[发明专利]用于检测及分析分子的集成装置

说明书

用于分析单分子并执行核酸定序的系统及方法。一种集成装置可包含具被配置以接收一样本之样本井的多个像素，该样本在被激发时发射辐射。该集成装置包含一表面，其具有自该表面的一部分凹入的一沟槽区域，及一阵列的样本井，其安置于该沟槽区域中。该集成装置亦包含一波导，其被配置以使激发能耦合至该阵列中之至少一个样本井，且定位于自该沟槽区域的一表面的一第一距离处及自在与该沟槽区域分离的一区域中之该表面的一第二距离处。该第一距离小于该第二距离。该系统亦包含一仪器，其与该集成装置介接。该仪器可包含一激发能源，用于藉由经耦合至该集成装置的一激发能耦合区域来提供激发能至该集成装置。

相关申请

本申请案主张2016年6月1日申请之题为“PHOTONIC STRUCTURES AND INTEGRATEDDEVICE FOR DETECTING AND ANALYZING MOLECULES”之美国临时专利申请案62/344,123之优先权，该申请案之全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本申请案大体上关于用于执行生物及/或化学样本的迅速、大规模并行、定量分析的装置、方法及技术，及制造所述装置的方法。

背景技术

可使用生物分析(“生物分析(bioassays)”)来执行生物样本之检测及分析。生物分析习知涉及大型、昂贵的实验室设备，其需要经训练以操作该设备及执行该生物分析之研究科学家。而且，生物分析习知地以整批执行，使得大量一特定类型之样本对检测及定量是必需的。

藉由使用发射一特定波长的光的发光标记来标签样本而执行一些生物分析。所述标记由一光源照明以致使发光，且发光使用一光电检测器检测以量化由标记发射的发光量。使用发光标记的生物分析习知地涉及用以照明样本的昂贵激光光源及用以收集来自经照明样本之发光的复杂发光检测光学器件及电子器件。

发明内容

一些实施例关于一种集成装置，其包含：一表面，其具有自该表面之一部分凹入之一沟槽区域；及一阵列之样本井，其安置于该沟槽区域中。该阵列之样本井之一样本井可被配置以接收一样本。该集成装置进一步包含一波导，其被配置以使激发能耦合至该阵列中之至少一个样本井且定位于自该沟槽区域的一表面的一第一距离处及自与该沟槽区域分离的一区域中之该表面的一第二距离处。该第一距离可小于该第二距离。

该第一距离可在150纳米与600纳米之间。该第二距离可在250纳米与2000纳米之间。该样本井可具有距该波导小于300纳米之一距离的一表面。该集成装置可进一步包含至少一个光栅耦合器，其被配置以接收来自与该集成装置分离之一激发源之激发能且导引激发能至该波导。该集成装置可进一步包含一反射器，其被配置以反射激发能朝向该至少一个光栅耦合器。

该集成装置可进一步包含一分裂器结构，其被配置以接收来自该至少一个光栅耦合器之激发能且导引激发能至多个波导。该分裂器结构可包含至少一个多模式干扰分裂器。该分裂器结构可包含一星形耦合器。该分裂器结构可包含一切片光栅耦合器。

该波导可在垂直于沿该波导之光传播之该方向之一方向上具有一渐缩尺寸，使得该尺寸在接近于该光栅耦合器之一位置处比在一远端位置处大。该样本井可包含形成于该样本井之一侧壁之至少一部分上的一侧壁间隔件。接近于该波导之该样本井之一表面可被配置以依不同于该侧壁间隔件之一方式而与该样本相互作用。

该集成装置可进一步包含形成于该沟槽区域之一底部表面上之一金属堆叠，使得该金属堆叠具有一开口，其与该阵列之一样本井之一孔重叠。该金属堆叠可包含一铝层及一氮化钛层，且该铝层接近于该波导。该波导可包含氮化硅。该集成装置可进一步包含一感测器，其被配置以接收由定位于该样本井中之该样本发射之发射能。

一些实施例关于一种集成装置，其包含：一基板；一波导，其具有面向该基板之一第一侧及相对于该第一侧之一第二侧；及多个金属层，其被配置以支持多个电信号。该多个金属层之一第一金属层可定位于比该波导之该第一侧更靠近该基板的一距离处。