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KR20170093548A - Biosensor and method for manufacturing thereof - Google Patents

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KR20170093548A
KR20170093548A KR1020160015089A KR20160015089A KR20170093548A KR 20170093548 A KR20170093548 A KR 20170093548A KR 1020160015089 A KR1020160015089 A KR 1020160015089A KR 20160015089 A KR20160015089 A KR 20160015089A KR 20170093548 A KR20170093548 A KR 20170093548A
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drain electrode
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Abstract

The present invention relates to a biosensor and a manufacturing method thereof. By manufacturing a sensor based on a field effect transistor (FET) using a printed circuit board (PCB); a packaging process is not required and a semiconductor process to manufacture the sensor is simplified. The biosensor comprises: a printed circuit board (PCB) formed with a circuit pattern; a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode formed with a predetermined space from each other on the printed circuit board; a first insulating film formed on the gate electrode; and a detection film laminated to connect the source electrode and the drain electrode on the printed circuit board formed with the first insulating film.

Description

바이오 센서 및 이의 제조 방법{BIOSENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a biosensor and a method of manufacturing the same,

본 발명은 바이오 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판(PCB)을 이용하여 전계효과 트랜지스터(FET) 기반의 센서를 제조한, 바이오 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biosensor, and more particularly, to a biosensor using a printed circuit board (PCB) to fabricate a field-effect transistor (FET) -based sensor and a method of manufacturing the same.

바이오 센서는, 측정 대상물로부터 정보를 검출할 때 생물학적 요소를 이용하거나 생물학적 체계를 모방하여 색, 형광, 전기적 신호 등과 같이 인식 가능한 신호로 변환시켜 주는 센서이다. A biosensor is a sensor that uses biological elements to detect information from a measurement object or imitates a biological system and converts it into a recognizable signal such as color, fluorescence, or electrical signal.

최근, 화학 또는 생물 분자를 검출하는 기술분야에서 신속성과 편리성이 강조되면서 정밀분석기기 보다 바이오 센서를 이용한 연구 개발이 진행되고 있는데, 특히 전기적 신호를 이용하는 바이오 센서는 신호 전환이 빠르고 소형화가 용이하다는 장점이 있어 많이 적용되고 있다. In recent years, research and development using biosensors have been progressing more rapidly than precision analyzers, with emphasis on promptness and convenience in the field of detecting chemical or biological molecules. Particularly, biosensors using electrical signals are fast in signal conversion and easy to miniaturize There are many advantages and many are applied.

전기적 신호를 이용하는 대표적인 바이오 센서로는 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET) 바이오 센서가 있으며, 이는 반도체 공정을 이용하여 제작되기 때문에 집적회로나 MEMS 접목이 용이하여 초소형화에 유리하고 생산비용이 저렴한 이점이 있다. As a typical biosensor using an electrical signal, there is a field effect transistor (FET) biosensor. Since it is manufactured using a semiconductor process, it is easy to integrate integrated circuits and MEMS, There is an advantage.

도 1은 종래 전계효과 트랜지스터 기반 바이오 센서를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 1 is a schematic diagram schematically showing a conventional field-effect transistor-based biosensor.

도 1을 참조하면, 종래 전계효과 트랜지스터 기반 바이오 센서(10)는 웨이퍼(wafer) 기판을 기반으로 구성된다.Referring to FIG. 1, a conventional field effect transistor-based biosensor 10 is configured based on a wafer substrate.

즉, 실리콘이나 유리 등의 웨이퍼 기판(11) 상에 절연층(12), 감지막(13)을 각각 형성하고, 감지막(13)의 양측에는 소스 전극(14)과 드레인 전극(15)이 소정 간격을 두고 배치된다. 이러한 소스 전극(14)과 드레인 전극(15) 사이에 전압을 가하면, 두 전극 사이의 감지막(13)이 전류 이동 통로인 채널로 작용하면서, 감지막(13)에 특정 분자를 선택적으로 인식할 때 발생하는 하전 입자가 소스 전극(14)과 드레인 전극(15) 사이를 전계 방향으로 따라 이동하여 소스 전극(14) 또는 드레인 전극(15)으로부터 전류 신호가 출력된다. That is, the insulating layer 12 and the sensing film 13 are formed on the wafer substrate 11 such as silicon or glass, and the source electrode 14 and the drain electrode 15 are formed on both sides of the sensing film 13 Are arranged at a predetermined interval. When a voltage is applied between the source electrode 14 and the drain electrode 15, the sensing film 13 between the two electrodes acts as a channel through which current flows, and selectively recognizes a specific molecule in the sensing film 13 Charged particles generated between the source electrode 14 and the drain electrode 15 move along the electric field direction and a current signal is output from the source electrode 14 or the drain electrode 15.

이때 출력되는 전류 신호의 강도는 하전 입자의 밀도에 비례하는데, 절연층(12)을 통해 채널의 하부에 형성된 게이트 전극(미도시)에 전압을 가하면 채널에 존재하는 하전 입자의 밀도가 변화하게 되므로, 게이트 전극(미도시)의 전압을 제어하여 검출에 용이한 크기의 전류 신호를 출력할 수 있다. 예컨대, 도 1에서는 웨이퍼 기판(11)에 소스 전극(14)에 인가하는 전압과 반대 극성의 전압을 인가함으로써 웨이퍼 기판(11)이 게이트 전극의 역할을 수행하도록 제어할 수 있다.The intensity of the output current signal is proportional to the density of the charged particles. When a voltage is applied to a gate electrode (not shown) formed under the channel through the insulating layer 12, the density of charged particles existing in the channel changes , The voltage of the gate electrode (not shown) can be controlled to output a current signal of a size easy to detect. For example, in FIG. 1, it is possible to control the wafer substrate 11 to function as a gate electrode by applying a voltage of the opposite polarity to the voltage applied to the source electrode 14 on the wafer substrate 11.

그런데, 종래 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오 센서(10)는 웨이퍼 기판을 사용하기 때문에 기본적인 제조 공정비가 증가할 수 밖에 없는 단점이 있다.However, the conventional field effect transistor-based biosensor 10 has a disadvantage in that a basic manufacturing process ratio increases because a wafer substrate is used.

또한, 종래 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오 센서(10)는 개별 칩(chip) 형태로 분리하기 위해 웨이퍼를 절단하는 다이싱(Dicing) 가공이나, PCB기판에 실장하는 (리)패키징(packaging) 등의 후공정을 거치는데, 이들 공정으로 인한 불량률이 높아지는 문제점이 있다. In addition, the conventional field effect transistor-based biosensor 10 may include a dicing process for cutting a wafer in order to separate chips into individual chips, a packaging process for mounting on a PCB substrate, There is a problem that the defect rate due to these processes is increased.

따라서, 본 출원인은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명을 제안하게 되었으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-1130947호(발명의 명칭: 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서 및 그 제조방법, 등록일: 2012.03.20.)가 있다.Accordingly, the applicant of the present invention has proposed the present invention in order to solve the above-mentioned problems. As a prior art document related thereto, Korean Patent No. 10-1130947 entitled " Carbon Nanotube- Sensor and manufacturing method thereof, registered on March 20, 2012).

본 발명은 인쇄회로기판(PCB)을 이용하여 전계효과 트랜지스터(FET) 기반의 센서를 제조함으로써 패키징 공정이 불필요하고 센서 제조를 위한 반도체 공정을 단순화한 바이오 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.The present invention aims to provide a biosensor in which a packaging process is not required and a semiconductor process for manufacturing a sensor is simplified by manufacturing a field-effect transistor (FET) -based sensor using a printed circuit board (PCB) have.

상기한 과제를 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 회로 패턴이 형성된 인쇄회로(PCB)기판; 상기 인쇄회로기판 상에 서로 소정 간격을 두고 형성되는 소스 전극과 게이트 전극 및 드레인 전극; 상기 게이트 전극 상에 형성된 제1 절연막; 및 상기 제1 절연막이 형성된 상기 인쇄회로기판 상에 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극이 서로 연결되도록 적층되는 감지막을 포함하는 바이오 센서를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a printed circuit board (PCB) substrate on which circuit patterns are formed. A source electrode, a gate electrode, and a drain electrode formed on the printed circuit board at predetermined intervals; A first insulating layer formed on the gate electrode; And a sensing layer laminated on the printed circuit board on which the first insulating layer is formed so that the source electrode and the drain electrode are connected to each other.

상기 바이오 센서의 상기 감지막은, 탄소나노튜브 또는 그래핀으로 형성되며, 상기 소스 전극과 게이트 전극 및 드레인 전극 사이에 대응되는 상기 인쇄회로기판의 상부면과, 상기 게이트 전극의 상부면에 적층되고, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 상부면에 오버랩되어 형성된다.Wherein the sensing film of the biosensor is formed of carbon nanotubes or graphenes and is stacked on the upper surface of the printed circuit board corresponding to the source electrode, the gate electrode and the drain electrode, and the upper surface of the gate electrode, And overlaps the upper surface of the source electrode and the drain electrode.

또한, 상기 바이오 센서는, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 쇼트를 방지하기 위해 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 중 적어도 하나 이상을 덮도록 형성되는 제2 절연막을 더 포함한다.The biosensor further includes a second insulating layer formed to cover at least one of the source electrode and the drain electrode so as to prevent short-circuiting between the source electrode and the drain electrode.

또한, 상기 바이오 센서는, 전원부와 연결하기 위해 상기 인쇄회로기판 상에 형성되는 제1 및 제2 전극단자; 전류검출부와 연결하기 위해 상기 인쇄회로기판 상에 형성되는 제3 전극단자; 상기 제1 및 제2 전극단자를 상기 소스 전극 및 상기 게이트 전극과 각각 전기적으로 연결하고 상기 제3 전극단자는 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결하도록 상기 인쇄회로기판의 하부면에 형성되는 신호선들을 포함한다.The biosensor may further include: first and second electrode terminals formed on the printed circuit board to connect to a power source; A third electrode terminal formed on the printed circuit board to connect to the current detection unit; The first electrode terminal electrically connects the first and second electrode terminals to the source electrode and the gate electrode, and the third electrode terminal includes signal lines formed on a lower surface of the printed circuit board to electrically connect the drain electrode and the drain electrode .

상기한 과제를 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시예는, 회로 패턴이 형성된 인쇄회로(PCB)기판 상에 전극을 형성하기 위한 전도성 물질을 적층하는 단계; 상기 전도성 물질을 패터닝하여 상기 기판 상에 서로 소정 간격을 두고 배치되도록 소스 전극과 게이트 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극의 상에 제1 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 상기 제1 절연막이 형성된 상기 인쇄회로기판 상에 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극이 서로 연결되도록 감지막을 형성하는 단계를 포함하는 바이오 센서의 제조 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including: stacking a conductive material for forming an electrode on a PCB substrate on which a circuit pattern is formed; Forming a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode on the substrate by patterning the conductive material; Forming a first insulating film on the gate electrode; And forming a sensing film so that the source electrode and the drain electrode are connected to each other on the printed circuit board on which the first insulating film is formed.

이때, 상기 바이오 센서의 제조 방법은, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 쇼트를 방지하기 위해 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 중 적어도 하나 이상을 덮도록 제2 절연막을 형성하는 단계를 더 포함한다.The method of fabricating the biosensor may further include forming a second insulating layer so as to cover at least one of the source electrode and the drain electrode to prevent a short circuit between the source electrode and the drain electrode.

상기 바이오 센서의 제조 방법에서, 상기 감지막을 형성하는 단계는, 상기 감지막을 탄소나노튜브 또는 그래핀으로 형성하며, 상기 감지막을 상기 소스 전극과 게이트 전극 및 드레인 전극 사이에 대응되는 상기 인쇄회로기판의 상부면과, 상기 게이트 전극의 상부면에 적층하고, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 상부면에 오버랩되도록 형성할 수 있다.In the method for fabricating a biosensor, the forming of the sensing layer may include forming a sensing layer of carbon nanotubes or graphene on the sensing layer, An upper surface and an upper surface of the gate electrode, and may be formed to overlap the upper surface of the source electrode and the drain electrode.

상기 바이오 센서의 제조 방법은, 상기 제1 절연막을 형성하는 단계 및 상기 감지막을 형성하는 단계는, 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 형성할 수 있다.In the method of manufacturing the biosensor, the step of forming the first insulating film and the step of forming the sensing film may be formed using an ink-jet printing method.

상기 바이오 센서의 제조 방법에서, 전원부와 연결하기 위해 상기 인쇄회로기판 상에 제1 및 제2 전극단자를 형성하는 단계; 전류검출부와 연결하기 위해 상기 인쇄회로기판 상에 제3 전극단자를 형성하는 단계; 상기 제1 및 제2 전극단자를 상기 소스 전극 및 상기 게이트 전극과 각각 전기적으로 연결하고 상기 제3 전극단자는 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결하도록 상기 인쇄회로기판의 하부면에 신호선들을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the method of fabricating the biosensor, forming first and second electrode terminals on the printed circuit board to connect to a power source unit; Forming a third electrode terminal on the printed circuit board to connect to the current detection unit; Forming the signal lines on the lower surface of the printed circuit board so as to electrically connect the first and second electrode terminals to the source electrode and the gate electrode and electrically connect the third electrode terminal to the drain electrode, .

본 발명에 따르면, 회로 패턴이 형성된 기판 즉, 인쇄회로기판(PCB)을 이용하여 전계효과 트랜지스터(FET) 기반의 센서를 제조함으로써 패키징 공정이 불필요하고 센서 제조를 위한 반도체 공정을 단순화하여 제조 공정비를 절감할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, by manufacturing a field-effect transistor (FET) -based sensor using a substrate on which a circuit pattern is formed, that is, a printed circuit board (PCB), a packaging process is unnecessary and a semiconductor process for manufacturing a sensor is simplified, Can be saved.

또한, 패키징 공정으로 인해 발생하는 불량을 해소할 수 있으며, 더욱이 전계효과 트랜지스터(FET)를 구성하는 소스 전극과 게이트 전극 및 드레인 전극이 동일한 평면 상에 구현되어 전극단자와 직접적인 전기적 연결이 가능하므로 와이어 본딩 공정을 줄일 수 있다.In addition, defects caused by the packaging process can be solved. Further, since the source electrode, the gate electrode, and the drain electrode constituting the field effect transistor (FET) are implemented on the same plane, The bonding process can be reduced.

또한, 소스 전극 및 드레인 전극 중 적어도 하나 이상의 전극 상에 추가적으로 절연막을 형성함으로써 소스 전극과 드레인 전극의 쇼트 발생을 해소할 수 있는 효과가 있다. In addition, an additional insulating film is formed on at least one of the source electrode and the drain electrode, so that the occurrence of a short circuit between the source electrode and the drain electrode can be eliminated.

도 1은 종래 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오 센서를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오 센서를 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오 센서를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 PCB기판 상에 바이오센서의 전극들과 전극단자를 연결하여 패키징한 바이오 센서의 평면도이다.
1 is a schematic diagram schematically illustrating a conventional field effect transistor-based biosensor.
2 is a cross-sectional view illustrating a field-effect transistor-based biosensor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 3 to 7 are views for explaining a method of manufacturing a field effect transistor-based biosensor according to an embodiment of the present invention.
8 is a plan view of a biosensor in which electrodes of a biosensor are connected to an electrode terminal on a PCB substrate according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. It is noted that the technical terms used herein are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Also, the technical terms used herein should be interpreted in a sense that is generally understood by those skilled in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined in this specification, and it should be understood that an overly comprehensive It should not be construed as a meaning or an overly reduced meaning.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, the singular forms "as used herein include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprising" or "comprising" or the like should not be construed as necessarily including the various elements or steps described in the specification, Or may be further comprised of additional components or steps.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

참고로, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서는 기존 웨이퍼 기반의 바이오 센서의 구성요소와 동일한 기능을 수행하는 구성요소를 인쇄회로기판 상에 직접 구현하여, 반도체 공정을 간소화하고 특히 패키징 공정으로 인해 발생하는 불량을 해소할 수 있는 구성을 제공하고자 한다. For reference, the biosensor according to the embodiment of the present invention implements the components, which perform the same functions as the components of the existing wafer-based biosensor, directly on the printed circuit board, thereby simplifying the semiconductor process, And to provide a configuration capable of eliminating defects that occur.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오 센서를 나타낸 단면도이다. 2 is a cross-sectional view illustrating a field-effect transistor-based biosensor according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서(100)는 회로 패턴이 형성된 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; 110)(이하, PCB기판 이라고 칭함)과, PCB기판(110) 상에 패턴화된 소스 전극(S; 121)과 게이트 전극(G; 123) 및 드레인 전극(D; 125), 게이트 전극(123) 상에 형성되는 제1 절연막(130), 소스 전극(121)과 드레인 전극들(125)이 서로 연결되도록 PCB기판(110) 상에 적층되는 감지막(140)을 포함한다. 또한, 생물 또는 화학 분자 검출 시 소스 전극(121)과 드레인 전극(125)의 쇼트 발생을 해소하기 위해 소스 전극(121) 및 드레인 전극(125) 중 적어도 하나 이상을 덮도록 제2 절연막(150)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 2, a biosensor 100 according to an embodiment of the present invention includes a printed circuit board 110 (hereinafter referred to as a PCB substrate) having a circuit pattern formed thereon, A patterned source electrode S 121, a gate electrode G 123 and a drain electrode D 125, a first insulating layer 130 formed on the gate electrode 123, a source electrode 121, And a sensing film 140 stacked on the PCB substrate 110 such that the electrodes 125 are connected to each other. The second insulating layer 150 may be formed to cover at least one of the source electrode 121 and the drain electrode 125 to eliminate a short circuit between the source electrode 121 and the drain electrode 125 when biological or chemical molecules are detected. As shown in FIG.

이러한 바이오 센서(100)는 하기의 도 3 내지 도 7의 제조 공정을 통해 제조된다. Such a biosensor 100 is manufactured through the manufacturing process of FIGS. 3 to 7 described below.

먼저 도 3을 참조하면, 회로 패턴이 형성된 PCB기판(110)을 준비하고, 이 PCB기판(110) 상에 소스 전극, 게이트 전극, 드레인 전극을 형성할 전도성 물질(120)을 증착한다. Referring to FIG. 3, a PCB substrate 110 on which a circuit pattern is formed is prepared, and a conductive material 120 for forming a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode is deposited on the PCB substrate 110.

PCB기판(110)은 절연 기재에 다수의 와이어 본딩부(예컨대, 전도성 금속의 띠)가 마련된 기판을 의미한다. The PCB substrate 110 refers to a substrate having a plurality of wire bonding portions (for example, a band of conductive metal) provided on an insulating substrate.

다음 도 4를 참조하면, 전도성 물질(120)을 패터닝하여 PCB기판(110) 상에 소스 전극(121)과 게이트 전극(123) 및 드레인 전극(125)을 형성한다. Referring to FIG. 4, a conductive material 120 is patterned to form a source electrode 121, a gate electrode 123, and a drain electrode 125 on a PCB substrate 110.

소스 전극(121)과 게이트 전극(123) 및 드레인 전극(125)은 PCB기판(110) 상에 서로 소정 간격을 두고 형성되며, 통상 포토레지스트 공정을 통해 패턴화된 형상으로 제조되지만 이에 한정하는 것은 아니다.The source electrode 121, the gate electrode 123 and the drain electrode 125 are formed on the PCB substrate 110 at a predetermined distance from each other and are generally formed into a patterned shape through a photoresist process. no.

소스 전극(121)과 게이트 전극(123) 및 드레인 전극(125)은 전극 재료로서 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti), 백금(Pt) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속으로 이루어진다. 예컨대, 전도성이 높은 금(Au)으로 형성될 수 있지만, 이 외 기판(110)과의 흡착성을 높이기 위해 티타늄(Ti)을 혼합하여 사용될 수 있다. The source electrode 121, the gate electrode 123 and the drain electrode 125 are made of at least one metal selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), titanium (Ti) Lt; / RTI > For example, it may be formed of gold (Au) having high conductivity, but titanium (Ti) may be mixed with the outer substrate 110 to enhance adsorption thereof.

다음 도 5를 참조하면, 소스 전극(121)과 게이트 전극(123) 및 드레인 전극(125)이 형성된 PCB기판(110) 상에 게이트 전극(123)을 절연시키기 위한 제1 절연막(130)을 형성한다. 5, a first insulating layer 130 is formed on a PCB substrate 110 on which a source electrode 121, a gate electrode 123, and a drain electrode 125 are formed to insulate the gate electrode 123. Referring to FIG. do.

제1 절연막(130)은 게이트 전극(123)의 상부면 및 측면을 둘러싸도록 형성된다. 이러한 제1 절연막(130)은 실리콘디옥사이드(SiO2) 계의 절연 재료로 구성될 수 있다. The first insulating film 130 is formed to surround the upper surface and side surfaces of the gate electrode 123. The first insulating layer 130 may be formed of a silicon dioxide (SiO 2) -based insulating material.

도시된 바와 같이, PCB기판(110) 상의 일부 영역인, 게이트 전극(123)에만 제1 절연막(130)을 형성하는 단계에서는, 잉크젯 프린팅 방식 또는 디핑 방식을 이용하여 형성할 수 있다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니며, 포토레지스트 공정 및 부분 식각 공정 등을 이용하여 형성할 수도 있다. 잉크젯 프린팅 방식의 경우, 제1 절연막(130)은 도 5에서 예시한 것처럼 게이트 전극(123) 상에 얇은 박막으로 형성되지 않고 볼록하게 도포될 수 있다. 그러나, 잉크젯에서 분사되는 잉크의 양, 속도 등을 조절하여 바이오 센서의 성능 및 감지막의 저항 변화 등에 큰 영향을 주지 않는 범위의 두께를 갖도록 조절할 수 있다. As shown in the figure, in the step of forming the first insulating layer 130 only on the gate electrode 123, which is a part of the PCB substrate 110, the first insulating layer 130 may be formed using an inkjet printing method or a dipping method. However, the present invention is not limited thereto, and may be formed using a photoresist process and a partial etching process. In the case of the ink-jet printing method, the first insulating layer 130 may be formed on the gate electrode 123 as shown in FIG. 5 without being formed as a thin film, but may be convexly coated. However, it is possible to adjust the amount and speed of the ink jetted from the inkjet to have a thickness that does not greatly affect the performance of the biosensor and the resistance of the sensing film.

다음 도 6을 참조하면, 제1 절연막(130)이 형성된 상태에서 소스 전극(121)과 드레인 전극(125)이 서로 연결되도록 PCB기판(110) 상에 감지막(140)을 형성한다. 소스 전극(121)과 드레인 전극(125) 사이에 형성된 감지막(140)은 소스 전극(121)과 드레인 전극(125) 사이에서 발생하는 하전입자가 전계 방향에 따라 이동하는 채널이 된다. 6, a sensing layer 140 is formed on the PCB substrate 110 such that the source electrode 121 and the drain electrode 125 are connected to each other in a state where the first insulating layer 130 is formed. The sensing film 140 formed between the source electrode 121 and the drain electrode 125 becomes a channel in which charge carriers generated between the source electrode 121 and the drain electrode 125 move along the electric field direction.

감지막(140)은 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀 소재로 이루어질 수 있다. 그래핀은 탄소를 얇게 펼친 소재로서 그 두께가 0.2나노미터(nm) 정도로 얇지만 강철보다 단단하고 구리보다 전기가 잘 통하는 장점이 있다. 탄소나노튜브는 탄소 한 겹이 말려 튜브로 만들어진 물질로 탄소 6개로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있으며 관의 지름이 수~수집 나노미터에 불과하다. 탄소나노튜브의 특성은 전기 전도도가 구리와 비슷하며 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같다.The sensing layer 140 may be formed of carbon nanotube (CNT) or graphene. Graphene is a thin layer of carbon that is thinner than 0.2 nanometers (nm) in thickness, but has the advantage of being harder than steel and better electrically than copper. Carbon nanotubes are tubes made of one layer of carbon, with six hexagons of carbon connected together to form a tubular shape with only a few nanometers of tube diameter. Carbon nanotubes have the same electrical conductivity as copper and have the same thermal conductivity as natural diamond.

도 6의 감지막(140) 형성 단계에서, 본 실시예에서는 감지막(140)을 소스 전극(121)과 게이트 전극(123) 및 드레인 전극(125) 사이에 대응되는 PCB기판(110)의 상부면과, 제1 절연막(130)이 형성된 게이트 전극(123)의 상부면에 적층하고, 소스 전극(121)과 드레인 전극(123)의 상부면에 일부 또는 전체적으로 오버랩되도록 형성할 수 있다. 6, the sensing film 140 is formed on the upper surface of the PCB substrate 110 corresponding to the space between the source electrode 121 and the gate electrode 123 and the drain electrode 125. In this case, And the upper surface of the gate electrode 123 on which the first insulating layer 130 is formed and overlaps the upper surface of the source electrode 121 and the drain electrode 123 partially or entirely.

감지막(140)을 형성하는 방법은 제1 절연막(130)을 형성하는 방법과 마찬가지로 잉크젯 프린팅 방식 또는 디핑 방식 등을 이용할 수 있다. As a method of forming the sensing layer 140, an inkjet printing method, a dipping method, or the like may be used in the same manner as the method of forming the first insulating layer 130.

예컨대, 고체 상태의 탄소나노튜브(Carbon NanoTube; CNT)에 계면활성제와 분산 용액을 첨가하여 분산시키고, 분산이 완료된 액체 상태의 탄소나노튜브 잉크를 잉크젯(inkjet)에 투입하여 분사되는 잉크의 양을 조절하면서 프린팅할 수 있다. 또는 분산이 완료된 액체 상태의 탄소나노튜브 잉크를 롤을 이용하여 디핑 공정을 수행할 수 있다. 이러한 공정들에 의해 도포된 탄소나노튜브 잉크는 용액 내에서 단위 가닥으로 분산되어 있는 탄소나노튜브 입자들이 PCB기판(110) 상부면과 전극들(121, 123, 125)의 상부면에 흡착되어 감지막(140)을 형성하게 된다. For example, when a surfactant and a dispersion solution are added to and dispersed in a solid carbon nanotube (CNT), and the liquid carbon nanotube ink having been dispersed is injected into an inkjet, You can print while adjusting. Alternatively, the dipping process can be performed using a roll of the carbon nanotube ink in the liquid state in which the dispersion is completed. The carbon nanotube ink applied by these processes is adsorbed on the upper surface of the PCB substrate 110 and the upper surfaces of the electrodes 121, 123, and 125 by the carbon nanotube particles, Thereby forming a film 140.

감지막(140)은 표면에 전하를 띤 입자를 흡착할 때 저항에 변화가 발생하며, 예컨대 탄소나노튜브(CNT) 표면에 링커를 개재하여 항체를 흡착시켜 놓은 경우, 타겟 물질(예컨대 IgF, IgM, IgG, 헤모글로빈 등)이 항체에 흡착되면 감지막(140)의 저항이 변화한다. 이러한 변화를 감지함으로써 타겟 물질인 분자의 검출이 가능해진다.When the particles are adsorbed on the surfaces of the carbon nanotubes (CNTs) by adsorbing the antibodies, the sensing material 140 is immobilized on the surfaces of the target substances (for example, IgF, IgM , IgG, hemoglobin, etc.) is adsorbed on the antibody, the resistance of the sensing membrane 140 changes. By detecting such a change, it becomes possible to detect a molecule as a target substance.

다음으로 도 7을 참조하면, 소스 전극(121)의 상부면에, 더욱 구체적으로는 소스 전극(121)의 노출면과, 소스 전극(121)의 상부면에 위치한 감지막(140)을 덮도록 제2 절연막(150)을 형성할 수 있다. Next, referring to FIG. 7, the upper surface of the source electrode 121, more specifically, the exposed surface of the source electrode 121 and the sensing film 140 located on the upper surface of the source electrode 121 The second insulating film 150 can be formed.

제2 절연막(150)은 생물 또는 화학 분자 검출 시 소스 전극(121)과 드레인 전극(125)의 쇼트를 방지하기 위한 것으로, 도 7에서는 소스 전극(121) 상에만 형성된 일 예를 보여주고 있으나 이에 한정되지 않고 드레인 전극(125) 상에 형성할 수도 있다.The second insulating layer 150 is formed to prevent short-circuiting between the source electrode 121 and the drain electrode 125 when biological or chemical molecules are detected. In FIG. 7, the second insulating layer 150 is formed only on the source electrode 121, But may be formed on the drain electrode 125 without limitation.

또는, 소스 전극(121)과 드레인 전극(125)을 모두 덮도록 제2 절연막(150)을 형성할 수 있다.Alternatively, the second insulating layer 150 may be formed to cover both the source electrode 121 and the drain electrode 125.

제2 절연막(150)은 제1 절연막(130)과 마찬가지로 실리콘디옥사이드(SiO2)계의 절연 재료로 구성되며, 잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 형성될 수 있다. 또는 디핑 방식을 이용하여 형성될 수도 있다. The second insulating layer 150 may be formed of an insulating material such as silicon dioxide (SiO 2) in the same manner as the first insulating layer 130, and may be formed using an inkjet printing method. Or may be formed using a dipping method.

이와 같이 형성된 바이오 센서(100)는 PCB기판(110) 상에 소스 전극(121)과 게이트 전극(123), 드레인 전극(125)을 동일한 평면 상에 한꺼번에 형성하고 그 위에 감지막(140)을 형성함으로써 제조 공정을 간소화할 수 있는 장점이 있다. . The biosensor 100 thus formed is formed by forming a source electrode 121, a gate electrode 123 and a drain electrode 125 on a same plane on a PCB substrate 110 and forming a sensing film 140 thereon Thereby making it possible to simplify the manufacturing process. .

또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서(100)는 PCB기판(110) 상에 바로 반도체 공정을 수행하기 때문에 패키징 공정 시 바이오 센서(100)와 PCB기판(110) 간 와이어 본딩을 위한 작업이 불필요하고, PCB기판(110) 상의 전극단자와 전극들(121, 123, 125)간 직접적인 연결이 가능하다. 이에 대한 구체적인 설명은 하기의 도 8을 참조한다.In addition, since the biosensor 100 according to the embodiment of the present invention performs a semiconductor process directly on the PCB substrate 110, the operation for wire bonding between the biosensor 100 and the PCB substrate 110 during the packaging process And direct connection between the electrode terminals on the PCB substrate 110 and the electrodes 121, 123, and 125 is possible. A detailed description thereof will be made with reference to FIG.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 PCB기판 상에 바이오센서의 전극들과 전극단자를 연결하여 패키징한 바이오 센서의 평면도이다.8 is a plan view of a biosensor in which electrodes of a biosensor are connected to an electrode terminal on a PCB substrate according to an embodiment of the present invention.

바이오 센서(100)는 전원부와 연결하기 위해 PCB기판(110) 상에 형성되는 제1 및 제2 전극단자(161, 163)와, 전류검출부와 연결하기 위해 PCB기판(110) 상에 형성되는 제3 전극단자(165)를 더 포함하며, 이 전극단자들(161, 163, 165)을 소스 전극(121)과 게이트 전극(123) 및 드레인 전극(125)과 각각 연결하기 위한 신호선들(167)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 전원부 및 전류검출부는 바이오 센서(100)가 장착되는 센서의 본체에 마련되는 구성이다.The biosensor 100 includes first and second electrode terminals 161 and 163 formed on a PCB substrate 110 to be connected to a power source unit and first and second electrode terminals 161 and 163 formed on a PCB substrate 110 And a third electrode terminal 165. Signal lines 167 for connecting the electrode terminals 161, 163 and 165 to the source electrode 121 and the gate electrode 123 and the drain electrode 125, respectively, As shown in FIG. Here, the power supply unit and the current detection unit are provided in the main body of the sensor on which the biosensor 100 is mounted.

일 예로, 제1 전극단자(161)는 소스 전극(121)과 연결되어 (+)전압을 인가하고, 제2 전극단자(163)는 게이트 전극(123)과 연결되어 (-)전압을 인가하며, 제3 전극단자(165)는 드레인 전극(125)과 연결되어 드레인 전극(125)으로부터 출력되는 전류 신호를 검출하도록 구현될 수 있다. 또는 전계효과 트랜지스터의 동작 원리(N채널, P채널)에 따라 게이트 전극(123)에 (+)전압을 인가하도록 구현할 수 있다. 여기서, 소스 전극(121)과 드레인 전극(125)에서의 전극단자 연결은 서로 바뀔 수 있다.For example, the first electrode terminal 161 is connected to the source electrode 121 to apply a (+) voltage, and the second electrode terminal 163 is connected to the gate electrode 123 to apply a negative And the third electrode terminal 165 may be connected to the drain electrode 125 to detect a current signal output from the drain electrode 125. [ (+) Voltage to the gate electrode 123 according to the operation principle of the field-effect transistor (N-channel, P-channel). Here, electrode terminal connection at the source electrode 121 and the drain electrode 125 may be interchanged.

또한, 신호선들(167)은 바이오 센서(100)의 전극들(121, 123, 125)보다 비교적 넓은 영역을 차지하는 감지막(140) 상에 측정 대상인 혈액이나 타액을 투여 할 때 투여된 물질로 인하여 발생하는 쇼트 현상을 최소화하기 위해 PCB기판(110)의 하부면에 구현될 수 있다. The signal lines 167 are connected to the sensor film 140 which occupies a relatively larger area than the electrodes 121, 123 and 125 of the biosensor 100, And may be implemented on the lower surface of the PCB substrate 110 to minimize the occurrence of a short circuit.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 아래의 특허청구범위에 의해 해석 되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다. The foregoing description is merely illustrative of the present invention, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the specification of the present invention should be interpreted by the following claims, and all the techniques within the scope of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 바이오센서 110: PCB기판
120: 전도성 물질 121: 소스 전극
123: 게이트 전극 125: 드레인 전극
130: 제1 절연막 140: 감지막
150: 제2 절연막
161, 163, 165: 전극 단자들 167: 신호선들
100: Biosensor 110: PCB substrate
120: conductive material 121: source electrode
123: gate electrode 125: drain electrode
130: first insulating film 140: sensing film
150: second insulating film
161, 163, 165: electrode terminals 167: signal lines

Claims (9)

회로 패턴이 형성된 인쇄회로(PCB)기판;
상기 인쇄회로기판 상에 서로 소정 간격을 두고 형성되는 소스 전극과 게이트 전극 및 드레인 전극;
상기 게이트 전극 상에 형성된 제1 절연막; 및
상기 제1 절연막이 형성된 상기 인쇄회로기판 상에 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극이 서로 연결되도록 적층되는 감지막;
을 포함하는 바이오 센서.
A printed circuit board (PCB) substrate on which circuit patterns are formed;
A source electrode, a gate electrode, and a drain electrode formed on the printed circuit board at predetermined intervals;
A first insulating layer formed on the gate electrode; And
A sensing film laminated on the printed circuit board on which the first insulating film is formed so that the source electrode and the drain electrode are connected to each other;
.
제1항에 있어서,
상기 감지막은,
탄소나노튜브 또는 그래핀으로 형성되며,
상기 소스 전극과 게이트 전극 및 드레인 전극 사이에 대응되는 상기 인쇄회로기판의 상부면과, 상기 게이트 전극의 상부면에 적층되고,
상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 상부면에 오버랩되어 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
The method according to claim 1,
The sensing layer
Carbon nanotube or graphene,
The upper surface of the printed circuit board corresponding to the source electrode, the gate electrode and the drain electrode, and the upper surface of the gate electrode,
Wherein the source electrode and the drain electrode overlap each other on the upper surface of the source electrode and the drain electrode.
제1항에 있어서,
상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 쇼트를 방지하기 위해 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 중 적어도 하나 이상을 덮도록 형성되는 제2 절연막
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
The method according to claim 1,
And a second insulating layer formed to cover at least one of the source electrode and the drain electrode to prevent a short circuit between the source electrode and the drain electrode.
Further comprising a biosensor.
제1항에 있어서,
전원부와 연결하기 위해 상기 인쇄회로기판 상에 형성되는 제1 및 제2 전극단자;
전류검출부와 연결하기 위해 상기 인쇄회로기판 상에 형성되는 제3 전극단자;
상기 제1 및 제2 전극단자를 상기 소스 전극 및 상기 게이트 전극과 각각 전기적으로 연결하고 상기 제3 전극단자는 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결하도록 상기 인쇄회로기판의 하부면에 형성되는 신호선들;
을 포함하는 바이오 센서.
The method according to claim 1,
First and second electrode terminals formed on the printed circuit board for connection with a power supply unit;
A third electrode terminal formed on the printed circuit board to connect to the current detection unit;
Signal lines formed on a lower surface of the printed circuit board so as to electrically connect the first and second electrode terminals to the source electrode and the gate electrode and to electrically connect the third electrode terminal to the drain electrode;
.
회로 패턴이 형성된 인쇄회로(PCB)기판 상에 전극을 형성하기 위한 전도성 물질을 적층하는 단계;
상기 전도성 물질을 패터닝하여 상기 기판 상에 서로 소정 간격을 두고 배치되도록 소스 전극과 게이트 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계;
상기 게이트 전극의 상에 제1 절연막을 형성하는 단계; 및
상기 상기 제1 절연막이 형성된 상기 인쇄회로기판 상에 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극이 서로 연결되도록 감지막을 형성하는 단계;
를 포함하는 바이오 센서의 제조 방법.
Stacking a conductive material for forming an electrode on a printed circuit board (PCB) substrate on which a circuit pattern is formed;
Forming a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode on the substrate by patterning the conductive material;
Forming a first insulating film on the gate electrode; And
Forming a sensing film so that the source electrode and the drain electrode are connected to each other on the printed circuit board on which the first insulating film is formed;
The method comprising the steps of:
제5항에 있어서,
상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 쇼트를 방지하기 위해 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 중 적어도 하나 이상을 덮도록 제2 절연막을 형성하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
Forming a second insulating film so as to cover at least one of the source electrode and the drain electrode in order to prevent a short circuit between the source electrode and the drain electrode;
Further comprising the steps of:
제5항에 있어서,
상기 감지막을 형성하는 단계는,
상기 감지막을 탄소나노튜브 또는 그래핀으로 형성하며,
상기 감지막을 상기 소스 전극과 게이트 전극 및 드레인 전극 사이에 대응되는 상기 인쇄회로기판의 상부면과, 상기 게이트 전극의 상부면에 적층하고,
상기 소스 전극과 상기 드레인 전극의 상부면에 오버랩되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein forming the sensing layer comprises:
The sensing film is formed of carbon nanotubes or graphenes,
The sensing film is stacked on the upper surface of the printed circuit board corresponding to the source electrode, between the gate electrode and the drain electrode, and on the upper surface of the gate electrode,
Wherein the source electrode and the drain electrode overlap each other on the upper surface of the source electrode and the drain electrode.
제5항에 있어서,
상기 제1 절연막을 형성하는 단계 및 상기 감지막을 형성하는 단계는,
잉크젯 프린팅 방식을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
The forming of the first insulating layer and the forming of the sensing layer may include:
Ink-jet printing method.
제5항에 있어서,
전원부와 연결하기 위해 상기 인쇄회로기판 상에 제1 및 제2 전극단자를 형성하는 단계;
전류검출부와 연결하기 위해 상기 인쇄회로기판 상에 제3 전극단자를 형성하는 단계;
상기 제1 및 제2 전극단자를 상기 소스 전극 및 상기 게이트 전극과 각각 전기적으로 연결하고 상기 제3 전극단자는 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결하도록 상기 인쇄회로기판의 하부면에 신호선들을 형성하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 센서의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
Forming first and second electrode terminals on the printed circuit board for connection to a power supply;
Forming a third electrode terminal on the printed circuit board to connect to the current detection unit;
Forming signal lines on the lower surface of the printed circuit board so as to electrically connect the first and second electrode terminals to the source electrode and the gate electrode and to electrically connect the third electrode terminal to the drain electrode;
Further comprising the steps of:
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