The applications of photonic devices for optical biosensing have been actively studied for the past decade. Yet there remain several problems on low cost and on？site applications. One problem is that bulky and expensive apparatus such like tunable lasers and complex coupling setups for generating resonant modes are usually required for measurement. In order to address this problem, we fabricated and applied visible range self-luminescent Si-rich silicon nitride (SRN) horizontal slot disk resonators for biosensors. In 2011, the self-luminescent SRN disk resonators that whispering gallery modes (WGM) can be generated by a simple optical pumping have been developed and high Q factors about $10^4$ were demonstrated. In order to improve the SRN disk resonator into a more sensitive biosensor, we fabricated and characterized a 25nm thin slot inserted SRN disk resonator with $8 \mu m$ diameter. The Q factors and free spectral positions of WGMs of the slot disk resonator were calculated using finite difference time domain (FDTD) method, and experimentally verified by measuring micro PL spectra. The Q factors of higher than 6000 near 800nm wavelength were demonstrated. Then, the slot disk resonator was applied for biosensing. The sensitivity of 4.6 nm/nm was calculated with finite element method (FEM) and experimentally verified by using Bovine Serum Albumin (BSA). In the actual biosensing experiment of streptavidin detection, the movements of resonance peaks after dipping in streptavidin solutions were measured and a sensitivity of 4.79 nm/($\mu g/ml$) was demonstrated. Finally, a micro prism mirror and PDMS micro fluidic channel were integrated with the slot disks in order to detect the PL signals in an aqueous environment. Using the platform, the bulk sensitivity of 260 nm/RIU of the slot disk was experimentally verified with glycerol solutions.
광 소자를 바이오 센서에 응용하는 연구가 활발히 되어오고 있으나, 많은 경우, 튜너블 레이저와 같은 비싼 외부 광원이 필요하며, 공진 모드를 생성 및 측정하기 위한 커플링 셋업 역시 매우 복잡하다. 본 논문에서는 자가 발광 실리콘 나이트라이드 수평슬롯 원반 공진기를 이용하여 이 문제를 해결하고자 하였다. 이미, 실리콘 나이트라이드 원반형 공진기에서 광 펌핑만을 통해 위스퍼링 갤러리 모드를 생성시킬 수 있음이 증명된 바 있다. 이를 감도가 좋은 바이오센서로 개선하기 위하여, 25 nm 두께의 수평 슬롯이 삽입 된 원반형 공진기를 제작하고 특성을 분석하였다. 먼저, 유한 차분 시간 영역 전산 모사를 통해 제작된 구조에서 Q 인자와 각 모드의 스펙트럼 상 위치를 계산하였고, 광 루미네선스를 측정함으로써 이를 실험적으로 확인하였다. 다음으로 흡착 층의 두께에 따른 슬롯 모드의 감도가 4.6 nm/nm 임을 계산하였고, 이를 BSA 단백질을 사용하여 실험적으로 검증하였다. 실제 바이오센서로써의 활용 능력을 알아보기 위해 스트렙트아비딘 검출 실험에 적용하여, 4.79 nm/($\mu g/ml$)의 감도를 가지는 것을 확인하였다. 마지막으로, 제작된 슬롯 디스크를 마이크로 프리즘 거울 및 PDMS 미세 유체관과 결합하여, 물에서 작동하는 바이오센서 플랫폼을 제작하였다.
