• 센서학회지
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• 제10권3호
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• pp.187-195
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• 2001

ISFET를 이용하여 환경 감시, 산업 공정 제어 및 의용 기기 등 각종분야에 적합한 무선 원격 측정시스템을 구현하였다. 이 시스템은 원거리에 놓여진 측정 장비와 전체 장비를 제어할 수 있는 개인용 컴퓨터로 구성되어진다. 측정 장비에서 구해진 데이터는 RF 송신기로 개인용 컴퓨터에 전송되고 전송된 데이터는 개인용 컴퓨터에 의해 처리된다. 제안된 시스템은 3 채널의 ISFET 신호를 전송하기 위해 시분할 멀티플렉싱 방식을 이용한다. 측정 장비는 인식번호를 가지고 있기 때문에 PC로 많은 수의 측정 장비를 제어할 수 있다. 구현된 시스템의 동작특성은 양호했으며 pH-ISFET을 이용한 실험에서 0.1pH의 정확도를 가지는 것으로 확인되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.238-238
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• 2011

Ion sensitive field effect transistor (ISFET)는 용액의 이온 농도를 측정하는 반도체 센서로, 1970년 Bergveld에 의해 처음으로 제안되었다. ISFET가 제안된 이래로, 제조공정이 간단하고 감지막의 감지 특성 평가가 용이한 electrolyte-insulator-semiconductor (EIS) pH센서 또한 지속적으로 연구되었다. EIS pH센서는 작은 소자 크기, 견고한 구조, 빠른 응답속도와 CMOS공정과의 호환성이 좋다는 장점이 있다. EIS 또는 ISFET 센서를 이용하여 생물학적 요소의 신호 감지 특성을 평가함에 있어 소자의 signal to noise 비율이 우수해야 한다. EIS pH센서의 높은 signal to noise 비율을 얻기 위해, 소자의 표면적을 증가시키거나 감지막으로 유전상수가 높은 물질을 사용하여 출력 특성을 향상시켜야 한다. 본 연구에서는 trench구조와 SiO2/HfO2/Al2O3 (OHA) 적층 감지막을 갖는 EIS pH센서를 제작하여 출력 특성을 증가시키는 실험을 실시하였다. 120 nm, 380 nm, 780 nm의 다양한 깊이를 가진 trench를 형성하였으며, trench 깊이에 따른 출력특성을 비교하였다. 또한, 제작된 EIS 소자의 pH감지 특성을 분석하였다. 제작된 EIS소자의 감지막 중 SiO2는 Si와 high-k물질의 계면 상태를 보완하기 위한 완충막으로 성장되었고, HfO2는 높은 유전상수를 가지고 있어 signal to noise 비율을 향상시키는 물질로 증착되었다. 최종적으로 Al2O3는 pH용액과의 화학적 손상을 막기 위한 물질로 증착되었다. 실험 결과, trench 깊이가 깊어질수록 출력값이 증가하였고 이는 signal to noise 비율이 향상되는 것을 의미한다. 결론적으로 trench 형성을 통한 표면적 증가와 high-k물질을 적층한 감지막으로 인해 높은 출력 특성을 갖는 우수한 EIS 바이오센서를 제작할 수 있었다.

• 센서학회지
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• 제8권4호
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• pp.320-326
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• 1999

센서의 감지막 표면에 흡착되어 있는 이물질을 세척하기 위해 노즐 원리를 도입하여 소형 카트리지를 제작하였다. 세척용 노즐구조는 유동 해석 프로그램(CFD-ACE)의 검증을 통하여 소형 카트리지에 적합하도록 설계하였다. 미세가공기술을 이용하여 제작된 카트리지의 전체 크기는 약 $2.6\;cm{\times}1.5\;cm$이고 세척용 노즐의 크기는 $0.2\;mm{\times}600\;mm$이며, 측정에 필요한 시료의 양은 약 $20\;{\mu}l$이다. REFET과 의사기준전극을 이용한 차동증폭법을 사용하여 기준전극을 소형화하였다. 또한, 미세채널에서 기포로 인한 센서의 오동작을 감지하기 위해 채널 양단에 금속전극을 증착하였다. 제작된 카트리지에 pH-ISFET를 장착하여 노즐에 의한 세척효과를 조사하였다.

• 센서학회지
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• 제6권4호
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• pp.307-315
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• 1997

본 논문에서는 센서교환이 용이하고 소량의 샘플을 요구하는 ISFET 센서용 전해질 분석기의 샘플챔버(sample chamber)를 설계하였으며, 이를 이용한 2점 교정방식의 4채널 전해질 분석기를 구현하였다. 샘플과 교정용액들의 사용을 최소화하기 위한 샘플의 로딩상태 감지회로를 제안하였으며 이를 실현하였다. 구현된 전해질 분석기는 제어계통과 액류흐름계통으로 구성되어 있으며 전해질 분석기의 효과적인 제어를 위하여 측정루틴, 교정루틴 및 세척루틴의 시스템 소프트웨어를 각각 개발하였다.

• 센서학회지
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• 제1권2호
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• pp.101-106
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• 1992

반도체 pH 센서인 pH-ISFET와 효소 고정화막을 기술적으로 결합한 FET형 반도체 요소 및 포도당센서를 제조하고 그 동작특성을 조사하였다. 사진식각기술을 이용하여 pH-ISFET의 수소이온 감지막 위에 urease와 glucose oxidase를 감광성 고분자 물질인 PVA(polyvinyl alcohol)-SbQ(stilbazolium group)로 고정화(immobilization)시켰다. 제조된 요소센서와 포도당센서는 각각 $0.5{\sim}50{\;}mg/dl$ 범위의 요소농도와 $10{\sim}1000{\;}mg/dl$의 포도당 농도를 정량 할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.242-242
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• 2010

SiO2박막을 이온 감지막으로 이용한 pH농도센서를 제작하였다. 현재 많은 연구중인 pH센서, pH-ISFET(pH-Ion Sensitive Field Effect Transistor)는 용액과 기준전극간의 전기화학적 변위차를 이용하여 pH를 센싱한다. pH-ISFET는 기존 CMOS공정을 그대로 이용할 수 있고, 이온감지막의 변화만으로 다양한 센서를 제작할 수 있어 최근 많은 연구가 진행 중이다. 하지만 FET를 제작하기 위한 공정의 복잡성과 용액의 전위를 정해주고 FET에 바이어스를 인가해줄 기준전극이 반드시 필요하다는 제한성이 있다. 따라서 본 연구에서는 SOI 기판을 이용하여 간단한 구조의 pH센서를 제작하였다. 센서는 (100)결정면을 가지는 p-타입 SOI(Silicon On Insulator)기판을 사용하였으며 포토리소그래피 공정을 이용하여 back-gated MOSFET구조로 제작하였다. 이온감지막으로 사용할 SiO2박막은 RF 스퍼터링을 이용하여 $100{\AA}$ 증착하였다. 바이어스는 기존 pH-ISFET와는 다르게 기준전극 대신 기판을 backgate로 사용하여 FET에 바이어스를 인가해 주었다. pH 용액 주입을 위해 PDMS재질의 챔버를 제작하고 실리콘글루를 이용하여 센서에 부착하였다. pH12부터 pH4까지 단계적으로 누적시키며 챔버에 주입하였고, pH에 따른 드레인전류의 변화를 관찰하였다. pH용액을 챔버에 주입시, pH농도에 따라 제작된 센서의 문턱전압이 오른쪽으로 이동하는 결과를 관찰할 수 있었다. 결과적으로, 구조가 간단한 pseudo MOSFET을 이용하여 pH센서의 적용가능성을 확인하였으며 SiO2박막 역시 본 pH센서의 이온감지막의 역할과 센서의 안정성을 향상시킬 수 있다는 점을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제24권1호
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• pp.1-9
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• 2013

의료의 패러다임이 질병 치료에서 질변 예방 및 조기 진단으로 변화하면서 미량의 생분자를 측정할 수 있는 기술에 대한 수요가 증가하고 있다. 미량의 생분자를 측정할 수 있는 다양한 기술이 존재하는데 여기서는 성숙된 반도체 기술을 이용한 바이오센서에 대해 언급하고자 한다. 이의 이해를 돕기 위해 반도체의 기본 소자인 MOSFET (Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)의 구조와 원리를 소개하고, 이를 응용한 ISFET (Ion sensitive FET), BioFET (Biologically modified FET), Nanowire FET, 그리고 IFET (Ionic FET)에 대한 소개와 이의 생명공학에 대한 응용에 대해 논하고자 한다.

• 한국정밀공학회지
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• 제30권1호
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• pp.128-133
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• 2013

Si Nanowire (Si-NW) arrays were fabricated by top-down method. A relatively simple method is suggested to fabricate suspended silicon nanowire arrays. This method allows for the production of suspended silicon nanowire arrays using anisotropic wet etching and conventional MEMS method of SOI (Silicon-On-Insulator) wafer. The dimensions of the fabricated nanowire arrays with the proposed method were evaluated and their effects on the Field Effect Transistor (FET) characteristics were discussed. Current-voltage (I-V) characteristics of the device with nanowire arrays were measured using a probe station and a semiconductor analyzer. The electrical properties of the device were characterized through leakage current, dielectric property, and threshold voltage. The results implied that the electrical characteristics of the fabricated device show the potential of being ion-selective field effect transistors (ISFETs) sensors.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제28권11호
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• pp.698-703
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• 2015

In this study, we fabricated the dual gate (DG) ion-sensitive field-effect-transistor (ISFET) with flexible polyimide (PI) extended gate (EG). The DG ISFETs significantly enhanced the sensitivity of pH in electrolytes from 60 mV/pH to 1152.17 mV/pH and effectively improved the drift and hysteresis phenomenon. This is attributed to the capacitive coupling effect between top gate and bottom gate insulators of the channel in silicon-on-transistor (SOI) metal-oxide-semiconductor (MOS) FETs. Accordingly, it is expected that the PI-EG based DG-ISFETs is promising technology for high-performance flexible biosensor applications.

• Journal of Electrical Engineering and information Science
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• 제2권3호
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• pp.82-87
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• 1997

Ion-Sensitive Field-Effect Transistors(ISFETs) with LPCVD silicon nitride as a sensitive gate were fabricated on the basis of a CMOS process. The silicon nitride was deposited directly on a poly silicon gate-electrode. Using a specially designed measuring cell, the hydrogen ions sensing properties of the ISFET in liquid could be investigated without any bonding or encapsulation. At first, th sensitivity was estimated by simualtions according to the site-binding theory and the experimental results were analysed and compared with simulated results. The measured dta were in good agreement with the simulated results. The silicon nitride based ISFET has good linearity evaluated from correlation factor ($\geq$0.9998) and a mean pH-sensitivity of 56.8mV/pH. The maximum hysteresis width between forward(pH=3\longrightarrowpH=11)- and backward(pH=11\longrightarrowpH=3) titration was 16.7mV at pH=6.54.