[发明专利]集成光学装置中的增加的发射收集效率

说明书

描述了用于改良集成装置中的光学信号收集的设备及方法。微盘(1‑605)可在集成装置中形成且增加了入射于该微盘(1‑605)上并由该微盘(1‑605)再辐射的辐射的收集及/或浓度。可包含微盘(1‑605)的示例性集成装置可用于分析物检测及/或分析。此集成装置可包含多个像素，该多个像素各自具有用于接收待分析样本的反应室(1‑130)、光学微盘(1‑605)及被配置为检测来自该反应室(1‑130)的光学发射的光学传感器(1‑122)。微盘(1‑605)可包括具有第一折射率的介电材料，该介电材料嵌入于具有一或多个不同折射率值的一或多种周围材料(1‑610)中。

相关申请的交叉引用

本申请主张2019年8月8日提出的标题为“Optical Microdisks for IntegratedDevices”的美国临时申请第62/884,395号的优先权，通过引用将其全部并入本文中。

技术领域

本申请涉及可增加在集成装置内的辐射的收集效率及/或浓度的光学微盘。

背景技术

某些微制作芯片可用于并行地分析大数目个分析物或试样。在某些情形中，将光学激发辐射递送至芯片上的多个离散位点，在该离散位点处执行分析。激发辐射可在每一位点处激发试样、附着至该试样的荧光团或涉及与该试样相互作用的荧光团。响应于激发，可自位点发射辐射且传感器可检测到该辐射。自位点所发射的辐射获得的信息或未发射辐射可用于判定该位点处的试样的特性。

发明内容

阐述与光学微盘有关的设备及方法。此类光学微盘可提高入射于微盘上且穿过微盘到达检测器的辐射的收集及/或浓度。光学微盘可形成于包含光学传感器(例如，光电二极管、CCD光电二极管阵列、CMOS光电二极管阵列、影像传感器阵列、荧光传感器阵列、生物传感器芯片)的集成装置以及适于例如用于基因定序及/或蛋白质定序的集成装置(或芯片上的实验室)中。在此等应用中，将被检测到的辐射的强度可能极低，此会导致信躁比(SNR)小且感测准确度降低。在此等装置中包含光学微盘可有助于将辐射聚焦或集中于传感器上，从而增加SNR，此可使感测准确度提高及/或使感测更快。

在示例性实施例中，光学微盘可与用于分析试样的仪器结合使用，其中使用光学检测来分析由试样或者附着至该试样或与该试样相关联的荧光团响应于递送至该试样的光学激发而发射的辐射。试样可包含生物材料，例如将由仪器分析的基因材料或蛋白质。更一般而言，本文中所阐述的光学微盘的实施例可用于期望藉由增加发射辐射或其他辐射的收集及/或浓度(例如用于成像、显示或光学通信目的)来增加SNR的应用中。本文中所阐述的光学微盘可与例如光学通信系统、LED发射器阵列及/或成像阵列中的集成检测器结合使用，且用于其他可能的情境。

某些实施例涉及具有一或多个像素的基板上的微制作结构。每一像素可包括：反应室；波导，其被配置为将激发辐射递送至反应室；光学传感器，其被配置为检测自该反应室发射的发射辐射；及微盘，其安置于波导与光学传感器之间且被配置为与在无微盘的情况下光学传感器将会接收到的发射辐射量相比增加光学传感器所接收到的发射辐射量。

某些实施例涉及一种操作集成装置的方法。该方法包含以下动作：将激发能量自光学波导递送至反应室，其中光学波导及反应室集成于集成装置的基板上；使来自反应室的发射辐射穿过微盘而到达集成于该基板上的传感器；及与在不具有微盘的情况下光学传感器将会接收到的发射辐射量相比，利用微盘增加传感器所接收到的发射辐射量。

某些实施例涉及一种制作集成装置的方法。该方法包含以下动作：在位于基板上的多个像素中的每一像素处，形成反应室、被布置为将激发辐射递送至反应室的光学波导及经配置、以被布置为从反应室接收发射辐射的光学传感器；及在每一像素处在波导与光学传感器之间形成微盘，其中该微盘被配置为：与在不具有微盘的情况下光学传感器将会接收到的发射辐射量相比增加该光学传感器所接收到的发射辐射量。