This thesis reports the silicon nanopillar-based open channel system for real-time detection. Capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT) is a MEMS-based device that has high quality factor due to its vacuum cavity. Therefore, it has potential as sensitive micro-biosensor. However, in water condition, the sensitivity of CMUT is decreased by damping. By this reason, it is difficult that conventional microfluidic channel system is applied to CMUT sensor for real-time monitoring. Here, we suggest a silicon nanopillar-based open channel system using wicking flow for real-time detection. The effect of nanopillar structure was confirmed by FEM simulation. In addition, the pillar structure was fabricated. Thus, we demonstrate the potential of the open channel system as real-time monitoring system.
본 연구에서는 미세가공 정전용량형 초음파 트랜스듀서(CMUT)의 바이오센서로서의 가능성을 확인 하였으며, 이외에도 나노 기둥 구조를 기반으로 한 실시간 검출 바이오센서를 제안, 구현 가능성을 검증하였다. MEMS 기술을 활용한 미세가공 정전용량형 초음파 트랜스듀서는 진공 공동을 갖는다는 구조상의 특징으로 높은 Q 인자를 갖고, 이 때문에 높은 민감도를 갖는 초소형 바이오 센서로서의 가능성을 갖는다. 그러나 진동을 이용한 원리로 인하여 액체 상에서 센서를 사용할 경우, 에너지 손실로 인한 민감도 하락 현상이 발생하여 센서로서 활용하기 어렵다는 한계점이 있다. 이러한 특성 때문에 실시간 검출에 필요한 기존의 미세 유체 채널 시스템을 활용하기 어려워 실시간 검출 시스템의 구현이 어렵다. 본 논문에서는 나노 기둥 구조를 통한 모세관 현상을 이용함으로써 기존 실시간 검출이 어렵던 미세가공 정전용량형 초음파 트랜스듀서 기반 바이오센서를 단점을 극복하고자 하였다. 이러한 시스템의 구현에 앞서 시뮬레이션을 통하여 나노 기둥 구조에 의한 효과를 확인하고, 실제 공정을 통하여 이러한 나노 기둥 구조를 구현하여, 개방형 미세 유체 채널 시스템으로서의 가능성을 확인하였다.
