CN102375016B - 具有背景电流操纵的背侧受激传感器 - Google Patents

具有背景电流操纵的背侧受激传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN102375016B
CN102375016B CN201110261318.1A CN201110261318A CN102375016B CN 102375016 B CN102375016 B CN 102375016B CN 201110261318 A CN201110261318 A CN 201110261318A CN 102375016 B CN102375016 B CN 102375016B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cmos
bioprobe
pixel
background current
back surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201110261318.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102375016A (zh
Inventor
M·毕库曼德拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omnivision Technologies Inc
Original Assignee
Omnivision Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omnivision Technologies Inc filed Critical Omnivision Technologies Inc
Publication of CN102375016A publication Critical patent/CN102375016A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102375016B publication Critical patent/CN102375016B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4148—Integrated circuits therefor, e.g. fabricated by CMOS processing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4145—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for biomolecules, e.g. gate electrode with immobilised receptors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于感测从生物刺激、化学刺激、离子刺激、电刺激、机械刺激及磁性刺激中选择的至少一个的CMOS(互补金属氧化物半导体)像素。该CMOS像素包括：衬底，其包括背侧；源，其与该衬底耦接以产生背景电流；及检测元件，其经电耦接以测量该背景电流。该刺激(其将被提供至该背侧)影响该背景电流的可测量改变。

Description

具有背景电流操纵的背侧受激传感器
技术领域
本文中揭示基于亲和性的传感器的实施例。具体但非排他地，本文中揭示背侧受激CMOS(互补金属氧化物半导体)型传感器的实施例。在若干实施例中，传感器利用其背景电流来测量对其背侧表面的亲和性相关刺激。
背景技术
基于亲和性的检测是识别和测量的基础方法。举例而言，基于亲和性的检测可用于识别及测量生物和生化分析物的丰度。基于亲和性的检测是包括生物技术的许多奋斗领域中的重要分析方法。基于亲和性的生物传感器利用目标分析物与固定捕获探针的选择性相互作用和结合来特定地将目标分析物捕获至固体表面上。此特定捕获基于所捕获的分析物产生可检测的信号。所产生的信号与目标分析物(例如，离子、毒素、聚合物、激素、DNA链、蛋白质、细胞等)的存在相关，且因此用于估计分析物的丰度。
为了产生目标特定信号，样本中的目标分析物首先与装备有探针的捕获层碰撞、结合至这些探针且开始转导过程，转导过程即产生可测量信号(例如，电信号、机械信号或光学信号)的过程，可测量信号仅由经捕获实体产生。接着通过各种方式(例如，基于半导体的信号处理技术)来处理这些信号。
在本领域中已知各种基于亲和性的传感器。然而，本领域中普遍存在对新的且有用的基于亲和性的传感器的需求。
附图说明
可藉由参考以下描述及参看附图来最佳地理解本发明，该描述及该等附图用于说明本发明的实施例。在附图中：
图1为展示背侧表面上的生物探针的CMOS生物传感器系统的横截面图；
图2A为展示结合至背侧表面的正离子的CMOS生物传感器背侧表面的横截面图；
图2B为展示结合至背侧表面的负离子的CMOS生物传感器背侧表面的横截面图；
图2C为展示结合至背侧表面上的鱼精蛋白生物受体的肝素分子的CMOS生物传感器背侧表面的横截面图；
图2D为展示结合至背侧表面上的探针DNA生物探针的目标DNA的CMOS生物传感器背侧表面的横截面图；
图2E为展示结合至背侧表面上的抗原生物探针的目标抗原的CMOS生物传感器背侧表面的横截面图；
图2F为展示结合至背侧表面上的酶生物探针的分析物的CMOS生物传感器背侧表面的横截面图；
图2G为展示刺激背侧表面上的细胞生物探针的分析物的CMOS生物传感器背侧表面的横截面图；
图2H为展示刺激背侧表面上的组织生物探针的分析物的CMOS生物传感器背侧表面的横截面图；
图3A为含有二极管及STI结构的CMOS像素的透视截面图，其中不对二极管或STI结构进行操纵；
图3B为含有二极管的CMOS像素的透视截面图，该二极管已被操纵以拥有不同于未经操纵的二极管的几何形状；
图3C为含有STI结构的CMOS像素的横截面图，该STI结构已被操纵以拥有比未经操纵的STI结构的表面粗糙的表面；
图3D为已被操纵以含有掺杂剂的CMOS像素的横截面图，该掺杂剂影响CMOS像素的背景电流；
图3E为在电感元件或部件附近的CMOS像素的横截面图，该电感元件或部件更改CMOS像素的温度，藉此影响CMOS像素的背景电流；
图3F为在电感元件或部件、温度传感器及参考像素附近的CMOS像素的横截面图，该电感元件或部件、温度传感器及参考像素形成控制CMOS像素的温度的反馈机构，藉此影响CMOS像素的背景电流；
图4A为检测背侧表面处或附近的带电荷实体的移动的CMOS像素阵列的横截面图；
图4B为CMOS像素阵列的经修改背侧表面的横截面图，其中凸块结构形成促进对带电荷实体的移动的检测的通道；
图5为在背侧表面上含有悬臂结构的CMOS生物传感器系统的横截面图；
图6A为包括悬臂结构的CMOS生物传感器像素的背侧表面的横截面图，该悬臂结构经由块体型结构而耦接至背侧表面；
图6B为包括悬臂结构的CMOS生物传感器像素的背侧表面的横截面图，该悬臂结构经由尖端型结构而耦接至背侧表面；
图6C为包括悬臂结构的CMOS生物传感器像素的背侧表面的横截面图，该悬臂结构实质上位于该背侧表面上；
图7为说明根据实施例的CMOS生物传感器的框图；及
图8为说明根据实施例的在生物传感器阵列内的两个CMOS生物传感器像素的样本像素电路的电路图。
具体实施方式
在以下描述中，陈述众多具体细节。然而，应理解，可在无这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其他情况下，未详细展示熟知的电路、结构及技术以免混淆对此描述的理解。
贯穿本说明书，使用若干技术术语。这些术语将采用其在其所属技术中的一般涵义，除非本文中明确定义或其使用的内容脉络将另有清楚地建议。“背景电流”在本文中定义为在缺少诸如入射光的外部信号输入的情况下在传感器中流动的电流，该电流通过二极管的材料性质的固有特性且通过传感器中的应力产生。“基于亲和性的结合”在本文中定义为一种或多种分析物与在生物传感器的检测表面上固定的一个或多个探针的结合，此结合产生生物传感器可检测到的信号，例如光学、磁性、电、电化学或机电信号。“背侧”在本文中定义为衬底的与前侧相反的侧，其中金属叠层架构位于其中。术语“生物传感器”及“生物探针”用于描述传感器实施例及探针实施例。然而，如本公开内容中所描述的传感器及探针不限于生物应用。所揭示的传感器及探针亦属于其他应用领域，包括但不限于离子、化学、电、机械及磁性应用。
在一个或多个实例实施例中，用于感测选自生物、化学、离子、电、机械及磁性刺激中的至少一者的CMOS像素(诸如，背侧受激生物传感器像素)可包括衬底，该衬底包括背侧。源可与该衬底耦接以产生背景电流。在一个方面中，用于产生背景电流的源可包括实质上安置于衬底内的二极管。检测元件(诸如，电路)可经电耦接以测量该背景电流。在一个或多个实施例中，该检测元件可为适合于读取像素阵列的像素的电路或其他元件(例如，读出电路)。CMOS像素的背侧表面可包括亲和性地结合至分析物的探针或生物探针的一层。基于亲和性的结合增加或减小背侧表面处或附近的电荷，藉此造成背景电流或刺激的改变。该刺激(其将被提供至背侧)可影响背景电流的可测量改变。虽然本文中使用术语像素，但不要求该像素用于成像或甚至该像素检测光或对应于光的电子。而是，该像素可具有用作背景电流的源的光电二极管或二极管，而非用作光检测器的光电二极管，该光电二极管可视情况地被遮蔽(例如，用光或电子阻挡层或材料)、覆盖、屏蔽或以其他方式阻挡以免接收光或相应电子，使得其实际上不需要检测光而是可改为主要用作背景电流的源。
CMOS“背侧”受激生物传感器像素与“前侧”受激生物传感器像素不同。典型CMOS像素包括在底部处的硅衬底、位于衬底上的诸如晶体管之类的有源器件、在有源器件上方的若干金属及介电层。生物探针可位于顶面上。分析物与生物探针之间的相互作用可产生行进穿过金属及介电层至有源器件的信号。可接着藉由有源器件及支持电路来测量这些信号以便量化基于亲和性的效应或分析物与生物探针之间的相互作用的量。常规CMOS像素架构的显著缺点为堆叠在有源器件顶部上的多个金属层及介电层。这些多个互连层用于电存取晶体管、产生某一电路布局、以及减少待分析的流体样本与半导体结构之间的不当相互作用。然而，这些多个层亦增加了叠层高度，将增加生物传感器系统的体积，且导致较高系统复杂性及成本。叠层的厚度亦可造成检测敏感性及准确性的降低。希望减少或消除这些层，同时仍允许存取晶体管及保护半导体结构以免与流体样本相互作用。
作为将基于亲和性的结合信号从芯片的顶部经由顶部金属层而传输至CMOS集成电路中的替代，可将这些信号自底部且直接经由衬底而耦接至CMOS像素中。作为置放于顶部金属层上的替代，可在衬底的背侧表面上的CMOS像素的背侧上构造生物探针。背侧刺激方案已成功地用于CMOS图像传感器像素，诸如OmniVisionTM背侧照明式CMOS成像器产品。然而，CMOS生物传感器技术中的普遍教示建议，“电信号可仅自顶部且经由衬垫而耦接”，亦即，从形成金属/介电层的CMOS像素的前侧(B.Jang及A.Hassibi，“Biosensor Systems in Standard CMOS Processes：Fact or Fiction？”IEEE工业电子国际会议(ISIE)会议记录，2049，2008)。背侧刺激方案挑战此常识。
除了背侧刺激之外，对于某些生物传感器实施例，并非在分析物-电极界面处使用常规电极来测量电化学信号(诸如，阻抗、电位、电流及I-V曲线)，实施例利用CMOS像素的背景电流作为测量工具。
在电子技术中，背景电流替代地被称作漏电流。其主要由附接至电容器的电子器件(诸如，晶体管或二极管)造成，这些电子器件甚至在截止时仍传导小量的电流。对于CMOS图像图像传感器，背景电流常被称作暗电流。其为在光电二极管节点处的漏电流，该漏电流对像素电容放电(即使无光刺激光电二极管)。背景电流可描述为具有至少两个分量，即，理想的背景电流及应力产生的背景电流。
理想的背景电流部分取决于掺杂浓度、带隙及光电二极管的温度。理想的背景电流进一步包括两个子分量。第一子分量为归因于热电子及空穴的注入的注入-扩散电流，这些热电子及空穴具有比p-n结的内建式势能高的能量。第二子分量为归因于p-n结内的热电子-空穴产生或再结合的产生-再结合电流。此两个分量取决于施加电压及温度。理想背景电流为p-n结的材料性质的固有特性的结果。
应力产生的背景电流由CMOS像素的结构中的个别缺陷的特性来判定。CMOS像素及支持装置的构造中所使用的材料的性质经由各种机制在CMOS像素中诱发背景电流。这些机制可包括以下各者：首先，背景电流可通过光电二极管的结泄漏以及经由光电二极管及其周围结构的结构缺陷或限制的其他泄漏而产生。其次，背景电流可通过连接至光电二极管的晶体管的亚阈值泄漏产生。再者，背景电流可通过漏极引起的势垒降低泄漏或藉由连接至光电二极管的晶体管的栅极引起漏极漏电流而产生。
与归因于界面处的材料性质的光电二极管边缘及浅沟槽隔离(STI)结构的耗尽区相关联的漏电流为特别重要的。举例而言，硅衬底的邻接STI结构的侧壁内的点缺陷可产生充当电荷的泄漏路径的表面态。此外，在离子植入步骤期间引入至STI结构中的大体而言的掺杂剂离子且详言的硼离子可影响紧靠STI结构的硅衬底的表面钝化。这些掺杂剂离子亦可产生充当电荷的泄漏路径的界面电荷状态。
背景电流已以经验模型而描述为I＝αA+βn，其中I表示背景电流，α表示判定结单位面积贡献的系数，A表示结面积，β表示判定角落贡献的系数，且n表示设计中角落的数目(Igor Shcherback、Alexander Belenky及OrlyYadid-Pecht，“Empirical dark current modeling for complementary metal oxidesemiconductor active pixel sensor”，Opt.Eng.41(6)1216-1219，2002年6月)。αA项说明理想背景电流分量，而βn项说明应力产生的漏电流分量。
背景电流使CMOS图像传感器的图像品质降级。因此，其减少及消除为CMOS图像传感器像素设计的重要目标。本文中描述利用通常非所需要的背景电流作为生物传感器的亲和性结合的测量工具的各种实施例。并非旨在清除CMOS像素的背景电流，本文中所描述的实施例维持适当的背景电流水平，且使用背景电流来检测CMOS像素的表面处的基于亲和性的效应，诸如在生物传感器表面处的基于亲和性的结合。
对于背侧受激CMOS像素阵列表面，在背侧表面上的若干组情况影响CMOS像素的背景电流。在一组环境中，电荷在背侧表面上的存在影响背景电流。在另一组环境中，背侧表面上的机械应力影响背景电流。
以下实验结果表明，存在于背侧表面上的电荷影响CMOS图像传感器的背景电流及图像品质两者。在第一个实验中，背侧表面含有离子性质的缺陷。因此，白点存在于缺陷的部位处。这些白点具有比周围区域高的背景电流值。在剥离处理步骤之后，移除表面电荷缺陷，藉此消除白点。因此，从前的白点采取与周围区域相同的背景电流值。
在第二个实验中，在将电压施加至CMOS图像传感器阵列的背侧表面之前，观测每一像素的背景电流。不同像素产生不同但仍相对类似的背景电流。在正电压施加之后，表面获得整个板上的正电位。因此，不同像素中的背景电流被增加至整个背侧表面变成“白区”的点。简言之，通过将均一电压偏压施加至CMOS图像传感器的背侧，可使无缺陷的像素看似有缺陷的、类白点像素，只要施加正确的电压位准便可。相反地，藉由施加负电压偏压，可使有缺陷的像素看似无缺陷的像素。
这些实验表明，对于背侧受激CMOS像素，表面电荷影响背景电流特性。特定地，正表面电荷增加背景电流，而负表面电荷减小背景电流。此原理可用于设计新类型的CMOS传感器，这些新类型传感器利用背景电流作为用于测量背侧表面处的基于亲和性的效应的指示器。尽管常规CMOS传感器系统(诸如，美国专利申请公开案2010/0122904、2010/0052080中揭示的生物传感器)依赖于有源器件(诸如，二极管)来测量基于亲和性效应的输入信号，但本申请案中所揭示的基于背景电流的传感器系统聪明地利用CMOS像素的固有背景电流作为测量输入信号及基于亲和性的效应的基础。此处，基于亲和性的效应在背侧表面处或附近产生电荷。这些电荷调制CMOS像素的背景电流。
除了背侧表面处或附近的电荷之外，背侧表面上的物理应力也可能影响背景电流。如美国专利申请案2010/12708330中所揭示，用额外的光屏蔽层覆盖表面将向CMOS像素中引入额外物理应力，这样将更改背景电流。此表面应力对CMOS像素的背景电流的影响可用于实现类似于上文才论述过的生物传感器的CMOS生物传感器。此处，替代在表面处或附近产生电荷，基于亲和性的效应产生额外表面应力，这进而影响CMOS像素的背景电流。
揭示了若干背侧受激CMOS生物传感器系统。生物探针固定于CMOS的衬底背侧表面上。目标分析物与固定受体的基于亲和性的结合产生由CMOS像素检测的信号。CMOS像素利用其固有背景电流来测量输入信号。一类实施例依赖于基于亲和性的结合以在背侧表面处或附近产生电荷。替代类别的实施例依赖于基于亲和性的结合来对背侧表面产生物理应力。
图1示出根据实施例的背侧受激CMOS生物传感器像素100。CMOS生物传感器像素100包括金属叠层130、设置于金属叠层130之上的层间介电质120及安置于层间介电质120之上的衬底层110。金属叠层130可包括安置于一个或多个介电或绝缘层中的一个或多个层级的互连。衬底层110进一步包括STI结构114、二极管111、传输栅113及浮动扩散结构112。STI结构114、二极管111、传输栅113及浮动扩散结构112实质上设置于衬底110内。至少一种类型的固定生物探针101的至少一层在背侧表面103的顶部上或与背侧表面103耦接。在使用期间，由于分析物102结合至生物探针101，因此背侧表面103处或附近的电荷特性改变。表面特性的此改变影响CMOS生物传感器像素100的背景电流特性。因此，基于亲和性的结合影响背景电流。藉由CMOS电路检测及处理背景电流的改变。应理解，另一实施例可包括类似于像素100的像素的阵列。
图2A至图2H说明在CMOS生物传感器像素的背侧表面部分处或附近的基于亲和性的结合的若干实施例。图2A展示正离子亲和性背侧表面部分210，该部分210包括衬底211及带负电荷的表面层或带负电荷的实体212。带负电荷的表面层212可包括处于质子-受体状态的SiO2、Si3N4、Al2O3或Ta2O5。带负电荷的表面层212的质子-受体状态允许其结合至诸如质子H+的正离子分析物213。
图2B展示负离子亲和性背侧表面部分220，该部分220包括衬底221及带正电荷的表面层或带正电荷的实体222。带正电荷的表面层222可包括处于氢氧化物-受体状态的SiO2、Si3N4、Al2O3或Ta2O5。带正电荷的表面层222的氢氧化物-受体状态允许其结合至诸如氢氧化物OH-的负离子分析物223。
图2C展示肝素亲和性背侧表面部分230，其包括衬底231及附接至衬底表面234的鱼精蛋白探针232。鱼精蛋白为亲和性地结合至带负电荷的肝素233的带正电荷的蛋白质，该肝素233为广泛用在医疗过程(诸如，肾透析、开心绕通手术及血凝块的治疗)中的抗凝剂，亦即，血液稀释剂。肝素水平应受到良好控制，因为肝素过量会导致危险的出血并发症。鱼精蛋白探针232与肝素233之间的基于亲和性的结合可改变肝素亲和性背侧表面部分230处或附近的电荷特性，该肝素亲和性背侧表面部分230为图1中所展示的CMOS生物传感器像素100的部分。此改变影响CMOS生物传感器像素100的背景电流。在替代实施例中，肝素可用作用于检测鱼精蛋白分析物的生物探针。在此实施例中，CMOS生物传感器系统充当鱼精蛋白传感器。或者，可使用其他带正电荷及带负电荷的蛋白质或整个的其他互补蛋白质对。
图2D展示DNA亲和性背侧表面部分240，其包括衬底241及附接至衬底表面246的DNA探针242。DNA探针242为互补地结合至分析物(亦即，目标DNA 243)的单股DNA分子。由于目标DNA 243结合至DNA探针242，因此DNA亲和性背侧表面部分240的电荷特性改变。此改变影响图1中所展示的CMOS生物传感器像素100的背景电流。为了增加检测敏感性，可通过将标签245附接至目标DNA来修改目标DNA，以产生带标记的目标DNA 244。标签245放大了基于亲和性的结合对图1中所展示的CMOS生物传感器像素100的电特性的影响。举例而言，标签245可为增加DNA亲和性表面240处或附近的电荷的存在的电荷。标签245亦可为磁性性质的，且经由电磁效应而影响表面特性。标签245亦可为诸如二茂铁之类的氧化还原标签，其可供给或接受电子。
图2E展示抗体-抗原亲和性背侧表面部分250，其包括衬底251及附接至衬底表面254的抗体探针252。由于分析物抗体253亲和性地结合至抗体探针252，因此基于亲和性的结合改变抗体-抗原亲和性表面250的电荷特性。在本实施例中，将抗体用作生物探针，且将抗原用作分析物。举例而言，分析物可为由炭疽杆菌产生的抗原毒素，且生物探针可为特定结合至炭疽抗原的抗体。或者，若分析物为抗体(例如，HIV诊断测试中的HIV抗体)，则HIV-特异抗原可用作附接至抗体-抗原亲和性表面250的生物探针。类似于DNA相关实施例，这些抗原-抗体实施例中的抗原及抗体可用标签来标记以便增加检测敏感性。
图2F展示酶亲和性背侧表面部分260，该部分260包括衬底261及附接至衬底表面264的酶探针262。作为示例，酶探针可为将青霉素转化成青霉素酸的青霉素酶、将尿素转化成CO2及铵的尿素酶，或将葡萄糖转化成葡萄糖酸的葡萄糖氧化酶。分析物的示例可为青霉素、尿素或葡萄糖。由于分析物263结合至酶探针262，因此基于亲和性的结合导致改变酶亲和性背侧表面部分260的电荷特性的酶促反应。举例而言，酶促反应可产生影响酶亲和性表面260的表面特性的反应产物265。反应产物的示例可为青霉素酸、CO2及铵或葡萄糖酸。
图2G展示细胞亲和性背侧表面部分270，该部分270包括衬底271及附接至衬底表面274的细胞探针272。细胞探针272可实质上覆盖如图1中所展示的CMOS生物传感器像素100的背侧表面。由于分析物刺激273影响细胞探针272，因此所得反应改变细胞亲和性背侧表面部分270的电荷特性。举例而言，该反应可产生影响酶亲和性背侧表面部分270的表面特性的反应产物275。或者，细胞探针272可为在衬底表面274处或附近产生电脉冲的心脏细胞、肌细胞或神经元细胞。
图2H展示组织亲和性背侧表面部分280，该部分280包括衬底281及附接至衬底表面284的组织探针282。组织探针282可实质上覆盖一个或若干个CMOS生物传感器像素的背侧表面。由于分析物刺激283影响组织探针282，因此所得反应改变组织亲和性背侧表面部分280的电荷特性。举例而言，该反应可产生影响组织亲和性背侧表面部分280的表面特性的反应产物285。或者，组织探针282可为感测环境中的分析物刺激283的昆虫触角。分析物刺激283的感测在衬底表面284处或附近产生电脉冲。
图3A至图3E说明操纵CMOS像素的背景电流以使得其可用于测量CMOS像素的表面特性的若干实施例。作为示例，背景电流可具有10至100个电子/秒的范围。在一个实施例中，背景电流可为约50个电子/秒。适当的背景电流水平允许背侧表面刺激产生相对较高的信杂比，此为检测敏感性所需要的。
在一组情况下，CMOS像素中的二极管的几何形状经操纵或不同于典型的形状(例如，非立方体)，以产生所需位准的背景电流。在另一组环境中，STI结构经操纵或不同于典型的结构(例如，比相邻区域粗糙或以不同方式掺杂)以产生所要位准的背景电流。然而，在另一组情况下，动态地控制背景电流。
图3A为展示CMOS像素310的透视图，CMOS像素310含有在CMOS像素310内部的衬底313、二极管311及STI结构312。二极管311与STI结构312皆未被操纵。二极管311的几何形状为立方体(例如，立方体或长方体)。即，平面横截面为矩形或正方形。
图3B为展示含有经操纵的二极管321的CMOS像素320的透视图。作为示例，经操纵的二极管具有类似六边形的横截面几何形状。总体形状为六边形固体。此几何形状不同于如图3A中所展示的未经操纵的立方体二极管311，未经操纵的立方体二极管311的横截面几何形状类似矩形或正方形。六边形形状的二极管可产生不同于由立方体二极管产生的背景电流的背景电流。若干因素可使六边形形状的二极管产生与矩形二极管不同的背景电流。这些因素的示例可为六边形形状的二极管具有更多角落及/或角。除了六边形之外的其他形状为可能的，诸如具有具四条以上边的横截面形状。在一个或多个实施例中，二极管可具有比立方体或矩形固体多的垂直边或角落。在一个或多个实施例中，二极管321可具有比立方体多的角或比立方体少的角。
在一个或多个实施例中，用于产生背景电流的源可包括实质上设置于衬底内的浅沟槽隔离(STI)结构。在一个或多个实施例中，为达成相同目的，CMOS生物传感器像素的STI结构经操纵或不同于典型结构(例如，比典型STI结构粗糙或在其周围的较轻掺杂分布)。
图3C为展示含有经操纵的STI结构332的CMOS像素330的横截面图。藉助于实例，经操纵的STI结构332含有比未经操纵的STI结构粗糙的一个或多个边缘。这些边缘的相对粗糙程度造成与光滑边缘不同量的应力，从而导致不同水平的背景电流。
图3D为展示含有掺杂剂345的CMOS像素340的横截面图。作为示例，掺杂剂345可包括硼离子。掺杂剂345可在STI结构342周围。与距STI较远的区相比，掺杂剂345可具有较高的浓度范围或较低的浓度范围。掺杂剂浓度范围的示例可为约1014至1016个离子/cm3。掺杂剂浓度范围的另一示例可为约1017至1020个离子/cm3。实质上在预定浓度范围内的掺杂剂345的存在影响衬底343的紧靠STI结构342的部分的表面钝化，且产生充当电荷的泄漏路径的界面电荷状态，从而影响CMOS像素340的背景电流。
图3E为展示含有衬底353、二极管351及STI结构352的CMOS像素350的横截面图。电感线圈354或另一加热器或加热元件(诸如，电阻加热器)可被定位于CMOS像素350附近或最接近处，例如与衬底353耦接。可操纵电感线圈354以便影响CMOS像素350的温度。如本文中所使用，若电感线圈被定位成足以影响CMOS像素的温度，则电感线圈在CMOS像素附近或最接近处。作为示例，电流可穿过电感线圈354以对其加热。电感线圈354可用作温度参考。电感线圈354的加热可影响CMOS像素350的温度。CMOS像素350中的温度改变影响其背景电流。
图3F为展示位于CMOS像素360附近的电感线圈364的横截面图。温度传感器366耦接至参考像素365及电感线圈364，使得电感线圈364控制CMOS像素360相对于参考像素365的温度。参考像素、温度传感器及电感部件可形成用于控制CMOS像素的温度的反馈机构。
图4A为展示包括大量CMOS像素402、403及404的CMOS像素阵列400的横截面图。CMOS像素阵列400包括可感测电荷的存在的背侧表面层401。由于每一个别CMOS像素可检测其上方的电荷，因此CMOS像素的阵列可检测电荷的移动。带电荷实体的移动检测可用于测量这些带电荷实体的性质，诸如其质量、大小、形状或定向。
在一个或多个实施例中，生物传感器系统可包括衬底的背侧、在衬底背侧之下的CMOS像素阵列以及与衬底的背侧耦接的大量凸块结构。如本文中所使用，大量包括至少20个，在一些情况下至少50个，在一些情况下至少100个，或100个以上。大量凸块结构可实质上藉由空隙隔开。
图4B为展示如图4A中所揭示的CMOS像素阵列400的经修改背侧表面部分410的横截面图。经修改的背侧表面层410包括衬底411及位于表面415上的凸块结构412、413及414。凸块结构412、413及414可在其间形成空腔416及417。凸块结构及空腔可辅助粒子、电荷及表面415上的其他实体的流动的测量。作为示例，凸块结构及空腔可经配置以形成可引导粒子、电荷及其他实体的流动的通道。在另一示例中，这些空腔可具有不同大小，从而允许分离并分类粒子、电荷及其他实体。
在另一组实施例中，在CMOS生物传感器像素的背侧表面的顶部上构造悬臂(cantilever)结构。生物探针附接至该悬臂结构。分析物与生物探针之间的基于亲和性的结合影响CMOS像素的背侧表面的应力条件，藉此造成背景电流的改变。
图5说明根据实施例的背侧受激CMOS生物传感器像素500。除了特定提及的差异的外，像素500可类似于图1的像素100和/或具有图1的像素100的特征。为简短起见，将不会不必要地重复这些特征。CMOS生物传感器像素500包括金属叠层530、层间介电质520及衬底层510。衬底层510进一步包括STI结构514、二极管511、传输栅513及浮动扩散部件512。悬臂504在CMOS背侧表面503的顶部上。在一个实施例中，悬臂504实质上位于CMOS背侧表面503上或与CMOS背侧表面503耦接。悬臂504包括检测表面505，生物探针501固定或耦接至该检测表面505上。分析物502可结合至生物探针501，藉此将质量添加至悬臂504。因此，CMOS背侧表面503上的应力改变。表面应力的此改变影响CMOS生物传感器像素500的背景电流特性。藉由CMOS电路检测及处理背景电流的改变。
悬臂504可具有不同操作模式。藉助于实例，悬臂504可具有静态操作模式。在静态模式中，分析物502至生物探针501的基于亲和性的结合造成悬臂504的静态弯曲。该静态弯曲改变CMOS背侧表面503的表面应力，藉此造成CMOS生物传感器像素500的背景电流的可检测改变。
在另一示例中，悬臂504可具有动态操作模式。在该动态模式中，悬臂504可实质上在其谐振频率下被机械地激励。该机械激励可藉由各种力产生。作为示例，一种机械激励力可为压电力。悬臂504的机械激励可造成对CMOS背侧表面503的动态应力循环。分析物502至生物探针501的基于亲和性的结合可将额外质量添加至悬臂504，从而造成谐振频率的偏移。谐振频率的偏移可造成CMOS背侧表面503上的动态应力循环的相应频率偏移，该动态应力循环的相应频率偏移可通过监视CMOS生物传感器像素500的背景电流而被检测到。替代实施例可包括悬臂阵列，其中每一悬臂对应于相应像素阵列中的像素。
除了图5之外，图6A至图6C亦说明悬臂与CMOS背侧表面之间的耦接的若干实施例。图6A展示具有悬臂臂(cantilever arm)611的悬臂610。生物探针612附接至悬臂臂表面614。悬臂臂611经由中间部件615而实质上耦接至CMOS背侧表面616。作为示例，由于分析物633可结合至生物探针612，因此悬臂臂611弯曲。所得应力可经由中间部件615而传送至CMOS背侧表面616。中间部件615可为各种便利材料。在另一示例中，悬臂臂611可受机械激励，从而导致悬臂臂611的循环运动。所得应力循环可经由中间部件615而传送至CMOS背侧表面616。
图6B展示具有悬臂臂612的悬臂620。生物探针622附接至悬臂臂表面624。生物探针622可亲和性地结合至分析物623。悬臂臂621可经由尖端部件625而耦接至CMOS背侧表面626。尖端部件625可将悬臂臂621的应力及运动传送至CMOS背侧表面626。类似于前一段中所揭示的实施例，本实施例可具有若干操作模式，包括静态模式及动态模式。
图6C展示具有悬臂臂632的悬臂630。悬臂630包括基座部分637。悬臂630可实质上位于CMOS背侧表面636上，其中基座部分637实质上位于在CMOS背侧表面636内的类凹口结构638上。基座部分637与类凹口结构638之间的相互作用可促进悬臂630与CMOS背侧表面636之间的应力的传送。生物探针632可附接至悬臂臂表面634。生物探针632可亲和性地结合至分析物633。基于亲和性的结合添加悬臂630的质量。在静态操作模式下，所添加的质量影响CMOS背侧表面636上的应力。在动态操作模式下，所添加的质量影响CMOS背侧表面636的循环应力的频率。
图7为说明根据实施例的CMOS生物传感器700的框图。所说明的CMOS生物传感器700的实施例包括像素阵列702。像素阵列702或组成像素阵列702的个别CMOS像素701可具有上述特性中的一些或所有。CMOS生物传感器700亦至少包括读出电路710、功能逻辑715及控制电路720。读出电路710表示用于测量背景电流的检测元件的实例实施例。像素阵列702可为个别CMOS像素701(例如，像素P1、P2、...、Pn)的二维阵列。如所说明，每一个别像素701配置成行(例如，行R1至Ry)及列(例如，列C1至Cx)，以获取分析物与生物探针之间的基于亲和性的结合的资料。这些资料可接着用于呈现分析物信息的二维数据集。举例而言，每一个别像素可用于检测特定DNA序列。不同像素的阵列可允许同时检测组成整个基因组的各种DNA序列，基因组为这些各种DNA序列的总体。简言之，CMOS生物传感器700准许在一个测量中判定整个基因组的DNA序列信息。
在每一像素701已获取其数据之后，藉由读出电路710读出该数据且将其传送至功能逻辑715。作为示例，读出电路710可至少包括放大电路、模数转换电路或其他电路。功能逻辑715可简单地存储数据或甚至通过应用后测量效应来操纵数据。在一个实施例中，读出电路710可沿着读出列线而一次读出一行数据(经说明)，或可使用各种其他技术来读出数据(未经说明)，其它技术诸如列/行读出、串行读出或同时对所有像素的完全并行读出。控制电路720与像素阵列702连接，以控制组成像素阵列702的一些或所有像素701的操作特性。举例而言，控制电路720可产生一个或多个信号，以更改一些或所有像素701中的背景电流，以提高特定的基于亲和性的结合生物检定的检测敏感性。
图8为说明根据本发明的实施例的像素阵列内的两个四晶体管像素的像素电路800的电路图。像素电路800为用于实施图7的像素阵列702内的每一像素的一个可能的像素电路架构。然而，应了解，实施例并不限于四晶体管像素架构；而是，受益于本发明的本领域普通技术人员将理解，当前教示亦适用于三晶体管设计、五晶体管设计及各种其他像素架构。
在图8中，像素Pa及Pb配置成两行和一列。每一像素电路800的所说明实施例包括二极管DD、传送晶体管T1、重设晶体管T2、源极跟随器(「SF」)晶体管T3及一选择晶体管T4。在操作期间，分析物与生物探针之间的基于亲和性的结合可调制像素Pa及Pb中的背景电流的水平。此外，二极管DD可具有与其周围衬底的界面，其中该界面可为背景电流的主要源。传送晶体管T1接收传送信号TX，其将背景电流从二极管DD的附近区传送至浮动扩散节点FD。在一个实施例中，浮动扩散节点FD可耦接至用于临时储存来自背景电流的电荷的储存电容器。
重设晶体管T2耦接于电力轨VDD与浮动扩散节点FD之间，以在重设信号RST的控制下重设像素(例如，对FD及DD放电或充电至预设电压)。浮动扩散节点FD经耦接以控制SF晶体管T3的栅极。SF晶体管T3耦接于电力轨VDD与选择晶体管T4之间。SF晶体管T3作为源极跟随器操作，为浮动扩散区FD提供高阻抗连接。最后，选择晶体管T4在选择信号SEL的控制下选择性地将像素电路800的输出耦接至读出列线。
本发明的所说明实施例的以上描述(包括在发明摘要中所描述的内容)不意欲为详尽的，或将本发明限于所揭示的精确形式。如本邻域普通技术人员将认识到，虽然在本文中出于说明性目的而描述本发明的具体实施例及实例，但在本发明的范畴内各种修改是可能的。
可根据以上详细描述而对本发明进行这些修改。在所附权利要求书中所使用的术语不应被理解为将本发明限于本说明书中所揭示的具体实施例。实情为，本发明的范畴将完全藉由所附权利要求书确定，所附权利要求书将根据权利要求书解释的公认准则加以理解。
在上文的描述中且在所附权利要求书中，术语“经耦接”可意谓着两个或两个以上元件直接实体接触或电接触。然而，“经耦接”可改为意谓着两个或两个以上元件彼此并不直接接触，而是仍(诸如)经由一个或多个介入组件或结构彼此协作或相互作用。
在上文的描述中，为达成阐述的目的，陈述众多具体细节以提供对本发明的实施例的透彻理解。然而，将对本领域技术人员显而易见的是，可在无这些具体细节中的一些的情况下实践其他实施例。所描述的特定实施例不是被提供用来限制本发明而是说明本发明。本发明的范畴不由上文所提供的具体实例来确定，而是仅由所附权利要求来确定。在其他情况下，熟知的电路、结构、器件及操作以框图形式加以展示或无细节地展示，以便避免混淆对描述的理解。
举例而言，贯穿本说明书对“一个实施例”或“一实施例”或“一个或多个实施例”的提及意谓着本发明的实践中可包括特定特征。类似地，在描述中，为达成使本揭示内容流畅及辅助理解各种发明性方面的目的，有时在单一实施例、单一图或其描述中将各种特征分组到一起。然而，此揭示方法不应被解释为反映以下意图：本发明需要比每一权利要求中所明确陈述的特征多的特征。而是，如所附权利要求所反映，发明性方面可处于单一所揭示实施例的所有特征中的一部分中。因此，特此将跟在“具体实施方式”之后的权利要求明确地并入至此“具体实施方式“中，其中每一请求项独立地作为本发明的单独实施例。

Claims (17)

1.一种用于感测从生物刺激、化学刺激、离子刺激、电刺激、机械刺激以及磁性刺激中选择的至少一个的CMOS（互补金属氧化物半导体）像素，包括：
衬底，所述衬底包括背侧；
源，所述源与所述衬底耦接以产生背景电流；以及
检测元件，所述检测元件与所述衬底电耦接以测量所述背景电流；
具有电荷并且与所述背侧耦接的至少一个受体，其中所述至少一个受体能操作用于结合至将暴露于所述背侧的分析物，并且其中把所述至少一个受体结合至所述分析物将提供非光辐射刺激以改变所述至少一个受体的电荷以及将影响所述背景电流的可测量改变。
2.如权利要求1所述的CMOS像素，其特征在于，所述至少一个受体包括实质上与所述背侧耦接的生物探针或多个生物探针的至少一层。
3.如权利要求2所述的CMOS像素，其特征在于，所述生物探针或多个生物探针具有与所述分析物的基于亲和性结合的能力；且
其中所述基于亲和性的结合影响所述背景电流。
4.如权利要求3所述的CMOS像素，其特征在于，所述生物探针或多个生物探针包括至少一个带正电荷的实体。
5.如权利要求3所述的CMOS像素，其特征在于，所述生物探针或多个生物探针包括至少一个带负电荷的实体。
6.如权利要求3所述的CMOS像素，其特征在于，所述生物探针或多个生物探针包括亲和性地结合至目标DNA的至少一个探针DNA。
7.如权利要求6所述的CMOS像素，其特征在于，所述目标DNA附接至标签。
8.如权利要求3所述的CMOS像素，其特征在于，所述生物探针或多个生物探针包括肝素和鱼精蛋白中的至少一个。
9.如权利要求3所述的CMOS像素，其特征在于，所述生物探针或多个生物探针包括抗体和抗原中的至少一个。
10.如权利要求3所述的CMOS像素，其特征在于，所述生物探针或多个生物探针包括至少一种酶。
11.如权利要求2所述的CMOS像素，其特征在于，所述生物探针或多个生物探针包括选自细胞及组织中的至少一个。
12.如权利要求1所述的CMOS像素，其特征在于，用于产生背景电流的所述源包括实质上设置于所述衬底内的二极管。
13.如权利要求12所述的CMOS像素，其特征在于，所述二极管包括比立方体多的角度或比立方体少的角度。
14.如权利要求1所述的CMOS像素，其特征在于，用于产生背景电流的所述源包括实质上设置于所述衬底内的浅沟槽隔离结构，且其中(1)所述浅沟槽隔离结构包括至少一粗糙表面；或(2)所述衬底包括邻近所述浅沟槽隔离结构的包括嵌入式掺杂剂原子的一部分。
15.如权利要求14所述的CMOS像素，其特征在于，所述嵌入式掺杂剂原子包括硼离子。
16.如权利要求1所述的CMOS像素，其特征在于，进一步包括至少一个悬臂；
其中所述至少一个悬臂实质上与所述背侧相互作用；且
其中所述至少一个悬臂包括所述至少一个受体，所述至少一个受体包括与所述至少一个悬臂的表面耦接的生物探针或多个生物探针的层。
17.如权利要求16所述的CMOS像素，其特征在于，所述至少一个悬臂经由中间部件与所述背侧耦接。
CN201110261318.1A 2010-08-09 2011-08-08 具有背景电流操纵的背侧受激传感器 Active CN102375016B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/853,160 2010-08-09
US12/853,160 US8519490B2 (en) 2010-08-09 2010-08-09 Backside stimulated sensor with background current manipulation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102375016A CN102375016A (zh) 2012-03-14
CN102375016B true CN102375016B (zh) 2014-06-18

Family

ID=45555488

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110261318.1A Active CN102375016B (zh) 2010-08-09 2011-08-08 具有背景电流操纵的背侧受激传感器

Country Status (3)

Country Link
US (2) US8519490B2 (zh)
CN (1) CN102375016B (zh)
TW (2) TWI541502B (zh)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8519490B2 (en) * 2010-08-09 2013-08-27 Omnivision Technologies, Inc. Backside stimulated sensor with background current manipulation
US8987841B2 (en) 2010-08-09 2015-03-24 Omnivision Technologies, Inc. Backside stimulated sensor with background current manipulation
US9459234B2 (en) 2011-10-31 2016-10-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd., (“TSMC”) CMOS compatible BioFET
US9689835B2 (en) 2011-10-31 2017-06-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Amplified dual-gate bio field effect transistor
US9958443B2 (en) * 2011-10-31 2018-05-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Signal enhancement mechanism for dual-gate ion sensitive field effect transistor in on-chip disease diagnostic platform
SG10201703538UA (en) 2012-10-17 2017-06-29 Bio Rad Laboratories Inc Image capture for large analyte arrays
US8728844B1 (en) 2012-12-05 2014-05-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Backside CMOS compatible bioFET with no plasma induced damage
US9389199B2 (en) 2013-03-14 2016-07-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Backside sensing bioFET with enhanced performance
US20140264468A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Biofet with increased sensing area
CN104049021B (zh) * 2013-03-14 2016-10-05 台湾积体电路制造股份有限公司 具有增大的感测面积的biofet
EP3071965A1 (en) 2013-11-21 2016-09-28 Avails Medical, Inc. Electrical biosensor for detecting a substance in a bodily fluid, and method and system for same
US9702847B2 (en) * 2014-12-30 2017-07-11 Avails Medical, Inc. Systems and methods for detecting a substance in bodily fluid
US9714914B2 (en) 2015-01-20 2017-07-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. CMOS compatible biofet
US9810661B2 (en) * 2015-02-18 2017-11-07 Sensor Kinesis Corporation Carbon nanotube biofet with a local amplifier in a system array for analysis of biomarkers and method of analysis of same
US10509008B2 (en) 2015-04-29 2019-12-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Biological device and biosensing method thereof
US9709524B2 (en) 2015-05-15 2017-07-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Integrated circuit device with adaptations for multiplexed biosensing
US9968927B2 (en) 2015-05-22 2018-05-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Optical biosensor device
EP4368991A3 (en) 2015-08-25 2024-08-14 Avails Medical, Inc. Devices, systems and methods for detecting viable microorganisms in a fluid sample
US10161901B2 (en) 2015-12-07 2018-12-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Dual gate biologically sensitive field effect transistor
US10254245B2 (en) 2016-01-25 2019-04-09 Avails Medical, Inc. Devices, systems and methods for detecting viable infectious agents in a fluid sample using an electrolyte-insulator-semiconductor sensor
US10522400B2 (en) 2016-05-27 2019-12-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Embedded temperature control system for a biosensor
EP4397973A3 (en) 2016-05-31 2024-09-04 Avails Medical, Inc. Devices, systems and methods to detect viable infectious agents in a fluid sample and susceptibility of infectious agents to anti-infectives
US10101295B2 (en) 2016-12-15 2018-10-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. On-chip reference electrode for biologically sensitive field effect transistor
WO2019005296A1 (en) 2017-06-27 2019-01-03 Avails Medical, Inc. APPARATUS, SYSTEMS AND METHODS FOR DETERMINING THE SENSITIVITY OF MICROORGANISMS TO ANTI-INFECTIOUS
TWI745392B (zh) 2017-06-29 2021-11-11 瑞禾生物科技股份有限公司 生物感測元件及其製造方法以及生物分子檢測方法
EP3668650A4 (en) 2017-10-03 2021-06-02 Avails Medical, Inc. APPARATUS, SYSTEMS AND METHODS FOR DETERMINING THE CONCENTRATION OF MICRO-ORGANISMS AND THE SUSCEPTIBILITY OF MICRO-ORGANISMS TO ANTI-INFECTIOUS, BASED ON OXIDOREDUCTION REACTIONS
US11860120B2 (en) 2020-08-31 2024-01-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Integrated circuit with biofets and fabrication thereof
EP4405676A2 (en) * 2021-09-24 2024-07-31 University of Cincinnati Electrochemical aptamer sensors with stable blocking layers, rapid electron transfer and robust antifouling properties

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1846132A (zh) * 2003-07-09 2006-10-11 奥本大学 聚离子的可逆电化学传感器

Family Cites Families (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5200051A (en) * 1988-11-14 1993-04-06 I-Stat Corporation Wholly microfabricated biosensors and process for the manufacture and use thereof
US5212050A (en) * 1988-11-14 1993-05-18 Mier Randall M Method of forming a permselective layer
US5063081A (en) * 1988-11-14 1991-11-05 I-Stat Corporation Method of manufacturing a plurality of uniform microfabricated sensing devices having an immobilized ligand receptor
US6306594B1 (en) * 1988-11-14 2001-10-23 I-Stat Corporation Methods for microdispensing patterened layers
US5841126A (en) * 1994-01-28 1998-11-24 California Institute Of Technology CMOS active pixel sensor type imaging system on a chip
US5827415A (en) * 1994-09-26 1998-10-27 The Board Of Trustees Of Leland Stanford Jun. Univ. Oxygen sensor
JP2000356619A (ja) * 1999-06-14 2000-12-26 Sumitomo Metal Ind Ltd ｐＨセンサおよびそれを使用したｐＨ測定方法
CA2376325A1 (en) * 1999-08-19 2001-03-01 Yang Zhao Apparatus and method for visually identifying micro-forces with a palette of cantilever array blocks
US7118710B2 (en) * 2000-10-30 2006-10-10 Sru Biosystems, Inc. Label-free high-throughput optical technique for detecting biomolecular interactions
DE10145701A1 (de) * 2001-09-17 2003-04-10 Infineon Technologies Ag Fluoreszenz-Biosensorchip und Fluoreszenz-Biosensorchip-Anordnung
US7867754B1 (en) * 2002-08-01 2011-01-11 Purdue Research Foundation Microarrays for analyte detection
US7091536B2 (en) * 2002-11-14 2006-08-15 Micron Technology, Inc. Isolation process and structure for CMOS imagers
US7309614B1 (en) * 2002-12-04 2007-12-18 Sru Biosystems, Inc. Self-referencing biodetection method and patterned bioassays
US7759924B2 (en) * 2003-11-25 2010-07-20 Northwestern University Cascaded MOSFET embedded multi-input microcantilever
US7492027B2 (en) * 2004-02-20 2009-02-17 Micron Technology, Inc. Reduced crosstalk sensor and method of formation
US7544979B2 (en) * 2004-04-16 2009-06-09 Technion Research & Development Foundation Ltd. Ion concentration transistor and dual-mode sensors
US7473551B2 (en) * 2004-05-21 2009-01-06 Atonomics A/S Nano-mechanic microsensors and methods for detecting target analytes
US7217428B2 (en) * 2004-05-28 2007-05-15 Technology Innovations Llc Drug delivery apparatus utilizing cantilever
US7176532B2 (en) * 2004-07-22 2007-02-13 Dialog Semiconductor Gmbh CMOS active pixel sensor with improved dark current and sensitivity
WO2007008864A2 (en) * 2005-07-12 2007-01-18 Whitehead Institute Wireless cmos biosensor
US7315014B2 (en) * 2005-08-30 2008-01-01 Micron Technology, Inc. Image sensors with optical trench
US7432148B2 (en) * 2005-08-31 2008-10-07 Micron Technology, Inc. Shallow trench isolation by atomic-level silicon reconstruction
WO2007037926A2 (en) * 2005-09-23 2007-04-05 Sharp Laboratories Of America, Inc. Mems pixel sensor
US7794584B2 (en) * 2005-10-12 2010-09-14 The Research Foundation Of State University Of New York pH-change sensor and method
US7342656B2 (en) * 2005-10-17 2008-03-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Dynamically variable separation among nanoparticles for nano-enhanced Raman spectroscopy (NERS) molecular sensing
US20070127164A1 (en) * 2005-11-21 2007-06-07 Physical Logic Ag Nanoscale Sensor
KR100761829B1 (ko) * 2005-12-15 2007-09-28 삼성전자주식회사 반도체 소자, 시모스 이미지 센서, 반도체 소자의 제조방법및 시모스 이미지 센서의 제조방법
US8637436B2 (en) * 2006-08-24 2014-01-28 California Institute Of Technology Integrated semiconductor bioarray
US7709872B2 (en) * 2006-09-13 2010-05-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Methods for fabricating image sensor devices
US8232109B2 (en) * 2006-10-06 2012-07-31 Sharp Laboratories Of America, Inc. Micro-pixelated active-matrix fluid-assay performance
US9128084B2 (en) * 2006-10-12 2015-09-08 Koninklijke Philips N.V. Fast biosensor with reagent layer
US7737392B2 (en) * 2006-11-09 2010-06-15 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Photonic crystal sensors with integrated fluid containment structure, sample handling devices incorporating same, and uses thereof for biomolecular interaction analysis
US8349167B2 (en) * 2006-12-14 2013-01-08 Life Technologies Corporation Methods and apparatus for detecting molecular interactions using FET arrays
US20100052080A1 (en) * 2007-04-27 2010-03-04 Nxp B.V. Biosensor chip and a method of manufacturing the same
KR101439434B1 (ko) * 2007-10-05 2014-09-12 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
US20090181441A1 (en) * 2007-11-27 2009-07-16 Board Of Trustees Of Michigan State University Porous silicon-polymer composites for biosensor applications
US8183510B2 (en) * 2008-02-12 2012-05-22 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with buried self aligned focusing element
EP2307130A1 (fr) * 2008-06-27 2011-04-13 STMicroelectronics (Research & Development) Limited Dispositif d'analyse biologique de type pixel, biocapteur cmos et procedes de fabrication correspondants
US8581174B2 (en) * 2008-08-26 2013-11-12 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with prismatic de-multiplexing
US20100301398A1 (en) * 2009-05-29 2010-12-02 Ion Torrent Systems Incorporated Methods and apparatus for measuring analytes
US20100137143A1 (en) * 2008-10-22 2010-06-03 Ion Torrent Systems Incorporated Methods and apparatus for measuring analytes
US20100122904A1 (en) * 2008-11-17 2010-05-20 Board Of Regents, The University Of Texas System Incorporating cmos integrated circuits in the design of affinity-based biosensor systems
KR101550067B1 (ko) * 2008-12-24 2015-09-03 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 이미지 센서 및 이의 제조 방법
US8026559B2 (en) * 2009-11-27 2011-09-27 Visera Technologies Company Limited Biosensor devices and method for fabricating the same
US8233066B2 (en) 2010-02-18 2012-07-31 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with improved black level calibration
US8419273B2 (en) * 2010-05-03 2013-04-16 Sharp Kabushiki Kaisha Array element for temperature sensor array circuit, temperature sensor array circuit utilizing such array element, and AM-EWOD device including such a temperature sensor array circuit
US8653832B2 (en) * 2010-07-06 2014-02-18 Sharp Kabushiki Kaisha Array element circuit and active matrix device
US8519490B2 (en) * 2010-08-09 2013-08-27 Omnivision Technologies, Inc. Backside stimulated sensor with background current manipulation
US8338856B2 (en) * 2010-08-10 2012-12-25 Omnivision Technologies, Inc. Backside illuminated image sensor with stressed film

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1846132A (zh) * 2003-07-09 2006-10-11 奥本大学 聚离子的可逆电化学传感器

Also Published As

Publication number Publication date
US8519490B2 (en) 2013-08-27
US8680630B2 (en) 2014-03-25
US20130307093A1 (en) 2013-11-21
US20120032235A1 (en) 2012-02-09
TWI465719B (zh) 2014-12-21
TWI541502B (zh) 2016-07-11
TW201213806A (en) 2012-04-01
TW201508271A (zh) 2015-03-01
CN102375016A (zh) 2012-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102375016B (zh) 具有背景电流操纵的背侧受激传感器
US10563241B2 (en) Biosensor
US8987841B2 (en) Backside stimulated sensor with background current manipulation
US7884398B2 (en) Floating gate field effect transistors for chemical and/or biological sensing
TWI547688B (zh) 離子感測電荷累積電路及方法
US9736388B2 (en) Non-destructive read operations with dynamically growing images
JPH10332423A (ja) 物理現象または化学現象の測定方法および装置
CN101896814A (zh) 传感器、传感器阵列以及操作传感器的方法
EP3176574B1 (en) A sensor apparatus and associated methods
Sun et al. High-density redox amplified coulostatic discharge-based biosensor array
US8258450B1 (en) Physical and chemical integrated flow imaging device
JP5706684B2 (ja) 電気化学的及び／又は電気的に測定する生物センサ、及びダイヤモンド電極、及び電子集積回路
Duarte-Guevara et al. Characterization of a 1024× 1024 DG-BioFET platform
WO2007108465A1 (ja) 累積型化学・物理現象検出方法及びその装置
US20130274126A1 (en) Sensor chip and measurement method using the same
Nakazawa et al. Multimodal bio-image sensor for real-time proton and fluorescence imaging
Lee et al. A CMOS multi-functional biosensor array for rapid low-concentration analyte detection with on-chip DEP-assisted active enrichment and manipulation with no external electrodes
Sun et al. A 64× 64 high-density redox amplified coulostatic discharge-based biosensor array in 180nm CMOS
JP6164750B2 (ja) センサー、センサーモジュールおよび検出方法
CN102449467B (zh) 电化学摄影机类型的设备及其制造方法和使用
JP5531886B2 (ja) バイオセンサシステム
Imai et al. Biosensor
CN116779697A (zh) 生物感测芯片
Nakazawa et al. Multimodal proton and fluorescence image sensor for bio applications
Watanabe et al. A simultaneous multimodal sensor for proton and light sensing using a Hole and Electron Accumulation Technique

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: American California

Patentee after: OmniVision Technologies, Inc.

Address before: American California

Patentee before: Omnivision Technologies, Inc.

CP01 Change in the name or title of a patent holder