서론
인듐-갈륨-아연 산화물(Indium-gallium-zinc oxide, IGZO)은 높은 광투과도, 우수한 전기적 특성, 그리고 열적 ⋅화학적 안정성을 갖춘 산화물 반도체로서, 기존 실리콘 기반 반도체를 대체할 수 있는 차세대 소재로 주목받고 있다. 무기물 기반의 안정적인 격자 구조로 인해 IGZO는 높은 전하 이동도, 낮은 구동 전압, 뛰어난 전기적 안정성을 제공하며, 이러한 특성으로 인해 플렉서블 디스플레이 및 투명 전자기기를 포함한 다양한 차세대 전자 소자에 응용이 가능하다.[1-4]
IGZO 박막은 일반적으로 스퍼터링과 같은 진공 기반 증착 공정 외에도, 수용성 졸-겔(Sol-gel) 공정을 통해 저온에서 용이하게 제조할 수 있다. 졸-겔 공정은 저비용, 대면적, 대량 생산에 적합하다는 점에서 실리콘 반도체의 고온 공정과 차별화되는 유망한 대안으로 간주된다. 또한, 에너지 효율성과 비용 절감 측면에서도 장점을 갖는다.[5-7]
IGZO는 우수한 전기적 특성 외에도 표면 화학적 안정성이 높아 자기 조립(Self-assembly) 화학을 활용한 표면 개질에 유리하다. 이를 통해 다양한 바이오 리셉터와의 공유 결합 기반 표면 기능화가 가능하며, 이는 바이오센서 응용에 필수적인 요소로서 IGZO와 같은 산화물 기반의 무기 소재는 기존 유기 및 고분자 기반 바이오센서에서 흔히 나타나는 내구성 문제를 극복할 수 있으며, 다양한 생리학적 환경에서도 다 소재대비하여 안정적인 소자 특성을 유지할 수 있다.[8-11]
IGZO의 전자소재로서의 대표적 장점이라고 할 수 있는 높은 전도도는 하지만, 바이오센서 응용에 있어는 오히려 한계로 작용할 수 있다. 전도도가 높을 경우, 표면 전하 변화에 따른 전류 반응이 감소하여 미세한 생체 신호의 검출 감도가 저하될 수 있기 때문이다. 따라서, 바이오센서의 경우 높은 전하 이동도보다는 초극미량의 전하를 탐지할 수 있는 기능이 필수적이기에 표면 전하 변화에 민감하게 반응할 수 있는 낮은 전도도의 반도체가 보다 유리하다. 이는 초미량 수준의 생체 분자까지 정밀하게 감지해야 하는 바이오센서의 요구와도 직결된다.[12-16]
이러한 배경을 바탕으로, 바이오 상호작용을 효과적으로 탐지할 수 있는 다양한 전도도 특성을 갖는 IGZO 소재 개발이 중요한 연구 분야로 대두되고 있다. 바이오센서 감도 향상을 위한 다양한 전략 중에서도, IGZO의 전도도 조절은 구조적인 변경 없이 기존 공정에 쉽게 통합될 수 있다는 점에서 특히 실용적인 장점을 갖는다. 하지만, IGZO를 바이오센서에 최적화하기 위한 연구는 아직 초기 단계에 머물러 있으며, 고감도 바이오센서를 위해 전기적 및 표면 화학적 특성을 정밀하게 조절하는 기술적 과제가 남아 있다. 따라서, 본 연구에서는 고감도 바이오센서에서 요구되는 낮은 전도도를 갖는 IGZO 반도체 박막을 제작하고자 하였다. 이를 위해 (1) 박막 합성 시 인듐-갈륨-아연의 조성비를 조절하고, (2) 박막 형성 시 적용되는 열처리 온도를 체계적으로 조절하여 IGZO의 전기적 특성을 변화시키는 두 가지 전략을 도입하였다. 이와 같은 접근을 통해 다양한 전도도를 갖는 IGZO 박막을 구현하고, 이를 기반으로 글루코스 바이오센서를 제작하여 바이오 타겟과 리셉터 간의 상호작용을 반도체 전도도와 센서의 감도의 상관관계를 분석하였다. 이를 통해 낮은 전도도를 갖는 IGZO박막을 기반하여 낮은 농도의 바이오 타겟도 정밀하게 탐지할 수 있는 바이오센서 응용 가능성을 평가하였다. 또한, 본 연구는 IGZO가 전자 소자뿐만 아니라 바이오센서와 같은 첨단 융합 분야에서도 유망한 소재로 활용될 수 있음을 보여주고자 한다.
실험 세부 사항
2.2 IGZO 박막 트랜지스터 제작 (조성 변화)
IGZO 박막 형성을 위해 0.375 M 농도의 졸-겔 전구체 용액을 제조하였다. 인듐:갈륨:아연의 조성비를 각각 60:10:30, 50:10:40, 40:10:50로 조절하였으며, 각 조성에 해당하는 구체적인 전구체의 양은 표 1에 요약하였다. 용매로는 2-methoxyethanol (2 mL)을 사용하였고, ethanolamine (0.108 mL) 및 DI water (0.034 mL)를 첨가하였다. 이후, zinc acetate dihydrate (0.0494 g, 0.0659 g, 0.0823 g), gallium(III) nitrate hydrate (0.0192 g), indium(III) nitrate hydrate (0.1354 g, 0.1128 g, 0.0902 g)를 차례로 첨가하여 혼합하였다. 제조된 용액은 80℃에서 40 분간 교반 후 실온에서 15 시간 숙성하였다.
숙성된 전구체 용액은 실린지 필터로 여과한 뒤, 4000 rpm에서 30초간 스핀 코팅하여 기판에 도포하였다. 이후 150℃에서 5분간 전처리하고, 400℃에서 2시간 동안 열처리하여 IGZO 박막을 형성하였다.
2.3 IGZO 박막 트랜지스터 제작 (열처리 온도 변화)
전도도 조절 실험에서는 동일한 조성비(In:Ga:Zn = 60:10:30)의 전구체 용액을 사용하되, 열처리 온도를 400℃, 450℃, 500℃로 변화시켜 IGZO 박막을 제작하였다. 트랜지스터는 Bottom-Gate Top-Contact 구조로 제작되었으며, 열증착 장비(Daeki Hi-tech Co.)와 섀도우 마스크(W = 2000 μ m, L = 200 μ m, Osila Co.)를 사용하여 고진공 조건(10⁻⁶ Torr)에서 50 nm 두께의 알루미늄(Al) 전극을 증착하였다. 전극 접촉 특성 개선을 위해 150℃에서 1시간 후열처리를 수행하였다.
2.4 IGZO 전해질 게이트 트랜지스터 (Electrolyte-gated transistor, EGT)
바이오센서용 IGZO EGT는 Top-Gate Top-Contact 구조로 제작되었으며, 전극 형성을 위해 동일한 열증착 시스템을 이용하여 5 nm/50 nm 두께의 Ni/Au 전극을 증착하였다. 측정은 제작된 소자의 채널에 0.0001× PBS (Phosphate Buffered Saline) (2 μ L)를 도포하고, 게이트 프로브 팁을 PBS에 접촉시킨 상태에서 10⁻¹² M에서 10⁻⁹ M범위의 글루코스 농도를 투여하며 게이트 전압(VG) 변화에 따른 전류 응답을 측정하였다. 전기적 특성 측정은 반도체 파라미터 분석기(HP4145B, Keysight Technologies)와 프로브 스테이션(MSTECH Co.)을 사용하였으며, LabVIEW 기반의 측정 프로그램을 통해 수행되었다.
본론
본 연구의 목적은 전해질 기반 박막 트랜지스터(EGT)를 활용한 바이오센서에서, 반도체 박막의 전도도를 조절함으로써 센서 감도를 향상시키는 전략을 제시하고 그 유효성을 실험적으로 검증하는 데 있다. 특히, 반도체 표면에서 발생하는 미세한 전하 변화가 전류 응답에 미치는 영향을 극대화하기 위해, IGZO 박막의 전기 전도도를 체계적으로 제어하고자 하였다.
Fig. 1은 IGZO 반도체의 전도도 차이에 따른 바이오센서 감도 변화의 원리를 개념적으로 설명한 것이다. 전도도가 높은 IGZO 박막(Fig. 1(a))에서는 채널 내 전하 밀도가 높아, 바이오타겟과의 상호작용으로 인한 표면 전하 변화가 상대적으로 작은 전류 변화로 나타난다(Fig. 1(b)). 반면, 전도도가 낮은 박막(Fig. 1(c))에서는 채널의 전하 밀도가 낮아, 동일한 표면 전하 변화가 더 큰 전류 변화로 증폭되어 나타난다(Fig. 1(d)). 이러한 특성은 낮은 전도도를 갖는 반도체가 미량의 바이오타겟 검출에 보다 유리함을 이론적으로 뒷받침한다.
Fig. 1.
Conceptual illustration of the sensitivity difference in electrolyte-gated biosensors using Indium-gallium-zinc oxide (IGZO) channels with different conductivities. (a,b) High-conductivity IGZO shows limited current change after sensing due to a high carrier density. (c,d) Low-conductivity IGZO exhibits enhanced current modulation, resulting in greater sensitivity upon biomolecular interactions.
이러한 개념을 바탕으로, 본 연구에서는 반도체 박막의 조성(In:Ga:Zn 비율)과 박막 형성 시 열처리 온도를 변화시켜 전기적 전도도 특성이 체계적으로 조절된 Top-contact/Bottom-gate 구조의 IGZO 트랜지스터(Fig. 2(a))를 제작하였다. 이후, 해당 박막을 적용한 Top-contact/Top-gate 구조의 전해질 게이트 트랜지스터(EGT, Fig. 2(b))를 구현하고, 실제 전기적 특성을 분석함으로써 전도도 변화가 센서 감도에 미치는 영향을 평가하였다. 마지막으로, 글루코스 타겟을 인식할 수 있는 효소 기반의 바이오센서(Fig. 2(c))를 제작하여, IGZO 박막 전도도 조절이 실제 센서 감도에 어떠한 정량적 영향을 주는지를 실험적으로 입증하고자 하였다.
Fig. 2.
Schematic illustrations of device structures, (a) Top-contact/bottom-gate IGZO Thin-film transistor (TFT) using SiO₂ as the gate dielectric, (b) Electrolyte-gated transistor (EGT) configuration with an electrolyte replacing the solid dielectric, (c) EGT functionalized with biomolecular receptors for biosensing applications.
3.1 IGZO 박막 트랜지스터의 전기적 특성 분석
Top contact/bottom gate 구조의 IGZO 박막 트랜지스터(Thin-film transistor)를 제작하기 위해, 게이트 전극과 유전체로 각각 n++ 실리콘 웨이퍼와 300 nm 두께의 SiO₂를 사용하였다. IGZO 반도체 박막의 전도도 특성을 조절하기 위해 두 가지 접근법을 적용하였으며, 두 방법 모두 동일한 소자 제작 공정을 따르되, 조성과 열처리 온도만을 변수로 설정하여 전도도 조절 효과를 비교하였다.
첫 번째 방법에서는 용액 공정에 사용되는 졸-겔 전구체의 조성비를 변화시켜 IGZO 박막의 전기적 특성을 조절하였다. 일반적으로 IGZO 박막 내에서 인듐(In)은 높은 전자 이동도를 제공하는 역할을 하며, 갈륨(Ga)은 산소 빈자리를 억제하여 전기적 안정성을 향상시키고, 아연(Zn)은 반도체 특성 형성 및 전기적 성능 개선에 기여하는 것으로 알려져 있다.[17,18] 이러한 역할을 바탕으로, 본 연구에서는 전기 전도도에 가장 큰 영향을 미치는 인듐과 아연의 비율을 변화시키고, 전기적 안정성에 기여하는 갈륨의 양은 고정함으로써 전도도가 체계적으로 달라지는 IGZO 박막을 구현하고자 하였다. 이를 위해 인듐:갈륨:아연의 비율을 각각 60:10:30, 50:10:40, 40:10:50로 설정하고, 동일한 졸-겔 용액 공정을 통해 박막을 형성한 뒤, 500° C에서 열처리를 수행하여 IGZO 박막 트랜지스터를 제작하였다.
제작된 트랜지스터의 전기적 특성 분석 결과는 Fig. 3(a)에 나타내었으며, 인듐 비율이 가장 높은 조성의 소자는 전하 이동도(Mobility) 1.15 cm²/Vs와 높은 On-current를 나타냈다. 반면, 인듐 함량이 감소함에 따라 전하 이동도와 On-current는 점진적으로 감소하는 경향을 보였다. 이 결과는, 전도도 특성이 조절된 세 가지 IGZO 박막이 예상하는 바에 따라서 성공적으로 구현되었음을 의미하며, 이는 본 연구의 목적인 전도도를 조절에 대해서 부합된 결과이다.
Fig. 3.
Transfer characteristics of top-contact/bottom-gate IGZO thin-film transistors, (a) Effect of precursor composition (In:Ga:Zn = 60:10:30, 50:10:40, and 40:10:50) on electrical performance at a fixed annealing temperature of 500°C, (b) Effect of annealing temperature (500°C, 450°C, and 400°C) on devices with a fixed composition of In:Ga:Zn = 60:10:30.
두 번째 방법에서는 조성비를 고정한 상태에서 열처리 온도를 변화시키는 방식으로 IGZO 박막의 전기적 특성을 조절하였다. 인듐:갈륨:아연의 비율은 조성비 실험을 통해서 획득한 가장 안정적인 특성을 보여주는 조성비인 60:10:30으로 고정한 뒤, 동일한 졸-겔 용액 공정을 통해 박막을 형성하고, 열처리 온도를 각각 400°C, 450°C, 500°C로 각각 조절하여 IGZO 박막 트랜지스터를 제작하였다. 열처리 이후에는 모두 동일한 조건에서 전기적 특성을 측정하고 비교하였다.
Fig. 3(b)에서 볼 수 있듯이, 열처리 온도가 증가할수록 전하 이동도와 On-current가 향상되는 경향을 확인할 수 있었다. 이는 많은 연구에서 알려지다시피 열처리 온도가 상승함에 따라 졸겔 전구체 용액에서 산화물고체화합물을 형성할 때 열처리 온도가 높아짐에 따라서 산화물 격자가 보다 효과적으로 형성됨으로써 전기적 특성이 개선되었기 때문으로 해석된다.
이와 같이, 본 연구에서는 전구체 조성 변화와 열처리 온도 변화라는 두 가지 독립적인 방법을 통해 IGZO 박막의 전도도 특성을 체계적으로 조절할 수 있음을 확인하였다. 두 방법 모두 동일한 제작 공정을 기반으로 하고 있으며, 변수는 조성과 열처리 온도에 한정되므로, IGZO 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 효과적으로 제어하기 위한 전략적 설계 요소로 활용될 수 있음을 실험적으로 검증하였다. 두 가지 방법으로 제작된 IGZO 트랜지스터의 전기적 특성은 Table 1과 Table 2에 정리되어 있다.
Table 1.
Electrical characteristics of IGZO TFTs fabricated with different precursor compositions (In:Ga:Zn = 60:10:30, 50:10:40, and 40:10:50) at an annealing temperature of 500°C. Mobility, ON/OFF current ratio, and threshold voltage were extracted from the transfer characteristics.
| Mobility (cm2/Vs) | ON/OFF ratio | Threshold Voltage (V) | |
|---|---|---|---|
| In : Ga : Zn = 60 : 10 : 30 | 1.15 | 103 | -14.7 |
| In : Ga : Zn = 50 : 10 : 40 | 0.97 | 104 | -5.37 |
| In : Ga : Zn = 40 : 10 : 50 | 0.4 | 104 | -4.06 |
Table 2.
Electrical characteristics of IGZO TFTs fabricated at different annealing temperatures (500°C, 450°C, and 400°C) with a fixed precursor composition of In:Ga:Zn = 60:10:30. Mobility, ON/OFF current ratio, and threshold voltage were extracted from the transfer characteristics.
| Mobility (cm2/Vs) | ON/OFF ratio | Threshold Voltage (V) | |
|---|---|---|---|
| 500℃ | 1.15 | 103 | -14.7 |
| 450℃ | 0.61 | 103 | -8.99 |
| 400℃ | 0.4 | 104 | -5.13 |
3.2 IGZO 전해질 게이트 트랜지스터의 전기적 특성 분석
바이오센서로서 용액 상의 바이오 타겟을 정밀하게 탐지하기 위해서는 EGT를 활용하는 것이 필수적이다. [19,20] 기존의 Top-contact/bottom-gate 구조의 IGZO 트랜지스터는 고체 유전체를 기반으로 작동하는 반면, 바이오센서 응용에서는 전해질을 유전체로 사용하는 EGT 구조가 생리학적 환경을 보다 효과적으로 모사할 수 있어 더욱 적합하다. 이에 따라 본 연구에서는 0.0001× PBS 를 유전체로 적용한 IGZO 기반 EGT를 제작하고, 그 전기적 특성을 분석하였다.
EGT 소자는 이전의 트랜지스터와는 다르게 Top-gate/Top-contact 구조로 설계되었으며, 전극은 Ni/Au(5 nm/50 nm)를 열증착 방식으로 형성하였다. 유전체로 사용된 희석된 PBS 용액은 바이오센서의 측정 환경을 모사함과 동시에, 바이오 타겟과의 상호작용을 전기적 신호로 변환하는 매개체로 작용하도록 설계되었다. 본 연구에서 제작된 EGT에는 앞선 실험에서 조성 변화 및 열처리 온도 조절을 통해 전도도가 달라진 IGZO 박막을 반도체 채널로 적용하였다.
Fig. 4에 나타난 바와 같이, IGZO 박막의 조성(In:Ga:Zn) 또는 열처리 온도에 따라 조절된 전도도 특성은 EGT 소자에서도 그대로 반영되어 각각 상이한 on-current 특성을 나타냈다. 이러한 경향은 기존의 Top-contact/bottom-gate 구조에서 관찰된 전기적 특성과 높은 일관성을 가지며, IGZO 박막의 전도도 조절 전략이 EGT 구조에서도 효과적으로 작동함을 입증한다. 특히, 조성 변화 및 열처리 온도 변화에 따른 on-current의 차이는 약 10¹배 수준으로 나타났으며, 이는 IGZO 박막을 이용하여 소자 감도를 전기적 전도도 조절만으로 정밀하게 제어할 수 있음을 명확히 보여주는 결과이다. 아울러, 모든 조건에서 제작된 EGT 소자는 안정적인 작동 특성과 충분한 on/off 비율을 유지하여, 바이오센서 응용에 적합한 소자 성능을 나타냄을 확인하였다.
Fig. 4.
Transfer characteristics of EGTs fabricated with IGZO thin films in a top-contact/top-gate (TC/TG) configuration, (a) Effect of precursor composition (In:Ga:Zn = 60:10:30, 50:10:40, and 40:10:50) at a fixed annealing temperature of 500°C, (b) Effect of annealing temperature (500°C, 450°C, and 400°C) for devices with a fixed composition of In:Ga:Zn = 60:10:30. Measurements were conducted under 0.0001× PBS electrolyte with VDS = 0.5 V.
결론적으로, 전도도가 체계적으로 조절된 IGZO 박막을 전해질 게이트 트랜지스터 구조에 성공적으로 적용함으로써, 기존의 고체 유전체 기반 트랜지스터와 유사한 전기적 동작을 구현함과 동시에, EGT를 활용한 바이오센서의 감도 향상 가능성을 실험적으로 입증하였다. 본 결과는 IGZO 박막 기반의 EGT가 고감도 바이오센서 구현을 위한 효과적인 기술적 접근임을 보여준다.
3.3 IGZO 트랜지스터 기반 바이오 센서의 제작 및 감도 분석
앞서 전도도가 체계적으로 조절된 IGZO EGT를 기반으로 글루코스 센서를 제작하고, IGZO 박막의 전도도 특성 차이에 따른 센서 감도의 변화를 정량적으로 분석하였다. 센서 제작을 위해 (3-Aminopropyl) trie thoxysilane 단분자막을 자기조립(Self-assembly) 방식으로 IGZO 표면에 형성한 뒤, Glutaraldehyde 처리 및 글루코스 옥시데이즈(Glucose oxidase)를 연속적으로 도입하여 효소 고정화를 수행하였다.
제작된 센서에 대해 서로 다른 조성(In:Ga:Zn = 60:10:30, 50:10:40, 40:10:50) 및 서로 다른 열처리 온도(500° C, 450° C, 400° C)에서 제조된 IGZO 박막을 반도체 채널로 적용한 뒤, 10⁻¹² M에서 10⁻⁹ M 범위의 글루코스 농도를 투여하며 게이트 전압(VG) 변화에 따른 전류 응답을 측정하였다. 그 결과는 Fig. 5에 요약되어 있으며, ΔV/V₀ 대비 타겟 농도에 대한 로그선형 회귀 분석을 통해 민감도를 정량화하였다.
Fig. 5.
Sensitivity characterization of IGZO-based EGTs with a TC/TG structure, (a) Effect of precursor composition (In:Ga:Zn = 60:10:30, 50:10:40, and 40:10:50) at 500°C annealing, (b) Effect of annealing temperature (500°C, 450°C, and 400°C) with fixed composition, Sensitivity was extracted from the slope of ΔV/V₀ versus target concentration (10⁻¹²–10⁻⁹ M) under 0.0001× PBS at VDS = 0.5 V.
Fig. 5(a)에 따르면, 조성 변화에 따른 센서의 감도는 전도도가 가장 낮은 In:Ga:Zn = 40:10:50 조성에서 가장 크게 나타났으며, 0.039 V/dec의 감도를 보였다. 반면, 전도도가 높아질수록 감도가 감소하였고 전도도가 가장 높은 60:10:30 조성에서는 0.01 V/dec의 낮은 감도가 측정되었다. 이는 채널 내 전하 밀도가 높은 고전도성 IGZO 박막에서는 바이오타겟과 리셉터간의 표면 전하 변화에 의한 게이트 전압 변위가 상대적으로 작게 반영되기 때문으로 해석된다.
Fig. 5(b)에 제시된 열처리 온도 변화 실험에서도 유사한 경향이 확인되었다. 400° C에서 열처리된 박막은 0.037 V/dec의 가장 높은 감도를 나타낸 반면, 500° C에서 열처리된 박막은 0.01 V/dec의 가장 낮은 감도를 나타냈다. 이는 열처리 온도가 높을수록 결정성이 향상되어 전도도가 증가하지만, 그로 인해 채널 내 정전기적 민감도가 감소하는 결과로 이어졌음을 의미한다. 이러한 결과는 IGZO 박막의 전도도가 EGT 기반 바이오센서의 감도에 정량적으로 큰 영향을 미치며, 전도도가 낮을수록 표면에서 발생하는 전하 변화에 대한 민감도가 향상된다는 것을 실험적으로 입증한다. 특히, 본 연구에서 얻어진 최대 감도(0.039 V/dec)는 기존 산화물 기반 바이오센서에서 보고된 수준과 유사하거나 그 이상이며, 이를 통해 IGZO 전도도 제어가 고감도 센서 설계의 핵심 인자가 될 수 있음을 보여준다.
결론적으로, 반도체 전도도의 정밀 제어만으로 바이오센서의 감도를 4배 이상 향상시킬 수 있으며, 이는 복잡한 구조적 변경 없이 소자 성능을 극대화할 수 있는 실용적인 전략으로 적용 가능하다. 향후 다양한 바이오타겟에 대해 본 전략이 확장 적용된다면, 저농도 탐지에 최적화된 고성능 센서 구현에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
결론
본 연구에서는 바이오센서 응용을 위한 IGZO 박막 트랜지스터의 전도도 조절 전략을 제시하고, 이를 전해질 게이트 트랜지스터(EGT)에 적용하여 소자 감도 향상에 미치는 영향을 검증하였다. IGZO는 우수한 전기적 특성과 화학적 안정성을 갖춘 산화물 반도체로서 바이오센서 플랫폼에서도 활용 가능성이 높은 소재이지만, 본래 높은 전도도는 미세한 표면 전하 변화에 대한 전류 응답을 약화시켜 센서 감도 저하의 원인이 될 수 있다. 이에 본 연구에서는 (1) 전구체 조성(In:Ga:Zn 비율) 변화와 (2) 열처리 온도 조절이라는 두 가지 방법을 통해 IGZO 박막의 전기 전도도를 체계적으로 조절하였고, 이를 기반으로 제작된 Top-contact/Bottom-gate 구조의 트랜지스터 및 Top-contact/Top-gate 구조의 GT의 전기적 특성을 분석하였다. 그 결과, 전도도 조절에 따라 on-current 및 전하 이동도(Mobili ty)에 뚜렷한 차이가 발생하였으며, 동일한 특성이 EGT에서도 재현되어 IGZO 박막의 전도도 제어가 바이오센서 소자에도 유효하게 작용함을 확인할 수 있었다.
특히, 전도도 변화에 따라 약 10배 수준의 on-current 차이가 나타났으며, 이러한 특성은 EGT 기반 글루코스 센서 실험에서도 명확하게 반영되었다. 조성 및 열처리 조건이 서로 다른 IGZO 박막을 적용한 EGT 글루코스 센서의 경우, 전도도가 낮을수록 높은 감도를 나타내었고, 이는 낮은 전도도에서 표면 전하 변화에 대한 민감도가 향상되었기 때문으로 해석된다. 또한, 모든 조건에서 제작된 EGT는 안정적인 동작 특성과 충분한 on/off 비율을 유지함으로써 바이오센서로서의 적용 가능성을 실험적으로 입증하였다.
본 연구는 IGZO 반도체의 전도도 조절이 바이오센서 감도 향상에 직결되는 핵심 인자임을 규명하였으며, 복잡한 구조적 설계나 재료 변경 없이 박막의 전기적 특성만을 조정함으로써 소자 성능을 개선할 수 있는 실용적이고 재현성 높은 접근법을 제시하였다. 향후 본 전략이 다양한 바이오타겟(예: DNA, 단백질, 바이러스 등)에 적용된다면, 저농도 조건에서도 높은 감도를 확보할 수 있는 차세대 고성능 바이오센서 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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