For utilizing the advantages of nanoscale for biodetection, many researchers focused on nanowire or nanotube based sensors. However, these techniques need to overcome process compatibility with exiting integrated circuit or lab-on-a-chip technology. With this perspective, we recently reported the dielectric-modulated field effect transistor (DMFET) using partial nanogap with gold gate to check possibility for biosensor application. To achieve more stable, controllable, opened fluidic structure and better complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) compatibility, we introduce a suspended gate DMFET with totally opened nanogap underneath poly-silicon gate. We demonstrated the dramatic threshold voltage shift by the antigen-antibody interaction between the avian influenza surface antigen (AIa) and its antibody using the silicon binding affinity, and it was verified with recovery and control experiments. The molecular binding characteristic of the inside of the nanogap was studied on concentration and width dependency. The nanogap technique based on DMFET enables for us to devise the sensor directly addressable with on-chip electronic circuit for label free infectious disease detection and other diagnostics.
MOSFET 소자를 바이오 센서로 응용하여 조류독감을 검출하는 방법에 대하여 연구하였다. Suspended-gate를 이용하여 게이트 하단 면에 유체가 자유롭게 드나들 수 있는 나노갭 형태의 in-out fluidic channel을 만들어서 조류독감의 항원, 항체가 나노갭 안에 용이하게 고정화될 수 있도록 설계하였다. E-beam evaporation을 이용하여 희생층 역할을 하는 크롬박막을 게이트 절연층위에 형성하고, 게이트 형성 후 식각하는 과정을 통해서 20 nm 의 나노갭이 성공적으로 형성되었다. 나노갭 안에 조류독감 항원, 항체를 고정화 시킴에 따라 나노갭 내부의 유전율 변화에 의하여 $V_T$ (threshold voltage) 가 감소하는 것을 확인하였다. $V_T$의 감소가 조류독감 항원, 항체에 의한 것임을 확인하기 위하여 여러 가지 통제 실험을 설계하여 수행하였다. 나노갭의 길이에 따른 확산 특성을 확인하기 위하여 나노갭의 길이에 해당하는 게이트의 너비를 변화시켜가며 소자의 특성을 확인하였다. 또한 나노갭에서와 표면에서의 바이오 물질 고정화 특성을 확인 하기 위하여, 여러가지 농도에 대한 SPR (surface plasmon resonance) 분석 결과와 나노갭에서의 분석 결과를 비교함으로써 나노갭에서의 바이오 물질 고정화에 대한 효용성을 확인하였다. 제작된 소자는 IC (integrated circuit) 기술과 LOC (lab-on-a-chip) 과 쉽게 융합이 가능하므로 조류독감 뿐 만 아니라 다양한 질병의 진단에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
