KR20230124787A - 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 및 그 형성 방법과 항체 부착 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전압이 가해지는 경우 뾰족한 부분에 전자가 집중되어 전자 방출이 잘 일어나는 성질을 이용하여, 피라미드 구조를 가지도록 형성된 음극전계발광 소자 및, 그러한 음극전계발광 소자의 형성 방법과 항체 부착 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 발생하는 빛의 광량을 증가시켜 빛의 검출을 용이하게 하고 정확성을 높이는 음극전계발광 소자 및 그 형성 방법과 항체 부착 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 발생하는 빛의 광량을 증가시켜 빛의 검출을 용이하게 하고 정확성을 높이는 음극전계발광 소자 및 그 형성 방법과 항체 부착 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 및 그 형성 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전압이 가해지는 경우 뾰족한 부분에 전자가 집중되어 전자 방출이 잘 일어나는 성질을 이용하여, 피라미드 구조를 가지도록 형성된 음극전계발광 소자 및, 그러한 음극전계발광 소자의 형성 방법과 항체 부착 방법에 관한 것이다.
여러 가지 병의 진단에서 저비용의 빠른 진단에 대한 요구가 증가하고 있다. 여러 가지 진단 방법등이 있으며 방사능기반의 분석, 효소-연결면역 흡수 측정 검사, 비색 분석, 형광발광기반 분석, 음극 ECL 발광 등이 있다. 진단과 예방이 중요해 짐에 따라 체외 진단 시장이 증가하고 있다. 체외 진단은 혈액, 분뇨, 체액, 침 등의 인체물질을 몸 밖에서 신속하게 병을 진단하는 것을 말한다. 그리고 환자 옆이나 현장에서 바로 진단할 수 있는 휴대용 진단 도구의 필요성도 증가하고 있다. 현장 진단 검사는 의료 시설이 미비한 현장에서 신속히 질병에 대한 진단을 하는 것이며 소형화, 자동화, 정확성, 신속성 등이 필요하다.
세포 배양 검사는 검사 시간이 오래 걸리고 대량 검사에는 적합하지 않다. 항원항체 검사는 항원-항체 반응을 이용하는 검사 방법이며 분자 검사로서 PCR(polumerase chain reaction)법에서는 미량의 DNA를 복제 증폭 한 후 검사를 하며 하루나 이틀이 소요된다. RT-PCR(reverse transcription PCR) 은 역전사 효소를 사용 하여 cDNA를 증폭 시켜 감염 여부를 확인하며 검사시간을 6시간 정도이다. 항원은 몸에 침입해 면역반응을 일으키는 물질이며 항체는 항원에 대등해 만들어지는 항원 제거 물질이다.
도 1은 미국등록특허 6,645,776에 나와 있는 전계발광법(electochemiluminescence, ECL)에 관한 도면이다. 2번은 얇은 절연막으로 4번이 항체이다. 발광물질이 결합된 항체와 항원이 결합하고 이 발광물질에 에너지가 전달되어 빛이 발생하며 이것을 검출한다. 8번은 여과막이며 발광물질(7)이 결합된 항체가 여과막을 통과하며 항원(5)과 결합하여 항체(4)에 결합하고 1번에 가해지는 전압에 의해 발생된 전자에 의해 에너지가 전달되어 빛을 발생하며 이 빛을 검출한다.
그러나 이 경우는 발생되는 빛을 검출하는 구조로서, 발생되는 빛이 미약하여 검출이 어렵고 복잡해지는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 발생하는 빛의 광량을 증가시켜 빛의 검출을 용이하게 하고 정확성을 높이는 음극전계발광 소자 및 그 형성 방법과 항체 부착 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 형성 방법은, (a) 실리콘 기판(wafer)을 클리닝(cleaning)하는 단계; (b) 상기 실리콘 기판 표면을 열산화하는 단계; (c) 상기 열산화된 실리콘 기판 표면에 photoresist(PR)을 코팅하는 단계; (d) 상기 PR 코팅 위에 마스크를 사용하여 노광을 실시하는 단계; (e) PR 현상(develop)을 실시하는 단계; (f) 상기 PR이 제거된 부분의 산화막을 에칭하는 단계; (g) 상기 PR을 벗겨내는 단계; 및, (h) V자 그루버 에칭에 의해 피라미드 형상을 형성하고 방향성 에칭으로 형성되도록 하는 단계를 포함한다.
상기 단계(h) 이후, (i1) 표면에 열산화를 하여 산화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계(h) 이후, (i2) 표면에 실리콘 산화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계(h) 이후, (i3) 표면에 알루미늄 산화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계(h) 이후, (i4) 표면에 실리콘 산화막이나 알루미늄 산화막 이외의 절연막을 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계(h) 이후에 상기 단계(i1), 단계(i2), 단계(i3) 또는 단계(i4)에서 표면에 형성되는 막은, 10nm 이하의 두께로 형성시킬 수 있다.
상기 단계(h)에서 형성되는 피라미드 형상은, 가로 n개, 세로 m개의 n x m 어레이로 형성시킬 수 있다.
상기 단계(i1), 단계(i2), 단계(i3) 또는 단계(i4) 이후에, 상기 피라미드 형상 주변으로 금속 전극을 형성하고 전압을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 형성 방법으로 형성된, 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자가 개시된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 음극전계발광 소자의 표면에 항체를 부착시킨 진단 센서가 개시된다.
상기 항체는, 전압 인가에 의하여 피라미드 형상의 뾰족한 팁에 집중되도록 부착될 수 있다.
본 발명에 의하면, 발생하는 빛의 광량을 증가시켜 빛의 검출을 용이하게 하고 정확성을 높이는 음극전계발광 소자 및 그 형성 방법과 항체 부착 방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 미국등록특허 6,645,776에 나와 있는 전계발광법(electochemiluminescence, ECL)에 관한 도면.
도 2는 실리콘 기판 표면을 방향성 에칭하여 피라미드 형상으로 형성한 단면 구조를 나타내는 모식도.
도 3은 도 2의 피라미드 형상 위에 얇게 절연막 또는 열산화막이 형성된 단면 구조를 나타내는 모식도.
도 4는 피라미드 형상 주변에 전극을 형성하여 전압을 인가할 수 있게 한 구조를 나타내는 모식도.
도 5는 전계방출 디스플레이(Field Emission Display) 구조를 도시한 도면.
도 6은 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 형성 순서를 나타내는 도면.
도 2는 실리콘 기판 표면을 방향성 에칭하여 피라미드 형상으로 형성한 단면 구조를 나타내는 모식도.
도 3은 도 2의 피라미드 형상 위에 얇게 절연막 또는 열산화막이 형성된 단면 구조를 나타내는 모식도.
도 4는 피라미드 형상 주변에 전극을 형성하여 전압을 인가할 수 있게 한 구조를 나타내는 모식도.
도 5는 전계방출 디스플레이(Field Emission Display) 구조를 도시한 도면.
도 6은 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 형성 순서를 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 실리콘 기판 표면을 방향성 에칭하여 피라미드 형상으로 형성한 단면 구조를 나타내는 모식도이다.
이러한 실리콘 표면에 얇게 열산화막이 형성이 되며 이 열산화막 위에 항체가 위치하게 된다.
도 3은 도 2의 피라미드 형상 위에 얇게 절연막 또는 열산화막이 형성된 단면 구조를 나타내는 모식도이다.
절연막 또는 열산화막을 10 nm이하로 매우 얇게 형성하여 표면에서 전자 방출이 되도록 한다. 이러한 막은 열산화 외에 ALD (atomic layer deposition) 등에 의한 방법으로도 가능하다. 전압을 가하면 전자는 피라미드 형상 끝 부분 뽀죡한 부분에 집중되며 전기장도 뾰족한 끝부분에 집중되어 전자 방출이 잘 일어나며 이 전자에 의해 전달된 에너지에 의해 발광량도 증가하게 된다.
도 4는 피라미드 형상 주변에 전극을 형성하여 전압을 인가할 수 있게 한 구조를 나타내는 모식도이다.
이러한 전극에 가해지는 전압으로 피라미드 형상에서의 전자 방출을 촉진하여 효율을 더욱 높일 수 있다. 피라미드 형상의 뾰족한 팁 주변으로 금속 전극을 가하고 전압을 인가하면 피라미드 끝 부분에서 전자 방출을 촉진하게 되며, 이것은 피라미드의 크기가 작아서 금속전극과 피라미드 끝부분의 거리가 가까울수록 효과가 커진다.
또한 이러한 원리를 이용한 전계방출 디스플레이(Field Emission Display, FED) 구조를 활용할 수도 있는데, 이는 도 5에 도시되어 있다.
도 5는 전계방출 디스플레이(Field Emission Display) 구조를 도시한 도면이다.
이러한 전계방출 구조는 디스플레이를 위해 많이 연구가 되었다. 본 발명에서는 이러한 피라미드 형상의 뾰족한 팁 끝에 항체를 붙여 사용한다. 항체를 부착 할 때 팁에 전압을 인가하여 항체가 팁 끝에 부착이 되도록 한다.
도 6은 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 형성 순서를 나타내는 도면이다.
도 6의 경우는 도핑이 되어 저항이 작은 N형 실리콘 기판(wafer)을 사용하는 경우의 실시예이며 기판은 이외에도 N형의 GaN나 SiC 등 다양한 재료가 사용될 수 있다.
실리콘 웨이퍼를 준비하여 잘 클리닝 한다(단계(a)). 실리콘 웨이퍼는 도핑이 되어 저항이 작은 것을 사용한다. 표면을 열산화를 하고(단계(b)), 이어서 Photoresist(PR)를 코팅한 후(단계(c)) PR 코팅 위에 마스크를 사용하여 노광을 실시한다(단계(d)). PR을 현상(develop)한 후(단계(e)), PR이 제거된 부분의 산화막을 에칭한다(단계(f)). 이후 PR을 벗겨 내고(단계(g)), V자 형태로 그루버 에칭을 하여 피라미드 형상을 형성하는데(단계(h)), 이와 같은 에칭을 통하여 알칼리 용액에서 방향성 에칭으로 형성이 된다. 이어서 다시 열산화를 하여 표면에 얇은 산화막을 형성한다(단계(i)). 단계(i)에서, 열산화막으로 얇게 산화막을 형성하는 대신에 ALD를 이용하여 얇게 실리콘산화막이나 알루미늄 산화막을 형성할 수도 있으며, 또는 그 외에 일반적인 절연막을 증착하여 사용할 수도 있다. 이와 같은 열산화막, 실리콘산화막, 알루미늄 산화막 및 일반적인 절연막은, 얇게 10nm 이하로 형성되도록 한다.
이와 같이 형성된 음극전계발광 소자 표면에 항체를 부착하여 진단 센서를 형성할 수 있다. 항체를 부착할 때 전압을 인가하여 피라미드의 끝에 집중되는 전계를 이용하여 항체를 전계가 집중되는 곳에 부착이 되도록 한다.
10: 기판(wafer)
11: 피라미드 형상
12: 열산화막 또는 ALD에 의해 형성된 막
13: 금속 전극
100: 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자
11: 피라미드 형상
12: 열산화막 또는 ALD에 의해 형성된 막
13: 금속 전극
100: 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자
Claims (11)
- 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 형성 방법으로서,
(a) 실리콘 기판(wafer)을 클리닝(cleaning)하는 단계;
(b) 상기 실리콘 기판 표면을 열산화하는 단계;
(c) 상기 열산화된 실리콘 기판 표면에 photoresist(PR)을 코팅하는 단계;
(d) 상기 PR 코팅 위에 마스크를 사용하여 노광을 실시하는 단계;
(e) PR 현상(develop)을 실시하는 단계;
(f) 상기 PR이 제거된 부분의 산화막을 에칭하는 단계;
(g) 상기 PR을 벗겨내는 단계; 및,
(h) V자 그루버 에칭에 의해 피라미드 형상을 형성하고 방향성 에칭으로 형성되도록 하는 단계
를 포함하는 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 형성 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 단계(h) 이후,
(i1) 표면에 열산화를 하여 산화막을 형성하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 형성 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 단계(h) 이후,
(i2) 표면에 실리콘 산화막을 형성하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 형성 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 단계(h) 이후,
(i3) 표면에 알루미늄 산화막을 형성하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 형성 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 단계(h) 이후,
(i4) 표면에 실리콘 산화막이나 알루미늄 산화막 이외의 절연막을 증착하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 형성 방법. - 청구항 2 내지 청구항 5에 있어서,
상기 단계(h) 이후에 상기 단계(i1), 단계(i2), 단계(i3) 또는 단계(i4)에서 표면에 형성되는 막은,
10nm 이하의 두께로 형성시키는 것
을 특징으로 하는 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 형성 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 단계(h)에서 형성되는 피라미드 형상은,
가로 n개, 세로 m개의 n x m 어레이로 형성시키는 것
을 특징으로 하는 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 형성 방법. - 청구항 2 내지 청구항 5에 있어서,
상기 단계(i1), 단계(i2), 단계(i3) 또는 단계(i4) 이후에,
상기 피라미드 형상 주변으로 금속 전극을 형성하고 전압을 인가하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 형성 방법. - 청구항 1의 방법으로 형성된, 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자.
- 청구항 9의 음극전계발광 소자의 표면에 항체를 부착시킨 진단 센서.
- 청구항 10에 있어서,
상기 항체는,
전압 인가에 의하여 피라미드 형상의 뾰족한 팁에 집중되도록 부착된 것
을 특징으로 하는 진단 센서.
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| KR1020220021230A KR20230124787A (ko) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 및 그 형성 방법과 항체 부착 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230124787A true KR20230124787A (ko) | 2023-08-28 |
Family
ID=87806368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220021230A KR20230124787A (ko) | 2022-02-18 | 2022-02-18 | 피라미드 구조를 이용한 음극전계발광 소자 및 그 형성 방법과 항체 부착 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| KR (1) | KR20230124787A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6645776B2 (en) | 1997-02-12 | 2003-11-11 | Labmaster Oy | Electrical excitation of label substances at insulating film-coated conductors |
-
2022
- 2022-02-18 KR KR1020220021230A patent/KR20230124787A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6645776B2 (en) | 1997-02-12 | 2003-11-11 | Labmaster Oy | Electrical excitation of label substances at insulating film-coated conductors |
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