 실시예들에서, 이온 주입 공정이 감지 영역(150)을 고갈되게 만들기 위해 감지 영역(150)에 수행된다. 플라즈마 처리 및 이온 주입 공정은 생체 디바이스가 제조되는 동안 수행될 수 있고, 본 발명개시의 특허청구되는 범위는 이 점으로 한정되지 않는다.
또 다른 일부 실시예들에서, 바이어스가 감지 영역(150)을 고갈되게 만들기 위해서 바디 영역(140)에 인가된다. 예를 들어, 바이어스 소스(160)(도 2 참조)는 바디 영역(140)에 전기적으로 연결될 수 있다. 감지 영역(150)은 바이어스가 인가되지 않은 경우 비공핍 영역일 수 있다. 바이어스가 바디 영역(140)에 인가되는 경우, 전기장이 감지 영역(150)에 생성되어 감지 영역(150)의 적어도 일부분이 고갈된다.
예를 들어, 도 4a는 바이어스가 바디 영역(410)에 인가되는 경우의 도 2의 생체 디바이스의 횡단면도이다. 도 1b 및 도 4a를 참조한다. 도 4a에서, 바이어스가 바디 영역(140)에 인가될 경우 거의 전체의 감지 영역(150)이 공핍 영역(152)이다. 그러므로, 전류는 바디 영역(140)으로부터 채널 영역(130)으로 흐르도록 허용되지 않는다. 그러나, 일부 다른 실시예들에서, 공핍 영역(152)은 감지 영역(150)의 일부분을 점유할 수 있다. 기본적으로, 감지 영역(150)의 적어도 일부분이 공핍 영역(152)이면 실시예들은 특허청구되는 범위 내에 속한다.
도 1a 내지 도 3을 참조한다. 동작(S30)에 도시된 바와 같이, 액체 분석물(400)이 감지 웰(300)에 배치된다. 액체 분석물(400)은 감지 영역(150)에 결합할 타겟 분자를 포함한다. 반응 및 결합된 타겟 분자는 생체 디바이스에 의해 감지된다. 일부 실시예들에서, 액체 분석물(400)은 외가닥 디옥시리보핵산(single-stranded deoxyribonucleic acid; ssDNA) 또는 단일 염기 다형성(single nucleotide polymorphism; SNP)과 같은 생체 분자물질을 포함한다. 액체 분석물(400)은 감지 웰(300)에 배치된다. 액체 분석물(400)의 분자는 대전 생체 분자일 수 있고, 이는 감지 영역(150) 가까이로 이동하여 그것의 전기적 성능을 변경시킨다.
예를 들어, 도 4b는 액체 분석물(400)이 감지 웰(300)에 배치되는 경우의 도 2의 생체 디바이스의 횡단면도이다. 대전 생체 분자는 감지 영역(150)의 전기장을 변경시킬 수 있으므로, 공핍 영역(152)의 공핍 행동이 이에 따라 변경된다. 도 4b에서, 예를 들어, 공핍 영역(152)은 감소되고 채널(154)이 감지 영역(150)에 형성된다. 따라서, 전류가 바디 영역(140)으로부터 채널 영역(130)으로 흐를 수 있다.
도 4a 및 도 4b의 감지 영역(150)에서 변경된 공핍 영역(152)의 공핍 행동은 예시적인 것으로, 본 발명개시의 특허청구되는 범위를 제한해서는 안 된다는 것을 유념한다. 일부 다른 실시예들에서, 액체 분석물(400)이 없는 경우 채널은 감지 영역(150)에 형성될 수 있고, 액체 분석물(400)이 감지 웰(300)에 배치(또는 충전)되는 경우 채널은 차단된다. 기본적으로, 액체 분석물(400)이 감지 웰(300)에 배치되는 경우 공핍 영역(152)의 공핍 행동이 변경되면, 실시예들은 본 발명개시의 특허청구되는 범위 내에 속한다.
도 1a 내지 도 3을 참조한다. 동작(S40)에 도시된 바와 같이, 소스 영역(110)과 드레인 영역(120) 사이의 문턱값 전압이 측정된다. 구체적으로, 소스 영역(110), 드레인 영역(120), 채널 영역(130), 및 게이트 전극(200)은 트랜지스터(T)를 형성할 수 있고, 트랜지스터(T)의 문턱값 전압은 채널 영역(130)의 전류에 의존한다. 앞서 언급한 바와 같이, 액체 분석불(400)이 감지 영역(150)의 공핍 영역(152)의 공핍 행동을 변경시키기 때문에, 바디 영역(140)으로부터 채널 영역(130)으로 흐르는 전류의 양은 액체 분석물(400)의 대전 생체 분자의 대전 정도에 따라 변경된다. 따라서, 채널 영역(130)의 전류는 이에 따라 변경되어, 트랜지스터(T)의 문턱값 전압에 영향을 미친다. 그러므로, 액체 분석물(400)의 대전 생체 분자는 문턱값 전압을 측정함으로써 감지될 수 있다.
도 1a 내지 도 3에서, 액체 분석물(400)은 감지 영역(150)에 있는 공핍 영역(152)의 공핍 행동을 변경시킬 수 있다. 그러므로, 트랜지스터(T)의 문턱값 전압은 이에 따라 변경될 수 있다. 공핍 영역(152)의 공핍 행동이 액체 분석물(400)의 대전 성능에 민감하기 때문에, 도 1a의 생체 디바이스의 감도가 개선될 수 있다. 더욱이, 도 1a의 소스 영역(110), 드레인 영역(120), 채널 영역(130) 및 게이트 전극(200)이 스위치(즉, 트랜지스터(T))를 형성하여 생체 디바이스의 온/오프 상태를 제어할 수 있다. 종래의 생체 디바이스가 생체 디바이스의 온/오프 상태를 제어하기 위해 추가의 스위치를 이용하지만, 도 1a의 생체 디바이스는 추가의 영역을 점유하는 추가의 스위치에 연결되지 않아서, 작은 디바이스 크기를 야기한다. 따라서, 생체 디바이스의 밀도가 증가될 수 있다.
도 3의 흐름도는 예시적인 동작을 도시하지만, 이는 도시된 순서로 수행되지 않을 수 있다는 것을 유념한다. 동작은 개시된 실시예들의 사상 및 범위에 따라, 추가, 교체 및/또는 적절하게 순서가 변경될 수 있다.
도 1a를 다시 참조한다. 기판(100)은 반도체 기판이다. 기판(100)은 실리콘 기판 또는 웨이퍼일 수 있다. 대안적으로, 기판(100)은 게르마늄(Ge)과 같은 다른 원소 반도체; 실리콘 탄화물(SiC), 갈륨 비화물(GaAs), 갈륨 인화물(GaP), 인듐 인화물(InP), 인듐 비화물(InAs), 및/또는 인듐 안티몬화물(InSb)을 포함하는 화합물 반도체; SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP, 및/또는 GaInAsP를 포함하는 혼정 반도체; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 기판(100)은 실리콘 온 인슐레이터(silicon-on-insulator; SOI) 기판이다.
기판(100)은 소스 영역(110), 드레인 영역(120), 채널 영역(130), 바디 영역(140), 및 감지 영역(150)을 형성하기 위해, P형 및 N형과 같이 도핑될 수 있다. 일부 실시예들에서, 소스 영역(110) 및 드레인 영역(120)은 N 도핑 영역이고, 채널 영역(130), 바디 영역(140), 및 감지 영역(150)은 P 도핑 영역이다. 따라서, 트랜지스터(T)는 P 채널 트랜지스터이다. 일부 다른 실시예들에서, 소스 영역(110) 및 드레인 영역(120)은 P 도핑 영역이고, 채널 영역(130), 바디 영역(140), 및 감지 영역(150)은 N 도핑 영역이다. 따라서, 트랜지스터(T)는 N 채널 트랜지스터이다.
도 2에서, 생체 디바이스는 게이트 전극(200)과 기판(100) 사이에 배치된 게이트 유전체(170)를 더 포함한다. 게이트 유전체(170)는 실리콘 산화물(SiOx)로 형성될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 게이트 유전체(170)는 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화질화물(SiON), 높은 유전 상수(하이 k)를 갖는 유전체, 및/또는 이들의 조합을 포함한다. 하이 k 물질의 예들에는 하프늄 실리케이트, 하프늄 산화물, 지르코늄 산화물, 알루미늄 산화물, 탄탈룸 5산화물, 하프늄 이산화물-알루미늄(HfO2-Al2O3) 합금, 또는 이들의 조합을 포함한다.
도 1a 및 도 1b를 참조한다. 게이트 전극(200), 소스 영역(110), 드레인 영역(120) 및 채널 영역(130)은 적합한 CMOS 공정 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 트랜지스터(T)는 포토리소그래피; 이온 주입; 확산; 물리적 기상 증착(physical vapor deposition; PVD), 금속 증발 또는 스퍼터링, 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD), 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD), 대기압 화학적 기상 증착(atmospheric pressure chemical vapor deposition; APCVD), 저압 CVD(low-pressure CVD; LPCVD), 고밀도 플라즈마 CVD(high density plasma CVD; HDPCVD), 원자층 CVD(atomic layer CVD; ALCVD), 스핀 온 코팅과 같은 퇴적; 습식 에칭, 건식 에칭, 및 플라즈마 에칭과 같은 에칭; 및/또는 다른 적합한 CMOS 공정과 같은 통상적인 CMOS 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 게이트 전극(200)은 폴리실리콘으로 만들어진다. 일부 다른 실시예들에서, 게이트 전극(200)은 Cu, W, Ti, Ta, Cr, Pt, Ag, Au와 같은 물질, TiN, TaN, NiSi, CoSi와 같은 적합한 금속 화합물, 또는 이러한 전도성 물질들의 조합을 포함하는 금속 게이트 전극을 포함한다.
도 2에서, 감지 웰(300)은 매립 산화물(buried oxide; BOX) 층(310)에 의해 형성될 수 있다. 더욱 상세하게, 매립 산화물층(310)은 게이트 전극(200)에 대향하는 기판(100) 측에 배치될 수 있고, 매립 산화물층(310) 내의 개구부는 감지 웰(300)을 형성한다. 일부 실시예들에서, 매립 산화물층(310)은 실리콘 이산화물(SiO2)이다.
도 5는 액체 분석물(400)의 대전 볼륨의 함수로서 도 1a의 생체 디바이스의 문턱값 전압의 그래프이다. 대전 볼륨은 액체 분석물(400)로부터 감지 웰(300)에 결합되는 등가 전하이다. 대전 볼륨의 단위는 cm-2이고, 문턱값 전압의 단위는 전압(V)이다. 도 1b, 도 4a 및 도 5를 참조한다. 앞서 언급한 바와 같이, 일부 실시예들에서, 소스 영역(110) 및 드레인 영역(120)은 N 도핑 영역이고, 채널 영역(130), 바디 영역(140), 및 감지 영역(150)은 P 도핑 영역이다. 부 바이어스(예컨대, - 2.5 V)가 바디 영역(140)에 인가되어 감지 영역(150)에 공핍 영역(152)을 형성한다(도 4a에 도시된 바와 같음). 이 경우에, 바디 영역(140)으로부터 채널 영역(130)으로 흐르는 전류는 거의 공핍 영역(152)에 의해 차단되고, 생체 디바이스는 원래의 문턱값 전압(Vot)을 갖는다.
도 1b, 도 4b 및 도 5를 참조한다. 음전하 분자를 갖는 액체 분석물(400)이 감지 웰(300)에 배치되는 경우, 음전하 생체 분자는 감지 영역(150)에 근접할 수 있고, 공핍 영역(152)의 공핍 행동을 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 공핍 영역(152)은 덜 고갈되고, 채널(154)이 바디 영역(140)으로부터의 전류가 통과하도록 감지 영역(150)에 형성된다. 그러므로, 생체 디바이스의 문턱값 전압이 증가된다. 더욱이, 음전하 분자의 대전 볼륨이 증가함에 따라, 문턱값 전압은 증가한다.
일부 다른 실시예들에서, 액체 분석물(400)은 양전하 생체 분자를 가질 수 있고, 이는 감지 영역(150)의 공핍 영역(152)이 더욱 고갈되도록 야기한다. 따라서, 바디 영역(140)으로부터의 전류는 감지 영역(150)을 통과하는 것이 더욱 어렵고, 문턱값 전압은 감소된다. 더욱이, 양전하 생체 분자의 대전 볼륨이 증가함에 따라, 문턱값 전압은 감소한다. 그러므로, 감지 영역(150)에 공핍 영역(152)을 형성함으로써, 액체 분석물(400)의 대전 분자는 공핍 영역(152)의 공핍 행동에 영향을 미칠 수 있으므로, 생체 디바이스에 의해 감지될 수 있다.
일부 실시예들에서, 바이어스 소스(160)는 조정 가능한 바이어스 소스이고, 이는 생체 디바이스의 감도에 따라 감지 영역(150)의 공핍 행동을 조정할 수 있다. 더욱이, 도 4a 및 도 4b에서, 공핍 영역(152)은 바디 영역(140)에 부 바이어스를 인가함으로써 형성되지만, 일부 다른 실시예들에서, 공핍 영역(152)은 플라즈마 처리 또는 이온 주입 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 기본적으로, 공핍 영역(152)이 감지 영역(150)에 형성되고, 공핍 영역(152)의 공핍 행동이 액체 분석물(400)의 대전 볼륨에 따라 변경되면 실시예들은 특허청구되는 범위 내에 속한다.
도 1b 및 도 2를 다시 참조한다. 앞서 언급한 바와 같이, 일부 다른 실시예들에서, 소스 영역(110) 및 드레인 영역(120)은 P 도핑 영역이고, 채널 영역(130), 바디 영역(140) 및 감지 영역(150)은 N 도핑 영역이다. 정 바이어스(예컨대, + 2.5 V)가 바디 영역(140)에 인가되어 감지 영역(150)에 공핍 영역을 형성할 수 있다. 이 경우에, 생체 디바이스는 다른 문턱값 전압을 갖는다.
액체 분석물(400)이 감지 웰(300)에 배치되는 경우, 공핍 영역의 공핍 행동은 변경될 수 있다. 일부 실시예들에서, 음전하 생체 분자의 대전 볼륨이 증가함에 따라, 문턱값 전압은 감소하고, 양전하 생체 분자의 대전 볼륨이 증가함에 따라, 문턱값 전압은 증가한다. 또한, 일부 다른 실시예들에서, 공핍 영역은 플라즈마 처리 또는 이온 주입 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
도 1a 내지 도 2를 참조한다. 상기 실시예에서, 공핍 영역은 기판(100)의 감지 영역(150) 내에 형성될 수 있다. 액체 분석물(400)이 감지 웰(300)에 배치되는 경우, 그 안의 대전 생체 분자는 공핍 영역의 공핍 행동에 영향을 미칠 수 있고, 이에 의해, 트랜지스터(T)의 문턱값 전압에 영향을 미칠 수 있다. 더욱이, 문턱값 전압은 대전 볼륨 및 대전 생체 분자의 전하 타입(양전하 또는 음전하)에 따라 변경된다. 따라서, 문턱값 전압을 측정함으로써, 대전 볼륨 및 대전 생체 분자의 전하 타입이 식별될 수 있다.
도 1b에서, 감지 영역(150)은 또한 소스 영역(110)과 바디 영역(140) 사이에 그리고 드레인 영역(120)과 바디 영역(140) 사이에 배치된다. 다시 말해서, 소스 영역(110) 및 바디 영역(140)은 감지 영역(150)의 대향 측 상에 각각 배치되고, 드레인 영역(120) 및 바디 영역(140)은 감지 영역(150)의 대향 측 상에 각각 배치된다. 그러므로, 감지 영역(150) 및 채널 영역(130)은 T자형 형상을 형성한다. 감지 웰(300)은 채널 영역(130)과 바디 영역(140) 사이에 배치된 감지 영역(150)의 일부분 아래에 배치된다. 그러나, 감지 웰(300)의 크기 및 위치는 이런 점으로 한정되지 않는다.
도 6a 내지 도 6c는 일부 실시예들에 따라 기판(100) 및 감지 웰(300)의 평면도이다. 도 6a에서, 감지 웰(300)은 감지 영역(150) 아래에 (또는 인접하게) 배치된다. 감지 웰(300)은 감지 영역(150)을 노출시킨다. 도 6b에서, 감지 웰(300)은 또한 채널 영역(130) 아래에 (또는 인접하게) 배치된다. 즉, 감지 웰(300)은 감지 영역(150)과 채널 영역(130) 아래에 (또는 인접하게) 배치된다. 감지 웰(300)은 감지 영역(150) 및 채널 영역(130)을 노출시킨다. 도 6c에서, 감지 웰(300)은 또한 소스 영역(110) 및 드레인 영역(120) 아래에 (또는 인접하게) 배치된다. 즉, 감지 웰(300)은 감지 영역(150), 채널 영역(130), 소스 영역(110) 및 드레인 영역(120) 아래에 (또는 인접하게) 배치된다. 감지 웰(300)은 감지 영역(150), 채널 영역(130), 소스 영역(110), 및 드레인 영역(120)을 노출시킨다. 일부 다른 실시예들에서, 감지 웰(300)은 감지 영역(150), 채널 영역(130), 소스 영역(110) 및/또는 드레인 영역(120) 아래에 (또는 인접하게) 배치된다. 기본적으로, 감지 웰(300)이 적어도 감지 영역(150)에 인접하게 배치되면 실시예들은 특허청구되는 범위 내에 속한다.
도 1a 및 도 1b를 다시 참조한다. 도 1a 및 도 1b에서, 감지 영역(150) 및 채널 영역(130)은 T자형 형상을 형성한다. 따라서, 게이트 전극(200)은 T자형이다. 그러나, 감지 영역(150), 채널 영역(130), 및 게이트 전극(200)의 형상은 이런 점으로 한정되지 않는다. 도 7a는 일부 실시예들에 따라 생체 디바이스의 평면도이고, 도 7b는 도 7a의 기판(100) 및 감지 웰(300)의 평면도이다. 명료함을 위해, 게이트 유전체(170)(도 2 참조)는 도 7a에서 생략된다. 도 7a 및 도 7b에서, 감지 영역(150) 및 채널 영역(130)은 I자형 형상을 형성한다. 따라서, 게이트 전극(200)은 I자형이다. 감지 웰(300)은 감지 영역(150) 아래에 배치된다. 그러나, 일부 다른 실시예들에서, 감지 영역(150)은 채널 영역(130)으로 연장될 수 있고, 심지어 소스 영역(110) 및/또는 드레인 영역(120)으로 연장될 수 있다.
도 8a는 일부 실시예들에 따라 생체 디바이스의 평면도이고, 도 8b는 도 8a의 기판(100) 및 감지 웰(300)의 평면도이다. 명료함을 위해, 게이트 유전체(170)(도 2 참조)는 도 8a에서 생략된다. 도 8a 및 도 8b에서, 두 개의 감지 영역들(150), 두 개의 바디 영역들(140), 및 두 개의 감지 웰들(300)이 존재한다. 채널 영역(130)은 감지 영역들 중 두 개의 감지 영역들(150) 사이에 배치되고, 두 개의 감지 영역들(150)은 두 개의 바디 영역들(140)과 채널 영역(130) 사이에 각각 배치된다. 두 개의 감지 영역(150) 및 채널 영역(130)은 H자형 형상을 형성한다. 따라서, 게이트 전극(200)은 H자형이다. 감지 웰(300)은 두 개의 감지 영역들(150) 아래에 각각 배치된다. 그러나, 일부 다른 실시예들에서, 감지 영역(150)은 채널 영역(130)으로 각각 연장될 수 있고, 심지어 소스 영역(110) 및/또는 드레인 영역(120)으로 연장될 수 있다. 대안적으로, 두 개의 감지 웰들(300)은 조합될 수 있다.
도 9는 일부 실시예들에 따라 생체 디바이스의 횡단면도이다. 도 9의 횡단면 위치는 도 2의 횡단면 위치와 동일하다. 도 9에서, 감지 웰(300) 및 게이트 전극(200) 양자 모두는 기판(100) 상에 배치된다. 감지 웰(300)은 감지 영역(150) 상에 배치되고, 게이트 전극은 채널 영역(130) 상에 배치된다. 도 9의 생체 디바이스의 다른 관련된 구조적 세부 사항은 도 2의 생체 디바이스와 유사하므로, 이 점에 대한 설명은 이하에 반복되지 않을 것이다.
앞서 언급한 생체 디바이스는 예로서 제공된 것으로 한정하기 위한 것이 아님을 이해한다. 생체 디바이스는 실제 상황 및 제조 고려 사항에 따라 대안적인 실시예들에서 본 발명개시의 사상과 일치하는 상이한 구성을 가질 수 있다.
상기 실시예에서, 공핍 영역이 기판의 감지 영역에 형성될 수 있다. 액체 분석물이 감지 웰에 배치되는 경우, 그 안의 대전 생체 분자는 공핍 영역의 공핍 행동에 영향을 미칠 수 있고, 이에 의해, 트랜지스터의 문턱값 전압에 영향을 미칠 수 있다. 더욱이, 문턱값 전압은 대전 볼륨 및 대전 생체 분자의 전하 타입에 따라 변경된다. 따라서, 문턱값 전압을 측정함으로써, 대전 볼륨 및 대전 생체 분자의 전하 타입이 식별될 수 있다. 공핍 영역의 공핍 행동이 액체 분석물의 대전 성능에 민감하기 때문에, 생체 디바이스의 감도가 개선될 수 있다. 더욱이, 트랜지스터의 소스 영역, 드레인 영역, 및 채널 영역은 스위치를 형성하여 생체 디바이스의 온/오프 상태를 제어할 수 있다. 다시 말해서, 생체 디바이스는 추가의 영역을 점유하는 추가의 스위치에 연결되지 않아서, 작은 디바이스 크기를 야기한다. 따라서, 생체 디바이스의 밀도는 증가될 수 있다.
본 발명개시의 일 양태는 기판, 게이트 전극 및 감지 웰을 포함하는 생체 디바이스를 제공하는 것이다. 기판은 소스 영역, 드레인 영역, 채널 영역, 바디 영역, 및 감지 영역을 포함한다. 채널 영역은 소스 영역과 드레인 영역 사이에 배치된다. 감지 영역은 적어도 채널 영역과 바디 영역 사이에 배치된다. 게이트 전극은 적어도 기판의 채널 영역 상에 또는 채널 영역 위에 배치된다. 감지 웰은 적어도 감지 영역에 인접하게 배치된다.
본 발명개시의 다른 양태는 기판, 게이트 전극, 감지 웰을 포함하는 생체 디바이스를 제공하는 것이다. 기판은 채널 영역, 소스 영역, 드레인 영역, 바디 영역, 및 감지 영역을 포함한다. 소스 영역 및 드레인 영역은 채널 영역의 대향 측에 각각 배치된다. 바디 영역은 채널 영역으로부터 분리된다. 감지 영역은 바디 영역을 채널 영역에 물리적으로 연결시킨다. 게이트 전극은 적어도 채널 영역 상에 또는 채널 영역 위에 배치된다. 채널 영역, 소스 영역, 드레인 영역, 및 게이트 전극은 트랜지스터를 형성한다. 감지 웰은 감지 영역을 노출시킨다.
본 발명개시의 또 다른 양태는 생체 감지를 위한 방법을 제공하는 것으로, 방법은 생체 디바이스를 제공하는 단계를 포함한다. 생체 디바이스는 기판, 게이트 전극, 및 감지 웰을 포함한다. 기판은 소스 영역, 드레인 영역, 채널 영역, 바디 영역, 및 감지 영역을 포함한다. 채널 영역은 소스 영역과 드레인 영역 사이에 배치된다. 감지 영역은 적어도 채널 영역과 바디 영역 사이에 배치된다. 게이트 전극은 적어도 기판의 채널 영역 상에 또는 채널 영역 위에 배치된다. 감지 웰은 적어도 감지 영역에 인접하게 배치된다. 공핍 영역이 감지 영역에 형성된다. 액체 분석물이 감지 웰에 배치된다. 소스 영역과 드레인 영역 사이의 문턱값 전압이 측정된다.
당업자가 본 발명개시의 양태들을 더욱 잘 이해할 수 있도록 앞서 말한 것은 여러 실시예들의 특징들을 설명하였다. 당업자는 본 명세서에 도입된 실시예들의 동일한 이점들을 달성 및/또는 동일한 목적을 수행하는 구조 및 다른 공정을 설계 또는 수정하기 위한 기본으로서 본 발명개시를 용이하게 이용할 수 있음을 이해해야 한다. 당업자는 또한, 등가 구조물이 본 발명개시의 사상과 범위로부터 벗어나지 않도록 실현해야 하며, 본 발명개시의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고 여기에서 다양한 변경, 대체 및 변화를 행할 수 있다.
Claims (10)
- 디바이스에 있어서,
기판으로서, 상기 기판은,
소스 영역 및 드레인 영역;
상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 동일한 평면 상에 배치되고, 상기 평면 상에서 상기 소스 영역과 상기 드레인 영역 사이에 제1 횡 방향으로 배치된 채널 영역;
바디 영역; 및
적어도, 상기 채널 영역과 동일한 평면 상에 배치되고, 상기 평면 상에서 상기 채널 영역과 상기 바디 영역 사이에 상기 제1 횡 방향과 상이한 제2 횡 방향으로 배치된 감지 영역을 포함하는 것인, 상기 기판;
적어도 상기 기판의 상기 채널 영역 위에 배치된 게이트 전극;
적어도 상기 감지 영역에 인접하게 배치된 감지 웰; 및
상기 게이트 전극과 상기 기판 사이에 배치되고, 적어도 상기 감지 영역 및 상기 채널 영역 위에 있는 게이트 유전체
를 포함하고,
상기 게이트 유전체는 상기 감지 영역으로부터 상기 채널 영역까지 연속적인 층으로서 연장되는 것인, 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 바디 영역에 전기적으로 연결된 바이어스 소스
를 더 포함하는, 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 감지 웰은 상기 채널 영역 아래에 배치되는 것인, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 감지 웰은 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 아래에 배치되는 것인, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 감지 영역은 상기 소스 영역과 상기 바디 영역 사이에 그리고 상기 드레인 영역과 상기 바디 영역 사이에 상기 제2 횡 방향으로 배치되는 것인, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 채널 영역은 두 개의 감지 영역들 사이에 배치되고, 상기 두 개의 감지 영역들은 두 개의 바디 영역들과 상기 채널 영역 사이에 각각 배치되는 것인, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 게이트 전극은 또한 상기 감지 영역 위에 배치되고, 상기 감지 웰은 상기 감지 영역 아래에 배치되는 것인, 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 감지 웰은 상기 감지 영역 위에 배치되는 것인, 디바이스.
- 디바이스에 있어서,
기판으로서, 상기 기판은,
채널 영역;
상기 채널 영역과 동일한 평면 상에 그리고 상기 평면 상에서 상기 채널 영역의 대향 측들에 제1 횡 방향으로, 각각 배치된 소스 영역 및 드레인 영역;
상기 채널 영역으로부터 분리된 바디 영역; 및
상기 채널 영역과 동일한 평면 상에 배치되고, 상기 평면 상에서 상기 바디 영역을 상기 채널 영역에 상기 제1 횡 방향과 상이한 제2 횡 방향으로 물리적으로 연결시키는 감지 영역
을 포함하는 것인, 상기 기판;
적어도 상기 채널 영역 위에 배치된 게이트 전극 - 상기 채널 영역, 상기 소스 영역, 상기 드레인 영역, 및 상기 게이트 전극은 트랜지스터를 형성함 - ;
상기 감지 영역의 적어도 일부를 노출시키는 감지 웰; 및
상기 게이트 전극과 상기 기판 사이에 배치되고, 적어도 상기 바디 영역, 상기 감지 영역 및 상기 채널 영역 위에 있는 게이트 유전체
를 포함하고,
상기 게이트 유전체는 상기 바디 영역으로부터 상기 채널 영역까지 연속적인 층으로서 연장되는 것인, 디바이스. - 생체 감지를 위한 방법에 있어서,
디바이스를 제공하는 단계로서, 상기 디바이스는,
기판으로서, 상기 기판은,
소스 영역 및 드레인 영역;
상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 동일한 평면 상에 배치되고, 상기 평면 상에서 상기 소스 영역과 상기 드레인 영역 사이에 제1 횡 방향으로 배치된 채널 영역;
바디 영역; 및
적어도, 상기 채널 영역과 동일한 평면 상에 배치되고, 상기 평면 상에서 상기 채널 영역과 상기 바디 영역 사이에 상기 제1 횡 방향과 상이한 제2 횡 방향으로 배치된 감지 영역
을 포함하는 것인, 상기 기판;
적어도 상기 기판의 상기 채널 영역 위에 배치된 게이트 전극;
적어도 상기 감지 영역에 인접하게 배치된 감지 웰; 및
상기 게이트 전극과 상기 기판 사이에 배치되고, 적어도 상기 감지 영역 및 상기 채널 영역 위에 있는 게이트 유전체 - 상기 게이트 유전체는 상기 감지 영역으로부터 상기 채널 영역까지 층으로서 연장됨 - 를 포함하는 것인, 상기 디바이스를 제공하는 단계;
상기 감지 영역 내에 공핍 영역을 형성하는 단계;
상기 감지 웰 내에 액체 분석물을 배치하는 단계; 및
상기 소스 영역과 상기 드레인 영역 사이의 문턱값 전압을 측정하는 단계
를 포함하는, 생체 감지를 위한 방법.
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|---|---|---|---|---|
| US20210239688A1 (en) * | 2020-01-30 | 2021-08-05 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Biosensor System with Integrated Microneedle |
| CN111521662A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-08-11 | 浙江大学 | 一种传感芯片及其制造方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010102951A (ko) * | 1998-12-02 | 2001-11-17 | 추후제출 | 생체내 바이오 센서 장치 및 사용 방법 |
| KR20040012203A (ko) * | 2002-08-01 | 2004-02-11 | 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 | 엑스레이 영상 감지소자 및 그 제조방법 |
| KR100843496B1 (ko) * | 2003-08-26 | 2008-07-04 | 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 | 질화 실리콘-산화물 게이트 유전체의 제조 방법 |
| US20130105868A1 (en) * | 2011-10-31 | 2013-05-02 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd., ("Tsmc") | Cmos compatible biofet |
| KR101287445B1 (ko) | 2009-10-06 | 2013-07-19 | 한국전자통신연구원 | 바이오 센서 어레이 소자 및 그 제작 방법과 바이오 센서 칩 및 그 제작 방법 |
Family Cites Families (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4180771A (en) * | 1977-12-02 | 1979-12-25 | Airco, Inc. | Chemical-sensitive field-effect transistor |
| US5702981A (en) | 1995-09-29 | 1997-12-30 | Maniar; Papu D. | Method for forming a via in a semiconductor device |
| US6628982B1 (en) | 2000-03-30 | 2003-09-30 | The Regents Of The University Of Michigan | Internal marker device for identification of biological substances |
| US7306924B2 (en) | 2000-04-17 | 2007-12-11 | Purdue Research Foundation | Biosensor and related method |
| US7060510B2 (en) | 2000-08-15 | 2006-06-13 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Electronic and optoelectronic devices and methods for preparing same |
| AU2002307152A1 (en) | 2001-04-06 | 2002-10-21 | California Institute Of Technology | Nucleic acid amplification utilizing microfluidic devices |
| DE10163557B4 (de) | 2001-12-21 | 2007-12-06 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Transistorbasierter Sensor mit besonders ausgestalteter Gateelektrode zur hochempfindlichen Detektion von Analyten |
| US7955559B2 (en) | 2005-11-15 | 2011-06-07 | Nanomix, Inc. | Nanoelectronic electrochemical test device |
| US7399400B2 (en) | 2003-09-30 | 2008-07-15 | Nano-Proprietary, Inc. | Nanobiosensor and carbon nanotube thin film transistors |
| JP4065855B2 (ja) * | 2004-01-21 | 2008-03-26 | 株式会社日立製作所 | 生体および化学試料検査装置 |
| EP1804054B1 (en) | 2005-12-30 | 2008-04-23 | CRF Societa'Consortile per Azioni | Chemical biological device for display and light emission |
| WO2007130516A2 (en) | 2006-05-03 | 2007-11-15 | Schlumberger Canada Limited | Downhole micro magnetic resonance analyzer |
| JP4777159B2 (ja) | 2006-06-26 | 2011-09-21 | キヤノン株式会社 | デュアルゲート型センサ |
| TW200902130A (en) | 2007-07-13 | 2009-01-16 | Ensky Technology Co Ltd | Life like system, apparatus and method therefor |
| JP4966153B2 (ja) | 2007-10-05 | 2012-07-04 | 株式会社東芝 | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
| US8007727B2 (en) | 2008-05-30 | 2011-08-30 | Intel Corporation | Virtual semiconductor nanowire, and methods of using same |
| US8106400B2 (en) | 2008-10-24 | 2012-01-31 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| EP2180518B1 (en) | 2008-10-24 | 2018-04-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co, Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| CN103456794B (zh) | 2008-12-19 | 2016-08-10 | 株式会社半导体能源研究所 | 晶体管的制造方法 |
| US8114720B2 (en) | 2008-12-25 | 2012-02-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| KR101681884B1 (ko) | 2009-03-27 | 2016-12-05 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체장치, 표시장치 및 전자기기 |
| TWI489628B (zh) | 2009-04-02 | 2015-06-21 | Semiconductor Energy Lab | 半導體裝置和其製造方法 |
| JP5564331B2 (ja) | 2009-05-29 | 2014-07-30 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
| FR2952183A1 (fr) | 2009-10-30 | 2011-05-06 | St Microelectronics Crolles 2 | Detecteur de matiere biologique ou chimique et matrice de detecteurs correspondante |
| US8420328B2 (en) | 2010-05-12 | 2013-04-16 | Academia Sinica | Reusable nanowire field effect transistor system for detecting biomolecular interactions |
| US8519490B2 (en) | 2010-08-09 | 2013-08-27 | Omnivision Technologies, Inc. | Backside stimulated sensor with background current manipulation |
| US8557643B2 (en) | 2011-10-03 | 2013-10-15 | International Business Machines Corporation | Transistor device with reduced gate resistance |
| US9689835B2 (en) * | 2011-10-31 | 2017-06-27 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Amplified dual-gate bio field effect transistor |
| US8728844B1 (en) | 2012-12-05 | 2014-05-20 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Backside CMOS compatible bioFET with no plasma induced damage |
| US8871549B2 (en) | 2013-02-14 | 2014-10-28 | International Business Machines Corporation | Biological and chemical sensors |
| US20140264468A1 (en) | 2013-03-14 | 2014-09-18 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Biofet with increased sensing area |
| CN104049021B (zh) | 2013-03-14 | 2016-10-05 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 具有增大的感测面积的biofet |
| US9389199B2 (en) | 2013-03-14 | 2016-07-12 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Backside sensing bioFET with enhanced performance |
| CN103399071B (zh) * | 2013-07-29 | 2015-03-25 | 山东师范大学 | 一种石墨烯场效应管生物传感器及其制作方法、检测方法 |
| US9023674B2 (en) | 2013-09-20 | 2015-05-05 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Biosensing well array with protective layer |
| CN104212711B (zh) | 2014-04-08 | 2017-10-27 | 上海小海龟科技有限公司 | 电子传感器及基于电子传感器的基因探测方法 |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010102951A (ko) * | 1998-12-02 | 2001-11-17 | 추후제출 | 생체내 바이오 센서 장치 및 사용 방법 |
| KR20040012203A (ko) * | 2002-08-01 | 2004-02-11 | 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 | 엑스레이 영상 감지소자 및 그 제조방법 |
| KR100843496B1 (ko) * | 2003-08-26 | 2008-07-04 | 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 | 질화 실리콘-산화물 게이트 유전체의 제조 방법 |
| KR101287445B1 (ko) | 2009-10-06 | 2013-07-19 | 한국전자통신연구원 | 바이오 센서 어레이 소자 및 그 제작 방법과 바이오 센서 칩 및 그 제작 방법 |
| US20130105868A1 (en) * | 2011-10-31 | 2013-05-02 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd., ("Tsmc") | Cmos compatible biofet |
Non-Patent Citations (3)
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|---|
| An extended gate FET-based biosensor integrated with a Si microfluidic channel for detection of protein complexes* * |
| Characteristics of Silicon Nitride after O2 Plasma Surface Treatment for pH-ISFET Applications * |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |