초록 ▼

$\cir$고민감도 바이오 센서용 자기저항 다층박막 제작
$\cir$자기민감도가 5 %/Oe 이상의 PHR 자기 소자 제작
$\cir$바이오 분자 제어 기술 개발
$\cir$자기비드 10개 (바이오 분자에 해당) 미만의 자기 센서 기술 개발
1996년 GMR 자기센서가 DNA 식별 태그(tag) 응용에 대한 연구가 시작된 이후, 미국, 독일 등 나노 기술 선진국을 중심으로 분자 감지 능력을 향상 연구를 수행중에 있다. 현재 자기 감지

$\cir$고민감도 바이오 센서용 자기저항 다층박막 제작
$\cir$자기민감도가 5 %/Oe 이상의 PHR 자기 소자 제작
$\cir$바이오 분자 제어 기술 개발
$\cir$자기비드 10개 (바이오 분자에 해당) 미만의 자기 센서 기술 개발
1996년 GMR 자기센서가 DNA 식별 태그(tag) 응용에 대한 연구가 시작된 이후, 미국, 독일 등 나노 기술 선진국을 중심으로 분자 감지 능력을 향상 연구를 수행중에 있다. 현재 자기 감지센서 방법의 DNA 감지분해능은 10 개 분자 미만으로 향상시켰는데, 이는 종래의 대표적인 기술인 광학적(fluorescent)의 태그 분해능이 1$0^4$ ~ 1$0^5$분자인 것과 비교하면 분해능 면에서 비약적이 발전이라 할 수 있다.
자기적 방법이 분해능 뿐만 아니라 작은 부피, 저가격, 사용의 편리성 등에서 광학적 방법에 비해 장점이 있는 것으로 알려져 있으나 국내에서 이에 관한 연구가 미미하다.
본 연구에서는 먼저 GMR, PHR 및 MTJ에 응용 가능한 자성박막의 계면 및 자화 특성 최적화를 통해 자기민감도 향상 연구를 수행하였다. 둘째 바이오 칩에 응용할 수 있는 PHR 자기소자를 설계.제작 하였고, 셋째 기존의 광학적 방법에 해당하는 센서 어레이에서의 바이오 분자 조작 기술을 개발하였다. 마지막으로 자기비드를 (바이오 분자에 해당) 검출할 수 있는 시스템을 구성하고 종합적으로 10개 미만의 분해능을 감지 센서 기술을 개발하였다.
특히, 자성다층 박막 Ta(5.0)/NiFe(x)/CoFe(1.5) Cu(2.6)/CoFe(3.0)/IrMn(10.0)/Ta(5.0) (단위: nm)에서 리소그라피 공정을 이용하여 제작된 5x5 $\mu$$m^2$ PHR 소자는 5개 미난 비드 (dynabead M-280 사용)를 검출할 수 있는 분해능을 가졌다. 이는 이제까지 개발된 세계 수준의 바이오 칩 센서 분해능에 해당하며, 추후 랩온어 칩에 활용할 수 있는센서 기반 기술을 확고히 마련하였다.
$\cir$고민감도 바이오 센서용 자기저항 다층박막 제작 및 스위칭 특성 분석
$\cir$다층박막에서 자기민감도가 5 %/Oe 이상, 크기 5$\mu$m X 5$\mu$m 의 PHR 소자 제작
$\cir$스폿 크기 50$\mu$m의 바이오 분자 제어 기술 개발
$\cir$dc 자기장 방법에 의한 자기비드 분해능 측정 시스템 구성
$\cir$자기비드 5개 (바이오 분자에 해당) 수준의 바이오 칩용 자기 센서 기술 개발

Abstract ▼

$\cir$Optimization of the interface, domain switching for high field sensitivity sensor
$\cir$Fabrication of PHR biochip sensor with higher sensitivity over 5 %/Oe
$\cir$Skill of biomolecule treatment
$\cir$Development of sensing system with resol

$\cir$Optimization of the interface, domain switching for high field sensitivity sensor
$\cir$Fabrication of PHR biochip sensor with higher sensitivity over 5 %/Oe
$\cir$Skill of biomolecule treatment
$\cir$Development of sensing system with resolution of 10 molecules (beads)
Ever since the application of giant magnetoresistance (GMR) sensors as DNA tag with magnetic beads in 1996, lots of researches has been carried out to enhance the resolution of the DNA biochip sensors in the technologically developed countries. At present, the sensor resolution has improved to detect a few molecule beads, which is remarkable accomplishment compared with the traditional optical-fluorescent tag with the resolution of 1$0^4$ ~ 1$0^5$ molecules. In addition to DNA detection resolution,
this magnetic method is advantageous in the respect of sensor size, cost, easy usage compared to other methods. However, the domestic research on magnetic biochip is not stimulated up to now.
In this project, firstly, the interface of magnetic multilayers and their magnetization reversal have been optimized to enhance the magnetic field sensitivity of the device. Secondly PHR devices with 5x5 u$m^2$size has been designed and fabricated. Thirdly In the third, sensor evaluation system with the magnetic bead of 2.81 um diameter was established and the sensor
developed has been tested to have less than 5 beads (biomolecules) resolution. Finally, biomolecular control technology has been constructed and tested to be the spot size of 50 $\mu$m. In particular, PHR device with a few beads resolution is researched to worldwide level resolution, which will be a milestone sensor of Lab-On-a-Chip.
$\cir$Offering the research opportunity for worldwide trend on BT-NT fusion technology
$\cir$Optimization of the material parameters of multilayers to enhance the field sensitivity, and analysis of their switching characteristics.
$\cir$Fabrication of 5$\mu$m X 5$\mu$m PHRsensor device with field sensitivity of 5%/Oe
$\cir$Development of biomolecular control technology with spot size of 50$\mu$m
$\cir$Construction of magnetic bead evaluation system using dc field method
$\cir$Development of biochip sensor with 5 magnetic beads (biomolecule) resolution

목차 Contents

• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...8
• 2.1. 이론...9
• 2.2. 연구방법 및 내용...20
• 3. 결과 및 고찰...41
• 3.1. 고감도 센서용 다층박막개발 및 센서 최적화...41
• 3.2. 바이오 칩 소자 제작 및 특성평가...49
• 3.3. 바이오 분자 제어 기술...58
• 4. 결론...64
• 5. 인용문헌...65
• 6. 연구성과...67