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바이오센서용 3가지 나선형 코일과 이중구조 GMR-SV 소자 제작과 특성 연구

한국자기학회지, Volume 27, Number 6, 31 Dec 2017, Pages 215-220
최종구 (상지대학교 한방의료공학과), 정훈모 (상지대학교 한방의료공학과), 이상석 * (상지대학교 한방의료공학과)
Abstract
반강자성체 IrMn 기반 이중구조 GMR-SV 박막을 리소그래피 공정과 Ar-이온 밀링 공정, 그리고 lift-off 공정을 거쳐 바이오 센서용 소자와 코일을 제작하였다. Cu 박막을 적층하여 회전수가 각기 다르게 패턴한 3가지 나선형 코일을 폭이 2 μm인 GMRSV 소자 위 중심에 놓이게 하였다. 하부층 나선형 코일의 중심 끝과 상부층 코일 전극이 겹치는 부분이 분리되도록 부도체 층인 SiO2 박막을 100 nm를 증착하였다. 각각 두번, 세번, 네번으로 감은 코일에 동일한 dc 전류를 10 mA까지 인가하였을 때, 코일 평면의 수직 방향인 코일의 중심부 z = 0 점에서 자기속 밀도의 최대값은 각각 1820 μT, 2400 μT, 3090 μT이었다. GMR-SV 소자를 2단자로 측정한 자기저항비는 2.08 %이었고 거의 선형적인 히스테리시스 특성을 유지한 채 평균 자장감응도는 0.2 %/Oe 이하로 나타내었다. 적혈구의 표면에 흡착된 여러 개의 자성비드들이 8 μm 폭 크기의 PR 채널로 지나 통과할 때 각각 두번, 세번, 네번으로 감은 코일에 인가되는 전류로 자기장으로 발생시켜 정지시킨 후, GMR-SV 소자의 출력신호값으로 검출될 수 있는 가능성을 보여주었다.

We fabricated the GMR-SV device composed of three helical coils, for application as biosensors using by lithography. Ar-ion milling, and lift-off processes. Three different helical coils of Cu films were placed on the center of the GMR-SV with a width of 2 μm. A SiO2 film of 100 nm thick was deposited as a insulating layer so that the center of the lower helical coil layer and the upper layer of coil electrode was separated. When the same dc current of 10 mA was applied to the coils of 2 turn, 3 turn, and 4 turn, the maximum magnetic flux density values at the center z = 0, which is perpendicular to the coil plane, were 1820 μT, 2400 μT and
3090 μT, respectively. The magnetoresistance ratio of the GMR-SV device measured with two terminals was 2.08 %, but it had almost linear hysteresis property and the average magnetic field sensitivity was 0.2%/Oe or less. When multiple magnetic beads adsorbed on the surface of red blood cells pass through a 8 μm width of PR channel, the currents induced to the respective coils of three multi-turns are generated as an enough magnetic field to capture those. After stopping the red blood cells, there is a possibility that the output signal value of the GMR-SV device as bisosenor can be detected.
 
Keywords: 바이오센서; 나선형 코일; GMR-SV 소자; 자기저항비; 출력신호; biosensor; helical coil; GMR-SV device; magnetoresistance ratio; output signal
DOI: https://doi.org/10.4283/JKMS.2017.27.6.215