[发明专利]波导与光检测设备上的光学耦合结构的集成

说明书

本文提供了一种装置的各种示例、包括该装置的这些示例的流通池，以及制造该装置的这些示例的方法。该装置可包括位于基板上方并且覆盖光检测设备的侧面的模制层。该模制层包括第一区域和第二区域，该第一区域和该第二区域与该光检测设备的有效表面一起形成邻接表面。波导集成层位于该邻接表面与波导之间。该波导集成层包括第一区域和第二区域上方的光学耦合结构，以将来自光源的光波光学地耦合到该波导。该波导利用该光波来激发纳米孔中的光敏材料。该波导上方的纳米结构层包括该纳米孔。每个纳米孔与该光检测设备的该有效表面上的位置共享竖直轴线。

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求2019年7月8日提交的名称为“Waveguide Integration withOptical Coupling Structures on Light Detection Device”的美国临时专利申请62/871,596的优先权。前述申请中的全部内容均据此以引用方式并入本文。

背景技术

生物或化学研究中的各种方案涉及执行受控的反应。然后可观察或检测指定的反应，并且随后的分析可有助于识别或揭示反应中所涉及的化学品的性质。在一些多重测定中，具有可识别标记(例如荧光标记)的未知分析物可在受控的条件下暴露于数千种已知的探测剂。可将每种已知的探测剂沉积到微孔板的对应孔中。观察孔内的已知探测剂和未知分析物之间发生的任何化学反应可有助于识别或显示分析物的性质。此类方案的其它示例包括已知的DNA测序过程，诸如边合成边测序(SBS)或循环芯片测序。

在一些荧光检测方案中，光学系统用于将激发光导向到荧光团(例如，荧光标记的分析物)上，并且还用于检测可从具有附接的荧光团的分析物发射的荧光发射信号光。然而，此类光学系统可能相对昂贵并且涉及相对较大的台面占有面积。例如，该光学系统可包括透镜、滤光器和光源的布置。在其他提出的检测系统中，流通池中的受控反应由固态光传感器阵列(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器)限定。这些系统不涉及用于检测荧光发射的大型光学组件。然而，在包括CMOS的一些现有流通池中，为了实现功能性，顶层是光学不透明的，或者不包括光漫射或光散射特征，因为在这些示例性流通池中，这些特征可阻挡或干扰激发或发射光路。

发明内容

因此，可能有益的是，流通池是小型而且经济的设备。在相对小的流通池中，可能有益的是利用光检测设备的尽可能多的传感器有效区域和/或提供尽可能大的传感器有效区域。通过提供一种用于在流通池中使用的装置，可克服现有技术的缺点并且可实现如本公开中稍后描述的有益效果，该装置包括：位于基板上方并且覆盖光检测设备的侧面的模制层，其中该模制层包括与光检测设备的有效表面的第一边缘相邻的第一区域和与光检测设备的有效表面的第二边缘相邻的第二区域，其中第一区域、第二区域和光检测设备的有效表面形成邻接表面；位于邻接表面与波导之间的波导集成层，其中该波导集成层在该波导集成层的顶表面的位于第一区域的顶表面上方和第二区域的顶表面上方的部分上包括光学耦合结构，其中该光学耦合结构将来自光源的光波耦合到波导；位于波导集成层上方的波导，其中该波导利用来自波导集成层的光波来激发一个或多个纳米孔中的光敏材料；和位于波导上方的纳米结构层，该纳米结构层包括一个或多个纳米孔，其中该一个或多个纳米孔在纳米结构层上的一个或多个位置上形成，其中该一个或多个位置中的每个位置与光检测设备的有效表面上的位置共享竖直轴线。

在一些示例中，第一区域和第二区域不与光检测设备的有效表面重叠。

在一些示例中，光学耦合结构包括光栅。

在一些示例中，波导集成层由具有低折射率的材料构成。

在一些示例中，波导包括具有高折射率的材料。

在一些示例中，纳米结构层包括具有低折射率的材料。

在一些示例中，该装置还包括：位于波导和纳米结构层之间的一个或多个低折射率层。