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KR101059562B1 - 민감도가 향상된 바이오 ｆｅｔ - Google Patents

민감도가 향상된 바이오 ｆｅｔ Download PDF

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KR101059562B1
KR101059562B1 KR1020040011321A KR20040011321A KR101059562B1 KR 101059562 B1 KR101059562 B1 KR 101059562B1 KR 1020040011321 A KR1020040011321 A KR 1020040011321A KR 20040011321 A KR20040011321 A KR 20040011321A KR 101059562 B1 KR101059562 B1 KR 101059562B1
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Abstract

본 발명은 민감도를 향상시킨 바이오 FET에 관한 것이다. 기판, 상기 기판의 양측에 형성되며, 상기 기판과 반대 극성으로 각각 도핑된 제 1 불순물 영역과 제 2 불순물 영역 및 상기 제 1 불순물 영역, 상기 제 2 불순물 영역과 접촉하며 상기 기판 상에 형성된 게이트 및 상기 게이트 상에 고착된 프로브 바이오 분자를 포함하는 트랜지스터 기반의 바이오 FET에 있어서, 상기 게이트는 상기 제 1 불순물 영역과 접촉하는 면적이 상기 제 2 불순물 영역과 접촉하는 면적보다 더 넓은 바이오 FET를 제공하여, 게이트 표면에 부착되는 프로브 바이오 분자의 밀도를 높이고, 프로브 바이오 분자와 타겟 바이오 분자의 혼성화 정도를 측정하는 경우 그 민감도를 향상시킨다.

Description

민감도가 향상된 바이오 ＦＥＴ{Sensitive Enhanced Biomolecule Field Effect Transistor}
도 1a는 종래 기술에 의한 바이오 FET 구조를 나타낸 도면이다.
도 1b는 게이트 전극의 표면에 프로브를 부착시키고, 프로브 바이오 분자에 타겟 바이오 분자가 결합한 것을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 원형 바이오 FET를 나타낸 도면이다.
도 3a는 종래 기술에 의한 직사각형(rectangular) 형태의 바이오 FET 및 본 발명에 의한 원형(circular) 형태의 바이오 FET의 제 1 불순물 영역, 게이트 및 제 2 불순물 영역를 나타낸 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 종래 기술에 의한 사각형 바이오 FET와 본 발명에 의한 원형 바이오 FET의 전하 밀도의 비와 W/L 비를 나타낸 그래프이다.
도 4a는 본 발명에 의한 원형 바이오 FET의 게이트 상에 프로브 DNA를 부착시키는 경우 레퍼런스 전극과 원형 바이오 FET의 게이트 지역에 결리는 전기장(electric field)을 나타낸 도면이다.
도 4b는 상기 도 4a에서 제 1 불순물 영역(소스)와 가까운 영역의 게이트 및 레퍼런스 전극 부위를 확대한 도면이다.
도 4c는 상기 도 4a에서 제 2 불순물 영역(드레인)에 가까운 영역의 게이트 및 레퍼런스 전극 부위를 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명과 같은 원형 바이오 FET와 종래 기술에 의한 직사각형 형태의 바이오 FET에 대해 프로브 바이오 분자를 게이트 표면에 부착시키는 고정화(immobilization) 공정 전후의 전기적 특성을 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11, 21... 기판 12a, 22a... 제 1 불순물 영역(소스)
12b, 22b... 제 2 불순물 영역(드레인) 13, 23... 게이트
14, 24... 산화층 15, 25... 폴리 실리콘층
16, 26... 게이트 전극층 17, 27... 레퍼런스 전극
18... 프로브 바이오 분자
본 발명은 민감도를 향상시킨 바이오 FET에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트랜지스터를 기반으로 하는 바이오 FET의 구조를 개선하여, 바이오 분자의 검출시 민감도를 향상시킨 바이오 FET에 관한 것이다.
전기적인 신호로 바이오 분자(Biomolecule : 생체 분자)를 검출하는 센서 중 트랜지스터(transistor : TR)를 포함하는 구조를 지닌 TR based 바이오 센서(biosensor)가 있다. 이는 반도체 공정을 이용하여 제작한 것으로, 전기적인 신호의 전환이 빠르고, IC와 MEMS의 접목이 용이한 장점이 있어, 그 동안 이에 대 한 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나, 바이오 센서의 가장 중요한 인자의 하나인 신호대 잡음비(S/N ratio)의 신뢰성이 낮아 이를 향상시키기 위한 노력이 다양하게 진행되었으나, 아직 큰 발전은 이루어지지 않은 상태이다.
FET를 사용하여, 생물학적 반응(biological reaction)을 측정하는 것의 원천특허로 1980년 출원된 미국특허 제 4,238,757호가 있다. 이는 항원(antigen)-항체(antibody) 반응을 표면 전하 밀도(surface charge concentration) 변화로 인한 반도체 inversion 층의 변화를 전류로 측정하는 바이오 센서에 관한 것으로 바이오 분자 중 단백질(protein)을 권리 범위에 포함시켰다. 1986년에 출원된 미국 특허 제 4,777,019호는 바이오 단량체(biological monomers)를 게이트 표면에 흡착시켜 상보적인(complementary) 단량체와의 혼성화(hybridization) 정도를 FET로 측정하는 것이다. 그 뒤, 1998년 출원된 미국 특허 제 5,846,708호는 CCD(charged coupled device)를 사용하여 결합된 바이오 분자에 의한 흡광 현상으로 혼성화 여부를 측정하는 방법을 개시하였다. 그리고, 미국 특허 제 5,466,348호 및 제 6,203,981호에서는 TFT(thin film transistor)를 사용하며, 회로를 접목시켜 신호대 잡음비(S.N ratio)를 향상시키는 내용을 개시하였다.
TFT를 사용하는 경우, 실리콘 기판에 형성시키는 트랜지스터에 비해 비용을 줄일 수 있으며, 기판 면적을 크게하여 집적도를 향상시킨 어레이 형태의 칩을 제작할 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 FET를 바이오 센서로 사용하는 경우에는 종래의 방식에 비해 비용 및 시간이 적게 들고, IC(integrated circuit)/MEMS 공정과 의 접목이 용이하다는 점에서 큰 장점을 지니고 있다. 그러나, 이와 같은 종래의 바이오 FET는 실제 실험 시 낮은 S/N 비를 나타내어 재현성 및 그 정확도가 낮은 커다란 단점을 지니고 있다.
도 1a는 종래 기술에 의한 전형적인 바이오 FET의 단면을 나타낸 도면이다. n형 또는 p형으로 도핑된 기판(11) 상에 양측부에 기판(11)과 반대 극성으로 도핑된 소스(12a) 및 드레인(12b)이 형성되어 있으며, 소스(12a) 및 드레인(12b)과 접촉하며 기판(11) 상에는 게이트(13)가 형성되어 있다. 여기서 게이트(13)는 일반적으로 산화층(14), 폴리 실리콘층(15) 및 게이트 전극층(16)으로 형성되며, 게이트 전극층(16)에는 프로브(probe) 바이오 분자가 부착된다. 프로브 바이오 분자는 소정의 타겟 바이오 분자와 수소 결합 등에 의해 결합하며, 이를 전기적인 방법으로 측정하여 프로브와 타겟 바이오 분자와의 결합 정도를 측정한다.
게이트 전극(16)의 표면에 프로브(18)를 부착시키고, 프로브(18)에 타겟 바이오 분자가 결합한 것을 도 1b에 나타내었다. 레퍼런스 전극(reference electrode : R.E.)(17)을 사용하는 바이오 FET는 기본적인 동작 원리 상 소스(12a)와 레퍼런스 전극(17) 및 드레인(12b)과 레퍼런스 전극(17) 사이에 전기적 포텐셜(electric potential)에 차이가 있다. 그 전기장(electric field)의 영향으로 동전기력(electrokinetic force)에 의하여 하전된 바이오 분자(charge biomolecules)들은 소스(12a) 및 드레인(12b) 사이의 게이트(13) 상에 일정하게 분포하지 않고, 위치에 따른 분포도가 틀리게 된다. 예를 들어 음전하를 가지고 있는 DNA를 p형 FET를 사용하여 프로브 DNA의 고정화율 또는 타겟 DNA의 혼성화 정도를 측정시, 소스(12a)와 레퍼런스 전극(17) 사이의 상대적으로 강한 전기장의 영향으로 소스(12a)와 가까운 부분의 게이트(13) 상에 프로브 DNA의 고정화율 및 타겟 DNA의 혼성화율이 높게 된다. 이에 따라 게이트(13) 표면에 부착된 바이오 분자의 하전 밀도(charge density)는 바이오 FET 전류 변화에 직접적인 영향을 주게 된다. 이와 같이 게이트(13) 상의 하전 밀도는 그 위치에 따라 달라지게 되므로, 게이트(13)를 구조적으로 개선하여 바이오 FET의 S/N 비를 높이는 방법이 요구된다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 트랜지스터를 기반으로 하는 바이오 FET를 구조적으로 개선하여, 바이오 분자의 검출시 그 민감도를 향상시킬 수 있는 바이오 FET를 제공하는 것이다.
본 발명에서는 상기 목적을 달성하기 위하여,
기판, 상기 기판의 양측에 형성되며, 상기 기판과 반대 극성으로 각각 도핑된 제 1 불순물 영역과 제 2 불순물 영역 및 상기 제 1 불순물 영역, 상기 제 2 불순물 영역과 접촉하며 상기 기판 상에 형성된 게이트 및 상기 게이트 상에 고착된 프로브 바이오 분자를 포함하는 트랜지스터 기반의 바이오 FET에 있어서,
상기 게이트는 상기 제 1 불순물 영역과 접촉하는 면적이 상기 제 2 불순물 영역과 접촉하는 면적보다 더 넓으며, 상기 제 1 불순물 영역과 가까운 부위의 상기 게이트 표면이 상기 제 2 불순물 영역과 가까운 부위보다 프로브 바이오 분자의 부착률이 더 높은 바이오 FET를 제공한다.
본 발명 있어서, 상기 제 2 불순물 영역을 중심으로 게이트 및 제 1 불순물 영역이 둘러싼 원형 구조로 형성시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 게이트 상에는 상기 프로브 바이오 분자와 타겟 바이오 분자의 혼성화 여부를 검출하는 레퍼런스 전극이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 기판이 n형으로 도핑된 경우, 상기 제 1불순물 영역 및 상기 제 2불순물 영역은 p형으로 도핑된다.
본 발명에 있어서, 상기 바이오 분자는 DNA, RNA 또는 단백질 등의 생체 분자이다.
본 발명에 있어서, 상기 게이트는, 산화층; 상기 산화층 상에 형성된 폴리 실리콘층; 및 상기 폴리 실리콘층 상에 형성된 게이트 전극층;을 포함한다.
즉, 본 발명에서는 기판, 상기 기판의 양측에 형성되며, 상기 기판과 반대 극성으로 각각 도핑된 제 1 불순물 영역과 제 2 불순물 영역 및 상기 제 1 불순물 영역, 상기 제 2 불순물 영역과 접촉하며 상기 기판 상에 형성된 게이트 및 상기 게이트 상에 고착된 프로브 바이오 분자를 포함하는 트랜지스터 기반의 바이오 FET에 있어서,
상기 게이트는 상기 제 2 불순물 영역의 외측상부와 접촉하여 상기 제 2 불순물 영역을 둘러싸는 구조로 형성되며, 상기 제 1 불순물 영역은 상기 원형 구조의 게이트의 외측 하부를 둘러싸며 형성되며, 상기 제 1 불순물 영역과 가까운 부위의 상기 게이트 표면이 상기 제 2 불순물 영역과 가까운 부위보다 프로브 바이오 분자의 부착률이 더 높을 수 있다.
여기서, 상기 제 1 불순물 영역과 상기 제 2 불순물 영역 사이에는 소정의 폭을 지닌 채널이 형성된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 바이오 FET에 대해 보다 상세하게 설 명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 의한 바이오 FET를 나타낸 도면이다. 본 발명의 바이오 FET는 제 1 불순물 영역(22a)(소스)과 게이트(23)가 접촉하는 부위를 제 2 불순물 영역(22b)(드레인)과 게이트(23)가 접촉하는 영역보다 더 크게 형성시킨 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 제 2불순물 영역(22b)을 중심으로 게이트(23)와 제 1 불순물 영역(22a)이 둘러싸는 형태의 원형 구조가 되도록 형성한 것을 특징으로 한다.
도 2를 참조하면, 기판(21) 상에 기판(21)과 반대 극성을 가지도록 도핑된 제 1 불순물 영역(22a)과 제 2 불순물 영역(22b)이 형성되어 있다. 만일 기판이 n형으로 도핑된 경우, 제 1 불순물 영역(22a) 및 제 2 불순물 영역(22b)은 p형으로 도핑된 것이다. 그리고, 상기 제 1 불순물 영역(22a) 및 제 2 불순물 영역(22b) 중앙의 기판(21) 상에는 게이트(23)가 형성되어 있다. 이때, 상기한 바와 같이, 제 2 불순물 영역(22b)을 중심으로 게이트(23) 및 제 1 불순물 영역(22a)이 제 2 불순물 영역(22b)을 둘러싸는 구조로 형성되어 있다. 여기서, 본 발명에 의한 바이오 FET의 평면도를 기준으로 살펴보면, 상기한 바와 같이 제 2 불순물 영역(22b)를 중심으로 하여 게이트(23) 및 제 1 불순물 영역(22a)이 둘러싼 구조를 가지는 것을 확인할 수 있다.
게이트(23) 및 제 1 불순물 영역(22a)은 제 2 불순물 영역(22b)을 둘러싸며 형성시킬 경우에는 그 단면 모양은 도 2와 같이 제 2 불순물 영역(22b)과 소정 간격의 채널의 길이 만큼 떨어진 양쪽에 제 1 불순물 영역(22a)이 형성된다. 이때, 제 2 불순물 영역(22b) 양쪽의 제 1 불순물 영역(22a)은 서로 전기적으로 접촉된 단일 영역임을 유의하여야 한다. 제 2 불순물 영역(22b)의 양측상부는 게이트(23)와 접촉되어 있으며, 게이트(23)의 외측하부는 제 1 불순물 영역(22a)과 접촉하게 되어 그 단면 자체는 통상적인 트랜지스터 구조임을 알 수 있다.
도 2와 같은 구조는 전해질 용액(electrolyte solution)용액 내에서 레퍼런스 전극(27)을 사용하는 트랜지스터 형태의 바이오 FET에 있어서의 구조적인 문제로 인한 단점을 보완하기 위한 것이다.
도 1a와 같은 종래 기술에 의한 바이오 FET의 경우, 프로브는 게이트(13) 표면에서 제 1 불순물 영역인 소스(12a)와 근접한 영역에 비해 드레인(12b)과 근접한 영역의 프로브 부착 밀도에 차이가 난다. 그러나, 도 2의 본 발명에 의한 바이오 FET와 같이 게이트(23)에서의 제 1 불순물 영역(22a)에 가까운 부분의 표면적을 상대적으로 넓게함으로써, 프로브의 부착 밀도를 크게 증가시킬 수 있다. 게이트(23) 표면에 부착되는 하전된 바이오 분자의 하전 밀도(charge density)는 문턱 전압(threshold voltage) 또는 Ids(drain-source current)의 변화를 야기한다. 따라서, 본 발명과 같이 게이트(23) 표면에 부착되는 하전된 바이오 분자(charged biomolecule)의 밀도를 높이게 되면 바이오 FET 소자의 S/N 비를 높이게 된다.
도 3a는 종래 기술에 의한 직사각형(rectangular) 형태의 바이오 FET 및 본 발명에 의한 원형(circular) 형태의 바이오 FET의 제 1 불순물 영역(22a), 게이트(23) 및 제 2 불순물 영역(22b)을 나타낸 평면도이다. 게이트 상부에 프로브 바이오 분자를 부착시킨 경우, 게이트(23) 표면 영역에 따른 프로브의 부착 밀도 차이를 살펴볼 수 있으며, 게이트(23) 표면의 진한 표시로 된 영역일수록 프로브 바이오 분자의 부착률이 연한 표시로 된 부분보다 더 높다. 즉, 제 1 불순물 영역(22a)과 가까운 게이트(23) 표면 부위가 제 2 불순물 영역(22b)과 가까운 부위보다 프로브 바이오 분자의 부착률이 더 높은 것을 알 수 있다.
FET에 있어서, 게이트(23)의 폭(W : width)과 길이(L : length)의 비를 나타낸 W/L 비가 소자의 전기적 특성(I-V characteristics)을 결정하는 중요한 요소로 작용한다. 따라서, 게이트(23)의 폭(W) 또는 길이(L)가 상호 다르더라도 W/L 비가 같은 경우에는 동일한 전기적 특성을 나타내게 된다.
도 3b는 도 3a의 종래 기술에 의한 사각형 바이오 FET와 본 발명에 의한 원형 바이오 FET의 전하 밀도의 비와 W/L 비를 나타낸 그래프이다. 이를 살펴보면, W/L 비를 종래 기술에 의한 바이오 FET와 본 발명에 의한 바이오 FET를 동일하게 한 경우에 하전 밀도(charge density)는 본 발명에 의한 원형 바이오 FET가 종래 기술에 의한 직사각형 바이오 FET에 비해 월등한 크기를 가지게 됨을 알 수 있다.
이를 확인하기 위해 W/L 비가 20인 경우를 살펴보면, 종래 기술에 의한 직사각형 바이오 FET의 하전 밀도에 비해 본 발명에 의한 원형 FET의 하전 밀도는 약 7.3배의 크기를 가지는 것을 알 수 있다. W/L 비가 10 이하인 경우에는 큰 차이가 나타나지 않으나, 이를 30 이상의 크게 형성시키면 하전 밀도 비가 10이상 점점 커지는 것을 알 수 있다. W/L 비가 작은 경우에는 게이트(23)의 제 1 불순물 영역(22a)과 인접하는 부위가 제 2 불순물(22b)과 인접하는 부위와 큰 차이를 나타내지 않으나, W/L 비가 큰 경우에는 게이트(23)의 폭이 좁게 형성시키기 때문에 그 만큼 제 2 불순물(22b)에 인접한 부위에 비해 제 1 불순물(22a)과 인접한 부위의 크기가 커지기 때문이다. 따라서, 이 경우 게이트(23) 표면에 부착하는 프로브 바이오 분자의 밀도가 커지게 되며, 타겟 바이오 분자가 이에 결합되는 비율이 높아지게 되는 것이다.
바이오 FET는 일반적인 MOSFET(metal oxide silicon field effect transistor)와 같이 채널(channel)의 종류에 따라 p-type과 n-type으로 나누어진다. 그 중에 음전하로 하전된 바이오 분자(negatively charged biomolecule)을 측정하는 경우에는 p-type 바이오 FET를 사용하면 제 1불순물 영역인 소스에 비해 레퍼런스 전극에 네가티브 바이어스를 걸어줌으로써 프로브와 타겟 바이오 분자의 결합을 유도할 수 있다. 따라서, 음전하로 하전된 바이오 분자와 p-type 바이오 FET에 적용될 뿐 아니라, 양전하로 하전된 바이오 분자와 n-type 바이오 FET의 경우에도 동일하게 적용시킬 수 있다.
도 3b에 나타낸 바와 같이, 직사각형 구조의 게이트 형태를 지닌 종래의 바이오 FET에 비해 원형 구조의 게이트 형태를 지닌 본 발명에 의한 바이오 FET의 경우 부착된 프로브 바이오 분자의 밀도 증가로 인하여 트랜지스터의 문턱 전압(threshold voltage)는 감소하고, 이로 인한 전류값이 증가하여 S/N 비를 상승시키는 결과가 된다.
도 4a는 본 발명에 의한 원형 바이오 FET의 게이트(23) 상에 프로브 DNA를 부착시키는 경우 레퍼런스 전극과 원형 바이오 FET의 게이트(23) 지역에 결리는 전기장(electric field)을 시뮬레이션에 의한 측정한 결과를 나타낸 도면이다. 도 4b 는 상기 도 4a에서 제 1 불순물 영역(소스)과 가까운 영역의 게이트 및 레퍼런스 전극 부위를 확대한 도면이며, 도 4c는 상기 도 4a에서 제 2 불순물 영역(드레인)에 가까운 영역의 게이트 및 레퍼런스 전극 부위를 확대한 도면이다.
이와 같이 레퍼런스 전극과 본 발명에 의한 바이오 FET 사이에 바이어스 전압이 인가되면 전기장은 도 4a와 같이 형성된다. 도 4b에 나타낸 바와 같이, 제 1 불순물 영역에 가까운 게이트 표면에 걸리는 전기장은 음전하로 하전된 프로브 바이오 분자를 끌어 당기는 인력이 작용한다. 반면에 도 4c에 나타낸 바와 같이, 제 2 불순물 영역에 가까운 게이트 표면에 걸리는 전기장은 음전하로 하전된 프로브 바이오 분자를 밀어내는 척력(repulsion force)이 작용하는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명과 같이 게이트 구조를 원형으로 형성시킨 바이오 FET의 경우, 제 1 불순물 영역과 인접한 게이트 부분이 제 2 불순물 영역과 인접한 부분에 비해 상대적으로 큰 면적을 지니므로 프로브 바이오 분자의 부착 밀도가 매우 높은 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명과 같은 원형 바이오 FET와 종래 기술에 의한 직사각형 형태의 바이오 FET에 대해 프로브 바이오 분자, 구체적으로 thiol-DNA를 게이트 표면에 부착시키는 고정화(immobilization) 공정 전후의 전기적 특성을 나타낸 도면이다.
여기서의 실험조건을 설명하면 다음과 같다. 제 1 및 제 2 불순물 영역이 p형으로 도핑된 p 채널 MOSFET 형태의 바이오 FET를 사용하였다. 그리고, 문턱 전압(Vth)은 - 0.4V 이며, 게이트의 폭(L)은 200㎛이며, 길이(L)는 10㎛이다. 게이 트와 제 1 불순물 영역에 걸어준 전압(Vgs)은 -2V이며, 제 2 불순물 영역과 제 1 불순물 영역에 걸어준 전압(Vds)은 - 0.4V이다. 그리고, 게이트 표면에 고정화 하고자 하는 프로브 바이오 분자는 5'의 말단에 티올기가 치환된 합성 프로브 DNA(thiol-DNA)(5'-thiol(C6)-GTTCTTCTCATCATC-3', 30mer)이며, 고정화 시간(immobilization time)은 60분(min)이었다.
여기서, 종래 기술에 의한 바이오 FET와 본 발명에 의한 바이오 FET의 W/L 값은 동일한 것을 사용하였으며, 프로브 바이오 분자의 고정화 공정 조건도 동일하게 하였다.
먼저, 고정화 공정을 하지 않은 초기 상태에서는 종래 기술에 의한 바이오 FET 및 본 발명에 의한 바이오 FET 모두 -685㎂의 전류가 동일하게 흐르는 것을 알 수 있다. 프로브 바이오 분자의 고정화 공정이 끝난 후의 전류의 증가치를 살펴보면, 종래 기술에 의한 직사각형 형태의 바이오 FET의 경우 -857㎂의 전류가 흐르는 것을 알 수 있다. 그러나, 본 발명에 의한 원형 형태의 바이오 FET의 경우 동일한 프로브 바이오 분자의 고정화 공정이 끝난 후에는 -2.451㎃의 전류가 흐르는 것을 관찰 할 수 있다. 즉, 종래 기술에 의한 바이오 FET에 비해, 본 발명에 의한 바이오 FET는 10배 이상의 전류 증가를 나타냄을 알 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기 재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
본 발명에 의하면, 바이오 FET에서 게이트의 구조를 원형으로 구성하여 제 1 불순물 영역(소스)에 인접하는 부위를 제 2 불순물 영역에 인접하는 부위보다 크게 함으로써, 프로브 바이오 분자의 고정화 밀도를 크게 상승시켜, 프로브 바이오 분자와 타겟 바이오 분자의 혼성화 여부 측정시 S/N 비를 향상시켜 그 민감도(sensitivity)를 크게 증가시킨 것을 특징으로 한다.

Claims (9)

  1. 기판, 상기 기판의 양측에 형성되며, 상기 기판과 반대 극성으로 각각 도핑된 제 1 불순물 영역과 제 2 불순물 영역 및 상기 제 1 불순물 영역, 상기 제 2 불순물 영역과 접촉하며 상기 기판 상에 형성된 게이트 및 상기 게이트 상에 고착된 프로브 바이오 분자를 포함하는 트랜지스터 기반의 바이오 FET에 있어서,
    상기 게이트는 상기 제 1 불순물 영역과 접촉하는 면적이 상기 제 2 불순물 영역과 접촉하는 면적보다 더 넓으며, 상기 제 1 불순물 영역과 가까운 부위의 상기 게이트 표면이 상기 제 2 불순물 영역과 가까운 부위보다 프로브 바이오 분자의 부착률이 더 높은 바이오 FET.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 불순물 영역을 중심으로 게이트 및 제 1 불순물 영역이 둘러싼 원형 구조인 것을 특징으로 하는 바이오 FET.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 불순물 영역은 소스이며, 상기 제 2 불순물 영역은 드레인인 것을 특징으로 하는 바이오 FET.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 게이트 상에는 상기 프로브 바이오 분자와 타겟 바이오 분자의 혼성화 여부를 검출하는 레퍼런스 전극이 형성된 것을 특징으로 하는 바이오 FET
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기판이 n형으로 도핑된 경우, 상기 제 1불순물 영역 및 상기 제 2불순물 영역은 p형으로 도핑된 것을 특징으로 하는 바이오 FET.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오 분자는 DNA, RNA 또는 단백질 등의 생체 분자인 것을 특징으로 하는 바이오 FET.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 게이트는,
    산화층;
    상기 산화층 상에 형성된 폴리 실리콘층; 및
    상기 폴리 실리콘층 상에 형성된 게이트 전극층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 FET.
  8. 기판, 상기 기판의 양측에 형성되며, 상기 기판과 반대 극성으로 각각 도핑된 제 1 불순물 영역과 제 2 불순물 영역 및 상기 제 1 불순물 영역, 상기 제 2 불순물 영역과 접촉하며 상기 기판 상에 형성된 게이트 및 상기 게이트 상에 고착된 프로브 바이오 분자를 포함하는 트랜지스터 기반의 바이오 FET에 있어서,
    상기 게이트는 상기 제 2 불순물 영역의 외측상부와 접촉하여 상기 제 2 불순물 영역을 둘러싸는 구조로 형성되며, 상기 제 1 불순물 영역과 가까운 부위의 상기 게이트 표면이 상기 제 2 불순물 영역과 가까운 부위보다 프로브 바이오 분자의 부착률이 더 높은 바이오 FET.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 불순물 영역과 상기 제 2 불순물 영역 사이에는 소정의 폭을 지닌 채널이 형성된 것을 특징으로 하는 바이오 FET.
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