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실리콘 나노와이어 FET 기반의 바이오센서를 이용한 방사선 피폭 단백질 검출
박지수(J. S. Park),조영학(Y. H. Cho) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
본 연구에서는 방사능 피폭 단백질을 검출하기 위해 실리콘 나노와이어 FET (Field-effect-transistor) 기반의 바이오 센서를 제작하고 이를 이용하여 전기적 신호를 검출하고 분석하고자 하였다. Top layer 가 200 nm 인 SOI (Silion-on-insulator) 웨이퍼에 기본적인 MEMS (Micro-electro-mechanical Systems) 공정인 포토리소그라피(Photolithography), 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching, RIE) 및 KOH (Potassium Hydroxide) 이방성 습식 식각 공정을 통해 폭 200 nm, 길이 2 mm 인 나노와이어 구조물을 제작하였다. 실리콘 나노와이어의 전기적 특성을 향상시키고 npn 접합 형태의 디바이스로 만들기 위해 실리콘 나노와이어에 n 형 불순물인 P (Phosphorus) 이온을 부분적으로 도핑을 진행하였다. 이를 통해 실리콘 나노와이어 전체에 이온 도핑을 한 경우보다 FET 특성이 향상된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 나노와이어 양 끝부분에 전기적 접촉을 위한 금(Au) 전극 패드를 증착하였으며, 액중에서의 전기적 신호 측정을 위해 SU-8 을 이용하여 실리콘 나노와이어를 제외한 부분을 반응물로부터 보호하였다. 제작된 디바이스의 전기적 특성을 분석하기 위하여 pH 4, 7, 10 의 버퍼 용액에 대하여 게이트 전압이 변화하였을 때 실리콘 나노와이어의 I-V Curve 를 SPA (Semiconductor Parameter Analyzer) 장비를 이용하여 측정하였다. 최종적으로 방사능 피폭 단백질을 검출하기 위한 항체를 나노와이어 구조물 위에 고정시키기 위해 솔젤(Sol-gel)법을 이용하였으며, 이를 통해 항원-항체 반응이 전기적 신호의 변화로 나타나 검출 결과를 확인할 수 있도록 하였다.