(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列で配列され、外部の光走査によって選択的にターンオンとされて基準電気信号を生成する光電素子と、
前記基準電気信号によって選択的に活性化され、プローブ分子とターゲット分子との反応によって感知信号を生成および出力するバイオセンサーを含む複数のバイオセンサーセルと、
前記複数のバイオセンサーセルに同時に連結され、選択された前記バイオセンサーセルからの前記感知信号を伝達する少なくとも１つの感知線と、
前記感知線から前記感知信号を受けて外部の読み取り機に出力する出力端子と、を含み、
前記バイオセンサーは、前記プローブ分子と前記ターゲット分子との反応によって抵抗値が変化し、
前記光電素子は、
前記外部の光走査によってターンオン電圧を生成する太陽電池と、
前記太陽電池のターンオン電圧によってターンオンとされ、前記バイオセンサーに前記基準電気信号を流すトランジスタと、
を含むことを特徴とするバイオセンサーチップ。
【請求項２】
前記トランジスタは、
前記太陽電池に連結され、前記ターンオン電圧を受けるゲート電極と、
基準電圧に連結されているソース電極と、
前記バイオセンサーに連結され、前記基準電圧に基づいて前記基準電気信号を流すドレーン電極と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサーチップ。
【請求項３】
行列で配列され、外部の光走査によって選択的にターンオンとされて基準電気信号を生成する光電素子と、
前記基準電気信号によって選択的に活性化され、プローブ分子とターゲット分子との反応によって感知信号を生成および出力するバイオセンサーを含む複数のバイオセンサーセルと、
前記複数のバイオセンサーセルに同時に連結され、選択された前記バイオセンサーセルからの前記感知信号を伝達する少なくとも１つの感知線と、
前記感知線から前記感知信号を受けて外部の読み取り機に出力する出力端子と、を含み、
前記光電素子は、
前記外部の光走査によってターンオンとされ、前記バイオセンサーに前記基準電気信号を流す光トランジスタを含むことを特徴とするバイオセンサーチップ。
【請求項４】
前記光トランジスタは、前記外部の光照射によって電子−正孔の対が生成され、抵抗が低くなる半導体層を含むことを特徴とする請求項３に記載のバイオセンサーチップ。
【請求項５】
前記光トランジスタは、
第１基準電圧に連結されているゲート電極と、
第２基準電圧に連結されているソース電極と、
前記バイオセンサーに連結され、前記第１及び第２基準電圧に基づいて前記基準電気信号を流すドレーン電極と、を含むことを特徴とする請求項３に記載のバイオセンサーチップ。
【請求項６】
前記バイオセンサーチップは、
前記複数のバイオセンサーセルを含む複数のバイオセンサーセルグループを含み、
１つの前記感知線は、１つのバイオセンサーセルグループの前記複数のバイオセンサーセルに同時に連結されていることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサーチップ。
【請求項７】
前記複数のバイオセンサーセルは、一定の個数毎にグルーピングされて複数のバイオセンサーセルグループを形成し、各々の前記バイオセンサーセルグループに含まれた複数のバイオセンサーセルは、一つの前記感知線に連結されている
ことを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサーチップ。
【請求項８】
前記バイオセンサーチップは、
外部から電源電圧を受けて前記複数のバイオセンサーセルに印加する電源端子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサーチップ。
【請求項９】
前記複数のバイオセンサーセルは、
互いに異なる前記プローブ分子を含むことを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサーチップ。
【請求項１０】
行列で配列され、外部の光走査によって選択的にターンオンとされて基準電気信号を生成する光電素子と、
前記基準電気信号によって選択的に活性化され、プローブ分子とターゲット分子との反応によって感知信号を生成および出力するバイオセンサーを含む複数のバイオセンサーセルと、
前記複数のバイオセンサーセルに同時に連結され、選択された前記バイオセンサーセルからの前記感知信号を伝達する少なくとも１つの感知線と、
前記感知線から前記感知信号を受けて外部の読み取り機に出力する出力端子と、を含み、
前記バイオセンサーセルは、Ｐ型ドーピング層、Ｎ型ドーピング層及び非ドーピング領域で形成されている光ダイオードと、
前記非ドーピング領域上に固定されている複数のプローブ分子と、
を含むバイオセンサーチップ。
【請求項１１】
前記光ダイオードは、
前記プローブ分子とターゲット分子との反応による透過度の変化によって電流を変化することを特徴とする請求項１０に記載のバイオセンサーチップ。
【請求項１２】
前記バイオセンサーチップは、
外部から電源電圧を受けて前記複数のバイオセンサーセルに印加する電源端子をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のバイオセンサーチップ。
【請求項１３】
前記複数のバイオセンサーセルは、互いに異なる前記プローブ分子を含むことを特徴とする請求項１０に記載のバイオセンサーチップ。
【請求項１４】
バイオセンサーチップは、
行列で配列され、外部の光走査によって選択的にターンオンとされて基準電気信号を生成する光電素子と、
前記基準電気信号によって選択的に活性化され、プローブ分子とターゲット分子との反応によって感知信号を生成および出力するバイオセンサーを含む複数のバイオセンサーセルと、
前記複数のバイオセンサーセルに同時に連結され、選択された前記バイオセンサーセルからの前記感知信号を伝達する少なくとも１つの感知線と、
前記感知線から前記感知信号を受けて外部の読み取り機に出力する出力端子と、を含み、
前記バイオセンサーは、前記プローブ分子と前記ターゲット分子との反応によって抵抗値が変化し、
前記光電素子は、
前記外部の光走査によってターンオン電圧を生成する太陽電池と、
前記太陽電池のターンオン電圧によってターンオンされ、前記バイオセンサーに前記基準電気信号を流すトランジスタと、を含み、
行列で配列されている前記複数のバイオセンサーセルを前記ターゲット分子が含まれている検出試料に露出する段階と、
前記感知信号を読み出す前記バイオセンサーセルを選択し、外部から光を照射する段階と、
選択された前記バイオセンサーセルのトランジスタが前記光によってターンオンとされ、バイオセンサーに基準電気信号を出力する段階と、
前記基準電気信号に基づいて前記バイオセンサーから前記感知信号を読み出して、出力端子を介して外部に出力する段階と、
を含むバイオセンサーチップの駆動方法。
【請求項１５】
選択された前記バイオセンサーセルの前記感知信号は、前記複数のバイオセンサーセルに同時に連結されている感知線を通じて前記出力端子に伝達することを特徴とする請求項１４に記載のバイオセンサーチップの駆動方法。
【請求項１６】
バイオセンサーチップは、
行列で配列され、外部の光走査によって選択的にターンオンとされて基準電気信号を生成する光電素子と、
前記基準電気信号によって選択的に活性化され、プローブ分子とターゲット分子との反応によって感知信号を生成および出力するバイオセンサーを含む複数のバイオセンサーセルと、
前記複数のバイオセンサーセルに同時に連結され、選択された前記バイオセンサーセルからの前記感知信号を伝達する少なくとも１つの感知線と、
前記感知線から前記感知信号を受けて外部の読み取り機に出力する出力端子と、を含み、
前記光電素子は、
前記外部の光走査によってターンオンとされ、前記バイオセンサーに前記基準電気信号を流す光トランジスタを含み、
行列で配列されている複数のバイオセンサーセルをターゲット分子が含まれている検出試料に露出する段階と、
感知信号を読み出す前記バイオセンサーセルを選択し、外部から光を照射する段階と、
選択された前記バイオセンサーセルのトランジスタが前記光によってターンオンとされ、バイオセンサーに基準電気信号を出力する段階と、
前記基準電気信号に基づいて前記バイオセンサーから前記感知信号を読み出して、出力端子を介して外部に出力する段階と、
を含むことを特徴とするバイオセンサーチップの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオセンサーに関する。特に本発明は、光によって走査されるバイオセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ナノ技術及びバイオ技術を融合したナノ−バイオ融合技術を開発するための努力が急速に進行されている。特に、ナノ−バイオ融合技術の１つであるナノ−バイオチップ分野において血液内タンパク質の検出を目的とするバイオセンサーに関する研究が活発に行われている。
【０００３】
代表的に半導体工程を利用して大量生産が可能なシリコン素材のバイオセンサーが提案されており、図１のように、半導体微細加工技術を利用したバイオセンサーチップ技術が提案された。
【０００４】
図１のバイオセンサーチップは、従来のＤＲＡＭのようなメモリセルの構造を利用して特定のプローブ分子が分散しているバイオセルを形成し、ターゲット分子との反応を誘導した後、メモリで使用される一般的なアドレッシング方法を用いて当該バイオセンサーセルの反応可否を検出する。
【０００５】
このようなバイオセンサーチップは、トランジスタに連結されているバイオセンサーを含み、トランジスタが外部からの走査入力信号によって選択的にターンオンとされ、連結されているバイオセンサーの感知信号を出力する。
【０００６】
したがって、バイオセンサーチップは、図１に示されたように、バイオセンサーアレイに連結されている行走査部及び列走査部を含み、行及び列走査部は、外部の走査入力信号を受信するバッファー部と、当該走査線に走査入力信号を出力するデコーダーとを含む。このような走査部の回路は、バイオセンサーセルのトランジスタを形成するときに、一緒に形成することができ、または、基板にバイオセンサーを形成した後、別途のチップで取り付けられることができる。
【０００７】
しかしながら、図１に示されたように、バイオセンサーチップ内に感知信号を読み出す走査部の回路が設けられている場合、バイオセンサーチップの製造工程が複雑になり、使い捨て型バイオセンサーチップの製造コストが上昇するようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】大韓民国公開特許第１０−２００９−００６０６３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、別途の走査回路を設けることなく、光によって選択的に感知信号を読み出すことができるバイオセンサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるバイオセンサーチップは、行列で配列され、外部の光走査によって選択的にターンオンとされ、基準電気信号を生成する光電素子と、前記基準電気信号を受けてプローブ分子とターゲット分子との反応によって前記基準電気信号に基づいて感知信号を生成して出力するバイオセンサーを含む複数のバイオセンサーセル、前記複数のバイオセンサーセルに同時に連結され、選択された前記バイオセンサーセルからの前記感知信号を伝達する少なくとも１つの感知線と、前記感知線から前記感知信号を受けて外部の読み取り機に出力する出力端子とを含む。
【００１１】
前記バイオセンサーは、前記プローブ分子と前記ターゲット分子との反応によって抵抗が可変することができる。
【００１２】
前記光電素子は、前記外部の光走査によってターンオン電圧を生成する太陽電池と、前記太陽電池のターンオン電圧によってターンオンとされ、前記バイオセンサーに前記基準電気信号を流すトランジスタとを含むことができる。
【００１３】
前記トランジスタは、前記太陽電池に連結され、前記ターンオン電圧を受けるゲート電極と、基準電圧に連結されているソース電極と、前記バイオセンサーに連結され、前記基準電圧に基づいて前記基準電気信号を流すドレーン電極とを含むことができる。
【００１４】
前記光電素子は、前記外部の光走査によってターンオンとされ、前記バイオセンサーに前記基準電気信号を流す光トランジスタを含むことができる。
【００１５】
前記光トランジスタは、前記外部の光照射によって電子−正孔の対が生成され、抵抗が低くなる半導体層を含むことができる。
【００１６】
前記光トランジスタは、第１基準電圧に連結されているゲート電極と、第２基準電圧に連結されているソース電極と、前記バイオセンサーに連結され、前記第１及び第２基準電圧に基づいて前記基準電気信号を流すドレーン電極とを含むことができる。
【００１７】
前記バイオセンサーチップは、前記複数のバイオセンサーセルを含む複数のバイオセンサーセルグループを含み、１つの前記感知線は、１つのバイオセンサーセルグループの前記複数のバイオセンサーセルに同時に連結されることができる。
【００１８】
前記出力端子の数は、前記感知線の数と同一であることができる。
【００１９】
前記バイオセンサーチップは、外部から電源電圧を受けて前記複数のバイオセンサーセルに印加する電源端子をさらに含むことができる。
【００２０】
前記複数のバイオセンサーセルは、互いに異なる前記プローブ分子を含むことができる。
【００２１】
一方、本発明によるバイオセンサーセルは、行列で配列され、外部の光走査によって選択的に感知信号を生成して出力する複数のバイオセンサーセルと、前記複数のバイオセンサーセルに同時に連結され、選択された前記バイオセンサーセルからの前記感知信号を伝達する少なくとも１つの感知線と、前記感知線から前記感知信号を受けて外部の読み取り機に出力する出力端子とを含む。
【００２２】
前記バイオセンサーセルは、Ｐ型ドーピング層、Ｎ型ドーピング層及び非ドーピング領域で形成されている光ダイオードと、前記非ドーピング領域上に固定されている複数のプローブ分子とを含むことができる。
【００２３】
前記光ダイオードは、前記プローブ分子とターゲット分子との反応による透過度の変化によって電流を変化することができる。
【００２４】
前記バイオセンサーチップは、外部から電源電圧を受けて前記複数のバイオセンサーセルに印加する電源端子をさらに含むことができる。
【００２５】
前記複数のバイオセンサーセルは、互いに異なる前記プローブ分子を含むことができる。
【００２６】
一方、本発明に他のバイオセンサーチップの駆動方法は、行列で配列されている複数のバイオセンサーセルをターゲット分子が含まれている検出試料に露出する段階と、感知信号を読み出す前記バイオセンサーセルを選択し、外部から光を照射する段階と、選択された前記バイオセンサーセルのトランジスタが前記光によってターンオンとされ、バイオセンサーに基準電気信号を出力する段階と、前記基準電気信号に基づいて前記バイオセンサーから前記感知信号を読み出し、出力端子を通じて外部に出力する段階とを含む。
【００２７】
選択された前記バイオセンサーセルの前記感知信号は、前記複数のバイオセンサーセルに同時に連結されている感知線を通じて前記出力端子に伝達することができる。
【００２８】
前記バイオセンサーセルは、外部の光によってターンオン電圧を生成する太陽電池と、前記太陽電池のターンオン電圧によってターンオンとされ、前記基準電気信号を流すトランジスタと、前記トランジスタの前記基準電気信号を受けてプローブ分子と前記ターゲット分子との反応によって可変し、前記感知信号を生成するバイオセンサーとを含むことができる。
【００２９】
前記バイオセンサーセルは、光によって電子−正孔の対が生成され、抵抗が低くなる半導体層を含み、前記外部の光によってターンオンとされ、前記基準電気信号を流す光トランジスタと、前記光トランジスタの前記基準電気信号を受けてプローブ分子と前記ターゲット分子との反応によって可変し、前記感知信号を生成するバイオセンサーとを含むことができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、バイオセンサーチップにおいて複数のバイオセンサーセルをアレイ形態で具現しながら別途の駆動部を含まないので、製造工程が単純化される。すなわち、外部の光源を通じて感知しようとするセルを選択的に走査することによって、使い捨て型バイオセンサーチップのコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来のバイオセンサーチップを示す構成図である。
【図２】本発明によるバイオセンサーチップを示す構成図である。
【図３】本発明の第１実施例によるバイオセンサーセルの回路図である。
【図４】本発明の第２実施例によるバイオセンサーセルの断面図である。
【図５】本発明の第３実施例によるバイオセンサーセルの断面図である。
【図６】図５のバイオセンサーセルの反応による感知信号を示す図である。
【図７】本発明によるバイオセンサーチップ及び光走査部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付の図面を参照して本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように本発明の実施例を詳しく説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態に具現されることができ、ここで説明する実施例に限定されるものではない。なお、図面において、本発明を明確に説明するために、説明と関係ない部分を省略し、明細書全般において、同様の部分に同様の参照符号を付けた。
【００３３】
明細書全般において、或る部分が他の部分に「連結」されているとするとき、これは、「直接的に連結」されている場合だけでなく、その中間に他の素子を介在して“電気的に連結”されている場合をも含む。
【００３４】
また、明細書全般において、或る部分が任意の構成要素を「含む」とするとき、これは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。また、明細書に記載された「…部」、「…機」、「モジュール」などの用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、これは、ハードウェアやソフトウェアまたはハードウェア及びソフトウェアの結合で具現されることができる。
【００３５】
以下、図２を参照して本発明によるバイオセンサーチップを説明する。
図２は、本発明によるバイオセンサーチップを示す構成図である。
【００３６】
図２を参照すれば、本発明によるバイオセンサーチップは、基板２００に形成されている複数のバイオセンサーセル（ＳＣ１１−ＳＣｍｎ）２１０を含む。
【００３７】
複数のバイオセンサーセル（ＳＣ１１−ＳＣｍｎ）２１０は、ｍｘｎ行列の形態で配列され、各バイオセンサーセル（ＳＣ１１−ＳＣｍｎ）は、特定のプローブ分子が固定されて形成されている。
【００３８】
すなわち、１つのバイオセンサーチップにおいて多様なターゲット分子を検出することができるように、各バイオセンサーセル（ＳＣ１１−ＳＣｍｎ）２１０ごとに特定のターゲット分子と反応する特定のプロープ分子を含む。
【００３９】
一列（ｎ、ｎ＝１、、、ｎ）を形成する複数のセンサーセル（ＳＣ１ｎ−ＳＣｍｎ）２１０は、列方向に延びている複数の感知線に同時に連結されており、複数の感知線は、１つの出力端子（ＯＵＴ）に同時に連結されている。すなわち、行列を成す複数のバイオセンサーセル（ＳＣ１１−ＳＣｍｎ）２１０が１つの出力端子（ＯＵＴ）２２０を介して外部に感知信号を出力する。
【００４０】
図２とは異なって、感知線が行方向に延びていて、一行（ｍ、ｍ＝１、、、ｍ）を形成する複数のセンサーセル（ＳＣｍ１−ＳＣｍｎ）２１０に同時に連結されることができ、感知線とセンサーセル（ＳＣ１１−ＳＣｍｎ）２１０の連結は、設計によって様々な形態で行うことができる。
【００４１】
一例として、バイオセンサーチップ内の複数のバイオセンサーセル（ＳＣｍ１−ＳＣｍｎ）２１０を一定の個数だけグルーピングし、複数のバイオセンサーセルグループを形成し、各バイオセンサーセルグループ内の複数のバイオセンサーセル（ＳＣｍ１−ＳＣｍｎ）２１０が１つの感知線に連結されることができる。
【００４２】
すなわち、バイオセンサーセルグループの数と感知線の数が同一に形成されることができ、このような感知線の数は、出力端子（ＯＵＴ）２２０の数と同一であることができる。
【００４３】
一方、バイオセンサーチップは、電源端子２３０を含み、電源端子２３０は、バイオセンサーセル（ＳＣ１１−ＳＣｍｎ）２１０の回路によって複数の基準電圧線（図示せず）に連結され、少なくとも１つ以上の基準電圧を各バイオセンサーセル（ＳＣ１１−ＳＣｍｎ）２１０に供給する。
【００４４】
このように、バイオセンサーチップは、チップ内に感知信号を検出しようとするバイオセンサーセル（ＳＣ１１−ＳＣｍｎ）２１０を選択するための走査回路を含まず、行列を成す複数のバイオセンサーセル（ＳＣ１１−ＳＣｍｎ）２１０のみ形成されている。
【００４５】
バイオセンサーチップは、感知信号を検出しようとするバイオセンサーセル（ＳＣ１１−ＳＣｍｎ）２１０が外部から入射される光によって選択されることによって、選択されたバイオセンサーセル（ＳＣ１１−ＳＣｍｎ）２１０の感知信号を、連結されている感知線を介して出力端子（ＯＵＴ）に出力する。
【００４６】
したがって、それぞれのバイオセンサーセル（ＳＣ１１−ＳＣｍｎ）２１０は、光によって選択的に活性化し、感知信号を出力端子（ＯＵＴ）に出力する光電素子を含む。
【００４７】
以下、図３乃至図６を参照して本発明によるバイオセンサーセルを説明する。
図３は、本発明の第１実施例によるバイオセンサーセルの回路図である。
【００４８】
本発明の第１実施例によるバイオセンサーは、複数のバイオセンサーセルを含み、それぞれのバイオセンサーセルは、図３のような回路で構成される。
【００４９】
図３を参照すれば、バイオセンサーセルは、光電素子２１１、トランジスタＴｒ及びバイオセンサー２１３を含む。
【００５０】
トランジスタＴｒは、第１電源電圧ＲＥＦ１に連結されているソース電極と、バイオセンサー２１３に連結されているドレーン電極と、光電素子２１１に連結されているゲート電極とを含む。
【００５１】
光電素子２１１は、太陽電池などのように光電反応する素子であって、第２電源電圧ＲＥＦ２とトランジスタＴｒのゲート電極との間に形成されており、外部からの光に応答してトランジスタＴｒのターンオン電圧をゲート電極に供給する。
【００５２】
バイオセンサー２１３は、特定のターゲット分子と反応することができるプローブ分子を含み、ターゲット分子とプローブ分子との反応によって信号変化が発生する。
【００５３】
このようなプローブ分子は、血液内のタンパク質、ＤＮＡまたは抗原などのようなターゲット分子と反応することができる物質であることができる。
【００５４】
このようなバイオセンサー２１３は、トランジスタＴｒのドレーン電極と感知線Ｓ／Ｌとの間に連結され、トランジスタＴｒのドレーン電極から電流を受けてターゲット分子とプローブ分子との反応によって可変された信号を感知線Ｓ／Ｌに流す。
【００５５】
このように、外部の光によって選択されたバイオセンサーセル内で光電素子２１１が外部の光を光電変換して電気信号を生成し、電気信号がトランジスタＴｒのゲート電極に供給されてトランジスタＴｒがターンオンとされ、ドレーン電極に基準電流を流すようになる。すなわち、バイオセンサー２１３は、外部の光走査によってトランジスタＴｒから基準電流を受けて、当該プローブ分子の反応によって可変された信号を感知信号として感知線Ｓ／Ｌに流す。
【００５６】
外部の光によって選択されたバイオセンサーセルに対する感知信号は、当該バイオセンサーセルに連結されている感知線Ｓ／Ｌを介して図１の出力端子（ＯＵＴ）に出力される。
【００５７】
したがって、バイオセンサーチップ内において別途の走査回路を設けることなく、外部の光を利用して感知信号を読み出しようとするバイオセンサーセルに選択的に光を照射することによって、当該バイオセンサーセルの感知信号を読み出すことができる。また、このような感知信号を読み取ることによって、試料内に当該バイオセンサーセルのプローブ分子と反応するターゲット分子が存在するか否かを判断することができる。
【００５８】
一方、光によって選択されたバイオセンサーセルのトランジスタＴｒがターンオンとされる特徴を利用して、各バイオセンサーセルのバイオセンサー２１３の上部にプローブ分子を電気的に選択的表面固定化することができる。
電気的方式の選択的表面固定化は、表面固定化を希望する部分の電圧がしきい電圧以上なら、その部分の上方を流れる溶液内のプローブ分子が表面のリンク分子と反応し、表面固定化が行われる。
【００５９】
したがって、特定のプローブ分子を流しながら所望のバイオセンサーセルに光を走査すれば、トランジスタＴｒがターンオンとされ、第１電源電圧ＲＥＦ１がバイオセンサーに印加され、バイオセンサーの上部に現在流す特定のプローブ分子が選択的に固定される。この際、図２の第１電源電圧ＲＥＦ１のレベルは、特定のプローブ分子を固定化することができる程度のレベルを満たす。
【００６０】
次に、他のプローブ分子を順次に流しながら、隣り合うバイオセンサーセルで同じ工程を繰り返す場合、バイオセンサーセルのバイオセンサーの上に他のプローブ分子が固定されることができる。
【００６１】
以下、図４乃至図６を参照して光走査によって反応可否を読み出すことができる本発明の他のバイオセンサーセルを説明する。
【００６２】
図４は、本発明の第２実施例によるバイオセンサーセルの断面図であり、図５は、本発明の第３実施例によるバイオセンサーセルの断面図であり、図６は、図５のバイオセンサーセルの反応による感知信号を示す図である。
【００６３】
図４を参照すれば、本発明の第２実施例によるバイオセンサーセルは、光トランジスタを含む。
【００６４】
本発明の第２実施例による光トランジスタは、図３のトランジスタＴｒと光電素子２１１を結合したものであり、図４の光トランジスタは、ソース電極４５０が第１電源電圧ＲＥＦ１に連結され、ドレーン電極４５０がバイオセンサー２１３に連結され、ゲート電極４１０が第２電源電圧ＲＥＦ２に連結されている。
【００６５】
このような光トランジスタは、図４のような構造を有する。
【００６６】
基板４００の上にゲート電極４１０が形成され、ゲート電極４１０の上にゲート絶縁膜４２０及び半導体層４３０が形成されている。
【００６７】
半導体層４３０は、光感知層であって、非結晶シリコンでドーピングされることができ、保護層４４０で覆われている。
【００６８】
このような保護層４４０は、窒化物で形成されることができ、保護層４４０の上にゲート電極４１０の両側にソース電極４５０及びドレーン電極４５０が対向して形成されている。
【００６９】
この際、半導体層４３０は、外部から光が照射されない場合には、抵抗が非常に高いため、ソース電極４５０とドレーン電極４５０を連結せず、外部から光が照射される場合には、電子−正孔の対が生成され、抵抗が非常に低くなって、ソース電極４５０とドレーン電極４５０との間を連結する。
【００７０】
したがって、図４の光トランジスタを含むバイオセンサーセルの場合、外部から選択されたバイオセンサーセルに光が照射されるとき、選択されたバイオセンサーセルの光トランジスタがターンオンとされ、第１電源電圧ＲＥＦ１に基づく基準電流をドレーン電極４５０を通じてバイオセンサー２１３に流す。
【００７１】
バイオセンサー２１３は、図３のように、光トランジスタから基準電流を受けてプローブ分子とターゲット分子の反応可否によって信号を可変し、感知線Ｓ／Ｌに伝達する。
【００７２】
このような光トランジスタの場合、図４に限定されず、トランジスタの構造を変形して多様に形成されることができる。
【００７３】
一方、本発明の第３実施例によるバイオセンサーセルの場合、図５のように、光ダイオードと整列するバイオセンサーを含むことができる。
【００７４】
図５を参照すれば、基板５００の上に絶縁膜５１０が形成され、絶縁膜５１０の上にシリコン層５５０が形成されている。
【００７５】
このようなシリコン層５５０は、Ｎ型ドーピング層Ｎ、Ｐ型ドーピング層Ｐが形成され、Ｎ型ドーピング層ＮとＰ型ドーピング層Ｐとの間に非ドーピング領域Ｉが形成されている。
【００７６】
このようなＮ型ドーピング層ＮとＰ型ドーピング層Ｐは、基板５００の表面にイオン注入などを行うことによって形成することができる。
【００７７】
次に、Ｎ型ドーピング層Ｎ及びＰ型ドーピング層Ｐの上に電極５６０をそれぞれ形成する。
【００７８】
このような電極５６０は、ドーピングされたポリシリコン膜、金属膜及び導電性金属窒化膜などよりなることができ、Ｎ型ドーピング層Ｎ及びＰ型ドーピング層Ｐとオーミックコンタクトを形成することができるすべての物質を含む。
【００７９】
このような光ダイオードの上に光吸収層５７０が形成されている。
【００８０】
光吸収層５７０は、シリコン層５５０の非ドーピング領域Ｉを開放しつつ形成されており、外部からの光を反射あるいは吸収し、下部に伝達されることを防止する。
【００８１】
このような光吸収層５７０は、金属などよりなることができ、省略可能である。
【００８２】
このように光吸収層５７０によって開放された非ドーピング領域Ｉの上にプローブ分子５８０が固定され、バイオセンサーを形成している。
【００８３】
図５のバイオセンサーセルは、Ｐ型ドーピング層Ｐ上の電極５６０が電源電圧（図示せず）に連結され、Ｎ型ドーピング層Ｎ上の電極５６０が感知線Ｓ／Ｌに連結されている。
【００８４】
このようなバイオセンサーセルは、バイオセンサーチップを測定試料に露出させて、バイオセンサーセルのプローブ分子５８０とターゲット分子５９０との反応を誘導し、反応を感知するバイオセンサーセルを選択して光を照射する。
【００８５】
光が照射されたバイオセンサーセルのプローブ分子５８０とターゲット分子５９０が互いに反応した場合、光ダイオードの非ドーピング領域Ｉに到逹する光の量が減少し、非ドーピング領域Ｉに形成される電子−正孔の対が減少する。
【００８６】
したがって、図６のように、光ダイオードのＮ型ドーピング層Ｎ及びＰ型ドーピング層Ｐの間に流れる電流が減少する。
【００８７】
このような電流が感知線Ｓ／Ｌに沿って感知信号として出力端子（ＯＵＴ）に出力されれば、電流の大きさによって当該バイオセンサーセルのプローブ分子の反応可否を読み取ることができる。
【００８８】
図７は、本発明によるバイオセンサーチップ及び光走査部を示す図である。
【００８９】
図７のように、バイオセンサーチップ７００は、それぞれ特定のプローブ分子を含む複数のバイオセンサーセルを含み、チップ内に走査回路を含まない。
【００９０】
前述したように、バイオセンサーチップ７００を検出試料に露出した後、プローブ分子とターゲット分子との反応を誘導し、バイオセンサーチップ７００外部の光走査部７５０を利用して、反応を検出しようとするバイオセンサーセルに選択的に光を照射する。
【００９１】
光走査部７５０は、複数の光源で形成されることができ、短波長光源、広帯域光源または白色光源であることができる。
【００９２】
このような光走査によって選択されたバイオセンサーセルに連結されている感知線に感知信号が出力され、感知信号は、出力端子を介して外部の読み取り回路に印加される。
【００９３】
多様なプローブ分子を含むバイオセンサーチップ７００は、一度検出試料に露出した後には、再使用が不可能であり、使い捨てになるので、バイオセンサーチップ７００内に走査回路を含まず、バイオセンサーセルと感知線及び１つの出力端子のみを含むようにチップを単純化し、外部感知カーセットの光走査によって検出するバイオセンサーセルが選択されることによって、バイオセンサーチップの製造工程が単純化され、費用を低減することができる。
【００９４】
以上で説明した本発明の実施例は、装置及び方法だけを通じて具現されるものではなく、本発明の実施例の構成に対応する機能を実現するプログラムまたは当該プログラムが記録された記録媒体を通じて具現されることもでき、このような具現は、前述した実施例の記載から本発明の属する技術分野の専門家なら容易に具現することができる。
【００９５】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではなく、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態をも本発明の権利範囲に属するものである。
【符号の説明】
【００９６】
２００, ４００, ５００ 基板
２１０  バイオセンサーセル
２１１  光電素子 
２１３  バイオセンサー
２２０  出力端子
２３０  電源端子
４１０  ゲート電極 
４２０  ゲート絶縁膜及
４３０  半導体層
４４０  保護層
４５０  ソース電極
５１０  絶縁膜
５５０  シリコン層
５６０  電極
５７０  光吸収層 
５８０  プローブ分子
５９０  ターゲット分子
７００  バイオセンサーチップ
７５０  光走査部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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