CN112649401A - 生物感测器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种生物感测器。生物感测器包含感测元件和设置在感测元件上的盖板。感测元件包含嵌入有光电二极管的第一基底以及设置在第一基板上的滤光层。盖板包含第二基底、设置在第二基底中的上光学元件以及设置在上光学元件上的上反应孔。

Description

生物感测器
技术领域
本发明实施例涉及一种生物感测器，尤其涉及具有聚焦元件或聚焦结构的生物感测器。
背景技术
最近，CMOS图像感测器已经用于生物或生化检测。对于这种应用，荧光分子可作为生物或生化样品上的报导者和标记。可将生物或生化样品放置于光电二极管上，且可将生物或生化样品所发射的荧光引导至光电二极管，以用基于预定的工作流程或演算法，来将生物信号解码。荧光信号通常需要较短波长的激发光以产生较长波长的发射光信号。因此，适当的光学元件对于阻挡较短波长的激发光进入光电二极管，以识别具有较长波长的弱发射光信号可能是必要的。尽管现有的CMOS图像感测器已足以满足其预期的目的，但它们并非在所有方面都完全地令人满意。举例而言，反应孔仅形成于感测元件中，且一个反应孔通常对应至少一个感测像素。因此，现有的生物感测器的输出量不能满足目前的需求。此外，一些装置可包含聚光元件，例如菲涅耳透镜、微透镜和增亮膜(bright enhancement film，BEF)，以将发射光聚焦至感测元件上以增强信号。然而，菲涅耳透镜、微透镜和增亮膜(BEF)的光谱选择性不足以仅收集发射光，因此也会增加来自激发光的噪声强度。
因此，需要一种具有更高的输出量且具有更好的光谱选择性的聚焦元件的新颖的生物感测器。
发明内容
本公开实施例的目的在于提供一种具有更高的输出量且具有更好的光谱选择性的聚焦元件的生物感测器。
在本公开的一些实施例中，提供了一种生物感测器。生物感测器包含感测元件和设置在感测元件上的盖板。感测元件包含嵌入有光电二极管的第一基底以及设置在第一基板上的滤光层。盖板包含第二基底、设置在第二基底中的上光学元件以及设置在上光学元件上的上反应孔。
本公开的实施例提供的生物感测器的优点至少包含以下一或多个：
(1)通过将聚焦元件或聚焦结构设置于盖板中，可增加输出量。
(2)可经由聚焦元件的突起结构进一步阻挡激发光。
(3)感测元件可重复使用而不经过任何清洁工艺，而不会干扰盖板上生物样品的检测。
(4)可适当地解决由盖板和感测元件的未对准而导致无法接收来自在盖板上的生物样品的发射光的问题。在以下实施例中参考所附附图给予实施方式。
附图说明
通过阅读后续的实施方式和范例并参考所附附图，可更完全地理解本发明，其中：
图1根据本公开的一些实施例示出生物感测器的剖面图。
图2根据本公开的一些实施例示出生物感测器的剖面图。
图3根据本公开的一些实施例示出生物感测器的剖面图。
图4根据本公开的一些实施例示出生物感测器的剖面图。
图5根据本公开的一些实施例示出上光学元件116C的俯视图。
图6A-图6J根据本公开的一些实施例示出沿图5的沿线A-A’的各种剖面图。
图7A根据本公开的一些实施例示出生物感测器的剖面图。
图7B根据本公开的一些实施例示出生物感测器的剖面图。
图7C根据本公开的一些实施例示出生物感测器的剖面图。
图8A根据本公开的一些实施例示出生物感测器的剖面图。
图8B根据本公开的一些实施例示出生物感测器的剖面图。
图8C根据本公开的一些实施例示出生物感测器的剖面图。
图9根据本公开的一些实施例示出生物感测器的剖面图。
附图标记如下：
10:感测元件
20:盖板
100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000,1100:生物感测器
102,114:基底
104:光电二极管
106:滤光层
108:钝化层
110,118:修饰层
116A,116B,116C:上光学元件
116CB:底面
116CT:顶面
116BP:底突起结构
116TP:顶突起结构
120L:下反应孔
120U:上反应孔
122:波导器
124U,124L:生物样品
126A,126B,126C:激发光
128A,128B:聚焦结构
216C:下光学元件
A-A’:线
L:发射光
具体实施方式
在以下描述中详细描述本公开的生物感测器。在以下的实施方式中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节和实施例以提供对本公开的透彻理解。阐述以下实施方式中所描述的特定元件和配置，以清楚地描述本公开。然而，将显而易见的是，本文所阐述的示例性实施例仅用于说明的目的，且发明概念可以各种形式体现，而不限于那些示例性实施例。此外，不同实施例的附图可使用相似和/或对应的数字来表示相似和/或对应的元件，以便清楚地描述本公开。然而，在不同实施例的附图中使用相似和/或对应的数字不暗示不同实施例之间的任何相关性。此外，在本说明书中，例如“设置在第二材料层上/上方的第一材料层”的表达可指第一材料层和第二材料层的直接接触，或者其可指在第一材料层和第二材料层之间有一或多层中间层的非接触状态。在上述情况中，第一材料层可不与第二材料层直接接触。
此外，在本说明书中，使用相对性的表达。例如“较低”、“底部”、“较高”或“顶部”用于描述一元件相对于另一元件的位置。应理解的是，如果将装置上下颠倒，则“较低”的元件将变为“较高”的元件。
除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语都具有与本发明所属技术领域中通常知识者一般所理解的相同含义。应理解的是，在各种情况下，在常用字典中定义的术语应被解释为具有符合本公开的相对技能和本公开的背景或上下文的含义，且不应以理想化或过于正式的方式来解释，除非如此定义。
在叙述中，相对性术语例如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“之下”、“之上”、“顶部”、“底部”等等应被理解为该实施例以及相关附图中所示出的方位。此相对性的用语是为了方便说明之用，并不表示所叙述的装置需以特定方位来制造或运作。此外，关于接合、连接的用语，例如“连接”、“互连”等，除非特别定义，否则可表示两个结构直接接触，或者也可表示两个结构并非直接接触，而是有其它结构设置于此两个结构之间。另外，关于接合、连接的用语，也可包含两个结构都可移动，或者两个结构都固定的实施例。
应理解的是，尽管可在本文中使用术语第一、第二、第三等等，来描述各种元件、组件、区域、膜层、部分和/或区段，但这些元件、组件、区域、膜层、部分和/或区段不应受这些术语所限制。这些术语仅用于区分一元件、组件、区域、膜层、部分或区段与另一元件、组件、区域、膜层、部分或区段。因此，在不脱离本公开的教示的情况下，以下所讨论的第一元件、组件、区域、膜层、部分或区段可被称为第二元件、组件、区域、膜层、部分或区段。
本公开的实施例提供了包含聚焦元件或聚焦结构于盖板中的生物感测器。因此，也可将反应孔设计于盖板中，由此增加输出量。
图1根据本公开的一些实施例示出生物感测器100的剖面图。请参阅图1，生物感测器100包含感测元件10和盖板20。
感测元件10主要包含基底102、光电二极管104、滤光层106、钝化层108和修饰层110。
基底102嵌入有光电二极管104。在本公开的一些实施例中，基底102是主体半导体基底，例如半导体晶片。举例而言，基底102是硅晶片。基底102可包含硅或其它元素半导体材料例如锗。在另一些实施例中，基底102包含化合物半导体。化合物半导体可包含砷化镓、碳化硅、砷化铟、磷化铟、其它合适的材料或前述的组合，但不限于此。
在一些实施例中，基底102包含绝缘体上半导体(semiconductor-on-insulator，SOI)基底。可使用氧注入分离(separation by implantation of oxygen，SIMOX)工艺、晶片接合工艺、其它可应用的方法或前述的组合，来制造SOI基底，但不限于此。在一些实施例中，基底102是未掺杂的基底。
滤光层106设置于基底102上。可通过使用溅射、旋转涂布、化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)、低压化学气相沉积(low-pressure chemical vapordeposition，LPCVD)、低温化学气相沉积(low-temperature chemical vapor deposition，LTCVD)、快速热化学气相沉积(rapid thermal chemical vapor deposition，RTCVD)、等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)、原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)、物理气相沉积、分子束沉积、任何其他合适的工艺或前述的组合来形成滤光层106，但不限于此。滤光层106可为有机彩色滤光片或无机彩色滤光片，包含以颜料为基础的聚合物、以颜料为基础的染料、以染料为基础的聚合物、以树脂基础的材料、介电干涉滤光片、等离子体超表面结构或介电超表面结构。滤光层106可排除特定波长范围内的光，使其无法通过滤光层，且/或允许另一特定波长范围内的光通过滤光层。在一些实施例中，可根据需要，由红色滤光片、绿色滤光片、蓝色滤光片、青色(cyancolor)滤光片、紫红(magenta color)色滤光片、黄色滤光片或红外光(infrared，IR)通过滤光片来制造滤光层，但本公开不限于此。
钝化层108设置于滤光层106上。可通过使用溅射、旋转涂布、化学气相沉积(CVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、低温化学气相沉积(LTCVD)、快速热化学气相沉积(RTCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、物理气相沉积、分子束沉积、任何其他合适的工艺或前述的组合来形成钝化层108，但不限于此。钝化层108可保护滤光层106和光电二极管104免于脱层、腐蚀或损坏。具体而言，钝化层108可防止样品的溶液接触滤光层106或光电二极管104。钝化层108的材料包含金属氧化物、金属氮化物、硅氧化物、硅氮化物或前述的组合，但不限于此。在一些实施例中，金属氧化物、金属氮化物、硅氧化物或硅氮化物可包含但不限于氧化硅(例如SiO2)、氧化钛(例如TiO2)、氧化钽(例如Ta2O5)、氧化铝(例如Al2O3)、氧化铌(例如Nb2O5)、氮化硅(例如Si3N4)、氮化钛、氮化钽或前述的组合。此外，可用自组装单层(self-assembly monolayer，SAM)、功能聚合物或水凝胶来涂布或处理钝化层108，以固定生物样品。根据一些实施例，钝化层的材料可为透明或半透明的。
修饰层110设置于钝化层108上。可通过使用溅射、旋转涂布、化学气相沉积(CVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、低温化学气相沉积(LTCVD)、快速热化学气相沉积(RTCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、物理气相沉积、分子束沉积、任何其他合适的方法或前述的组合来形成修饰层110，但不限于此。此外，可用自组装单层(self-assemblymonolayer，SAM)、功能聚合物或水凝胶来涂布或处理修饰层110，以固定或拒绝生物样品。根据一些实施例，修饰层的材料可为透明或半透明的。
修饰层110的材料包含金属、金属合金、金属氧化物、金属氮化物、硅、硅氧化物、硅氮化物或前述的组合，但不限于此。在一些实施例中，金属、金属合金、金属氧化物、金属氮化物、硅、硅氧化物、硅氮化物可包含但不限于银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、铌(Nb)、钛(Ti)、钨(W)、前述的合金、硅(例如Si：H)、氧化硅(例如SiO2)、氧化钛(例如TiO2)、氧化钽(例如Ta2O5)、氧化铝(例如Al2O3)、氧化铌(例如Nb2O5)、氮化硅(例如Si3N4)、氮化钛、氮化钽或前述的组合。如本文所使用的术语“反应孔”是指放置或捕获生物样品的区域、空间或结构。修饰层110包含下反应孔120L。在一些实施例中，下反应孔120L可为如图1所示的修饰层110中的开口。因此，下反应孔120L的底面可为钝化层108的顶面。当修饰层110的材料与钝化层108不同时，可执行选择性表面涂布以用能够捕获生物样品的官能基基团来修饰钝化层108，且用无法捕获生物样品的另一官能基基团来修饰修饰层110。因此，可将生物样品限制于下反应孔120L中。
在另一些实施例中，修饰层110可不具有开口作为下反应孔120L。可通过修饰修饰层110的表面的一部分，来形成下反应孔120L，如此一来仅特定区域可捕获期望的生物样品。举例而言，修饰层110的表面上的一些官能基基团可被修饰为能够捕获期望的生物样品。
盖板20设置于感测元件10上。盖板20主要包含基底114、上光学元件116A和阻挡层118。基底114的材料包含玻璃、蓝宝石、塑料、聚合物或前述的组合，但不限于此。举例而言，塑料或聚合物可包含但不限于双苯并环丁烯(bisbenzocyclobutene，BCB)、聚酰亚胺(polyimide，PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)、环烯烃聚合物(cycloolefin polymer，COP)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、其它合适的材料或前述的组合。
上光学元件116A设置于基底114中。上光学元件116A为具有抛物面的聚焦元件。聚焦元件的凹面面向光电二极管104。聚焦元件的材料包括银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、铜(Cu)、铂(Pt)、铌(Nb)、镍(Ni)、钛(Ti)、钨(W)、前述的合金或前述的组合，但不限于此。
在一些实施例中，生物感测器100可还包含波导器122于上光学元件116A和上反应孔120U之间。
修饰层118设置于基底114上。具体而言，修饰层118设置于上光学元件116A上。修饰层118包含上反应孔120U。在一些实施例中，上反应孔120U可为如图1所示的修饰层118中的开口。因此，上反应孔120U的底面可为波导器122的顶面。当修饰层118的材料不同于波导器122时，可执行选择性表面涂布以用能够捕获生物样品的官能基基团来修饰波导器122，且用无法捕获生物样品的另一官能基基团来修饰修饰层118。因此，可将生物样品限制于上反应孔120U中。
在另一些实施例中，修饰层118可不具有开口作为上反应孔120U。可通过修饰修饰层118的表面的一部分，来形成上反应孔120U，使得仅特定区域可捕获期望的生物样品。举例而言，修饰层118的表面上的一些官能基基团可被修饰为能够捕获期望的生物样品。上反应孔120U对应上光学元件116A。
生物样品124L放置于下反应孔120L中。生物样品124U放置于上反应孔120U中。首先，如图1所示，激发光126A从顶部照射生物感测器100。一部分的激发光126A被上光学元件116A阻挡。由于在两个相邻的上光学元件116A之间有空隙，所以当激发光126A通过空隙时，激发光126A会发生散射。因此，激发光126A仍可照射且激发生物样品124L。来自生物样品124L的信号由光电二极管104获得。
然后，关闭激发光126A。波导器122发射激发光126B。在一些实施例中，激发光126B的波长与激发光126A的波长相同。激发光126B照射且激发生物样品124U。生物样品124U的发射光L被上光学元件116A的凹面反射、聚焦，然后照射光电二极管104。因此，获得来自生物样品124U的信号。
因此，由于聚焦元件/结构设置于盖板中，所以盖板可被设计为也具有反应孔，由此增加了生物感测器中的反应孔的数量。因此，可显著增加生物感测器的输出量。
图2根据本公开的一些实施例示出生物感测器200的剖面图。应注意的是，与生物感测器100对应的相同或类似的元件或膜层皆由类似的参考数字标记。在一些实施例中，由类似的参考数字标记的相同或类似的元件或膜层具有相同的意义，且为了简洁而不会再复述。
生物感测器200和生物感测器100之间的差异之一是，生物感测器200的盖板20包含设置在基底114中的上光学元件116B。
上光学元件116B为遮光层，以防止生物样品124U被激发光126A激发。遮光层的材料包含银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、铜(Cu)、铂(Pt)、铌(Nb)、镍(Ni)、钛(Ti)、钨(W)、前述的合金或前述的组合，但不限于此。
上反应孔120U具有类似碗的形状。上反应孔120U具有侧壁。盖板20还包含设置在侧壁上的聚焦结构128A。具体而言，聚焦结构128A顺应地设置于上反应孔120U的侧壁上。聚焦结构128A为反射层。反射层的材料包含银(Ag)、铝(Al)、金(Au)、铜(Cu)、铂(Pt)、铌(Nb)、镍(Ni)、钛(Ti)、钨(W)、前述的合金或前述的组合，但不限于此。
因此，生物样品124U的发射光L被聚焦结构128A反射、聚焦，然后照射光电二极管104。因此，获得来自生物样品124U的信号。
因此，由于聚焦元件/结构设置于盖板中，所以盖板可被设计为也具有反应孔，由此增加了生物感测器中的反应孔的数量。因此，可显著增加生物感测器的输出量。
图3根据本公开的一些实施例示出生物感测器300的剖面图。应注意的是，与生物感测器200对应的相同或类似的元件或膜层皆由类似的参考数字标记。在一些实施例中，由类似的参考数字标记的相同或类似的元件或膜层具有相同的意义，且为了简洁而不会再复述。
生物感测器300和生物感测器200之间的差异之一是，生物感测器300的盖板20包含设置在上反应孔120U的侧壁上的聚焦结构128B。
聚焦结构128B包含折射率比上反应孔120U的侧壁还高的材料。此材料包含氧化铌(Nb2O5)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钛(TiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)、高折射率聚合物或前述的组合，但不限于此。当折射率高于1.5时，此折射率被认为是高折射率。
由于聚焦结构128B的折射率高于上反应孔120U的侧壁的折射率，所以当生物样品124U的发射光L从聚焦结构128B进入此侧壁时，发射光L会在聚焦结构128B和修饰层118的侧壁之间的界面被部分地反射。
因此，生物样品124U的发射光L被反射且聚焦，然后照射光电二极管104。因此，获得来自生物样品124U的信号。
因此，由于聚焦元件/结构设置于盖板中，所以盖板可被设计为也具有反应孔，由此增加了生物感测器中的反应孔的数量。因此，可显著增加生物感测器的输出量。
图4根据本公开的一些实施例示出生物感测器400的剖面图。应注意的是，与生物感测器100对应的相同或类似的元件或膜层皆由类似的参考数字标记。在一些实施例中，由类似的参考数字标记的相同或类似的元件或膜层具有相同的意义，且为了简洁而不会再复述。
生物感测器400和生物感测器100之间的差异之一是，生物感测器400的盖板20包含设置在基底114中的上光学元件116C。
图5根据本公开的一些实施例示出上光学元件116C的俯视图。如图5所示，上光学元件116C是同心光栅。
图6A-图6J根据本公开的一些实施例示出图5的沿线A-A’的各种剖面图。
上光学元件116C可包含顶突起结构116TP于顶面116CT上，且可包含底突起结构116BP于底面116CB上。上光学元件116C可在中央具有开口。顶突起结构116TP包含多个突起部，且底突起结构116BP包含多个突起部。
假设光照射顶面116CT。请参阅图6A，上光学元件116C包含顶突起结构116TP、底突起结构116BP和开口。由于上光学元件116C包含顶突起结构116TP，所以光将被引导至中心且聚集在中心。然后，由于上光学元件116C包含开口，所以一部分的光不会被反射而会从底面116BP发射。
请回头参阅图4，上光学元件116C可类似于图6B、图6C或图6G。上光学元件116C可防止激发光126A照射生物样品124U。因此，来自生物样品124U的发射光L可被上光学元件116C聚集且照射光电二极管104。因此，光电二极管104不会同时接收来自生物样品124L和生物样品124U的发射光。
可理解的是，突起结构可聚集光，且开口决定光是否可从另一表面发射。突起部的高度、宽度和间距决定可聚集什么波长的光。
图7A根据本公开的一些实施例示出生物感测器500的剖面图。应注意的是，与生物感测器200对应的相同或类似的元件或膜层皆由类似的参考数字标记。在一些实施例中，由类似的参考数字标记的相同或类似的元件或膜层具有相同的意义，且为了简洁而不会再复述。
生物感测器500和生物感测器200之间的差异之一是，生物感测器500不包含修饰层110和下反应孔120L。生物感测器500包含上光学元件116C，其可类似于图6A、图6D、图6H或图6I。上光学元件116C的顶突起结构116TP被设计为对激发光126A敏感，且激发光126A将被引导至中心且聚集在中心。然后，由于上光学元件116C包含开口，所以一部分的光不会被反射而会从底面116BP发射，来激发生物样品124U。由于生物感测器500中不包含下反应孔120L，所以可不需要波导器122。在一些实施例中，上光学元件116C的底突起结构116BP可进一步被设计为对来自生物样本124U的发射光L敏感，如此一来可增强发射光L，从而增强信号强度。感测元件10可重复使用而无需经过任何清洁工艺，例如变性工艺。
图7B根据本公开的一些实施例示出生物感测器600的剖面图。应注意的是，与生物感测器300对应的相同或类似的元件或膜层皆由类似的参考数字标记。在一些实施例中，由类似的参考数字标记的相同或类似的元件或膜层具有相同的意义，且为了简洁而不会再复述。
生物感测器600和生物感测器300之间的差异之一是，生物感测器600不包含修饰层110和下反应孔120L。生物感测器600包含上光学元件116C，其可类似于图6A、图6D、图6H或图6I。上光学元件116C的顶突起结构116TP被设计为对激发光126A敏感，且激发光126A会被引导至中心且聚集在中心。然后，由于上光学元件116C包含开口，所以一部分的光不会被反射而会从底面116BP发射，以激发生物样品124U。由于生物感测器600中不包含下反应孔120L，所以可不需要波导器122。在一些实施例中，上光学元件116C的底突起结构116BP可进一步被设计为对来自生物样本124U的发射光L敏感，如此一来可增强发射光L，从而增强信号强度。感测元件可重复使用而无需经过任何清洁工艺，例如变性工艺。
图7C根据本公开的一些实施例示出生物感测器700的剖面图。应注意的是，与生物感测器400对应的相同或类似的元件或膜层皆由类似的参考数字标记。在一些实施例中，由类似的参考数字标记的相同或类似的元件或膜层具有相同的意义，且为了简洁而不会再复述。
生物感测器700和生物感测器400之间的差异之一是，生物感测器700不包含修饰层110和下反应孔120L。生物感测器700包含上光学元件116C，其可类似于图6A或图6D。上光学元件116C的顶突起结构116TP被设计为对激发光126A敏感，且激发光126A会被引导至中心且聚集在中心。然后，由于上光学元件116C包含开口，所以一部分的光不会被反射而会从底面116BP发射，以激发生物样品124U。由于生物感测器700中不包含下反应孔120L，所以可不需要波导器122。在一些实施例中，上光学元件116C的底突起结构116BP可进一步被设计为对来自生物样本124U的发射光L敏感，如此一来可增强发射光L，从而增强信号强度。感测元件可重复使用而无需经过任何清洁工艺，例如变性工艺。
图8A根据本公开的一些实施例示出生物感测器800的剖面图。应注意的是，与生物感测器500对应的相同或类似的元件或膜层皆由类似的参考数字标记。在一些实施例中，由类似的参考数字标记的相同或类似的元件或膜层具有相同的意义，且为了简洁而不会再复述。
生物感测器800和生物感测器500之间的差异之一是，生物感测器800包含修饰层110和下反应孔120L。在一些实施例中，生物样品124L和生物样品124U分别被不同的激发光激发。举例而言，生物样品124L被激发光126A激发，而生物样品124U被激发光126C激发。激发光126A和126C的波长不同。
上光学元件116C可类似于图6A、图6D、图6H或图6I。上光学元件116C的顶突起结构116TP被设计为对激发光的一敏感。举例而言，顶突起结构116TP对激发光126C敏感。换句话说，上光学元件116C可聚集激发光126C且允许一部分的激发光126C通过上光学元件116C。相反地，顶突起结构116TP对激发光126A不敏感。换句话说，上光学元件116C不聚集激发光126A。激发光126A被上光学元件116C反射。在一些实施例中，上光学元件116C的底突起结构116BP可进一步被设计为对来自生物样本124U的发射光L敏感，如此一来可增强发射光L，从而增强信号强度。
因此，即使生物样品124L放置于下反应孔120L中，感测元件10仍可重复使用而无需经过任何清洁工艺，例如变性工艺。只有盖板20需要被更换以进行后续的检测。
图8B根据本公开的一些实施例示出生物感测器900的剖面图。应注意的是，与生物感测器600对应的相同或类似的元件或膜层皆由类似的参考数字标记。在一些实施例中，由类似的参考数字标记的相同或类似的元件或膜层具有相同的意义，且为了简洁而不会再复述。
生物感测器900和生物感测器600之间的差异之一是，生物感测器900包含修饰层110和下反应孔120L。在一些实施例中，生物样品124L和生物样品124U分别被不同的激发光激发。举例而言，生物样品124L被激发光126A激发，而生物样品124U被激发光126C激发。激发光126A和126C的波长不同。
上光学元件116C可类似于图6A、图6D、图6H或图6I。上光学元件116C的顶突起结构116TP被设计为对激发光的一敏感。举例而言，顶突起结构116TP对激发光126C敏感。换句话说，上光学元件116C可聚集激发光126C且允许一部分的激发光126C通过上光学元件116C。相反地，顶突起结构116TP对激发光126A不敏感。换句话说，上光学元件116C不聚集激发光126A。激发光126A被上光学元件116C反射。在一些实施例中，上光学元件116C的底突起结构116BP可进一步被设计为对来自生物样本124U的发射光L敏感，如此一来可增强发射光L，从而增强信号强度。
因此，即使生物样品124L放置于下反应孔120L中，感测元件10仍可重复使用而无需经过任何清洁工艺，例如变性工艺。只有盖板20需要被更换以进行后续的检测。
图8C根据本公开的一些实施例示出生物感测器1000的剖面图。应注意的是，与生物感测器700对应的相同或类似的元件或膜层皆由类似的参考数字标记。在一些实施例中，由类似的参考数字标记的相同或类似的元件或膜层具有相同的意义，且为了简洁而不会再复述。
生物感测器1000和生物感测器700之间的差异之一是，生物感测器1000包含修饰层110和下反应孔120L。在一些实施例中，生物样品124L和生物样品124U分别由不同的激发光激发。举例而言，生物样品124L被激发光126A激发，而生物样品124U被激发光126C激发。激发光126A和126C的波长不同。
上光学元件116C可类似于图6A或图6D。上光学元件116C的顶突起结构116TP被设计为对激发光的一敏感。举例而言，顶突起结构116TP对激发光126C敏感。换句话说，上光学元件116C可聚集激发光126C且允许一部分的激发光126C通过上光学元件116C。相反地，顶突起结构116TP对激发光126A不敏感。换句话说，上光学元件116C不聚集激发光126A。激发光126A被上光学元件116C反射。上光学元件116C的底突起结构116BP可进一步被设计为对来自生物样本124U的发射光L敏感，如此一来可增强发射光L，从而增强信号强度。
因此，即使生物样品124L放置于下反应孔120L中，感测元件10仍可重复使用而无需经过任何清洁工艺，例如变性工艺。只有盖板20需要被更换以进行后续的检测。
图9根据本公开的一些实施例示出生物感测器1100的剖面图。应注意的是，与生物感测器100对应的相同或类似的元件或膜层皆由类似的参考数字标记。在一些实施例中，由类似的参考数字标记的相同或类似的元件或膜层具有相同的意义，且为了简洁而不会再复述。
生物感测器1100和生物感测器100之间的差异之一是，生物感测器1100包含下光学元件216C。如图9所示，下光学元件216C为同心光栅。下光学元件216包含顶突起结构和在中心处的开口，其可类似于图6H或图6I。下光学元件216C的顶突起结构116TP被设计为对来自生物样本124U和/或124L的发射光L敏感。
请参阅图9，盖板20未对准感测元件10。来自生物样品124U的发射光L也可以被引导至中心且从另一表面发射。因此，光电二极管104仍然可以接收来自生物样品124U的发射光L。
因此，可适当地解决由盖板和感测元件的未对准而导致无法接收来自在盖板上的生物样品的发射光的问题。此外，来自感测元件上的生物样品的发射光也可被下光学元件重定向，以形成垂直光，如此一来可减少串扰(cross-talk)。
综上所述，本公开的实施例提供的生物感测器的优点至少包含以下一或多个：
(1)通过将聚焦元件或聚焦结构设置于盖板中，可增加输出量。
(2)可经由聚焦元件的突起结构进一步阻挡激发光。
(3)感测元件可重复使用而不经过任何清洁工艺，而不会干扰盖板上生物样品的检测。
(4)可适当地解决由盖板和感测元件的未对准而导致无法接收来自在盖板上的生物样品的发射光的问题。
虽然本发明的实施例及其优点已公开如上，但应该了解的是，本发明所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动、替代与润饰。此外，本发明的保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，本发明所属技术领域中技术人员可从本发明实施例内容中理解，现行或未来所发展出的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，只要可以与在此处所述实施例中实现大抵相同功能或获得大抵相同结果者皆可根据本发明实施例使用。因此，本发明的保护范围包括上述工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤。此外，本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定为准。

Claims (10)

1.一种生物感测器，包括：
一感测元件；以及
一盖板，设置于该感测元件上；
其中该感测元件包括：
一第一基底，嵌入有一光电二极管；以及
一滤光层，设置于该第一基底上；且
其中该盖板包括：
一第二基底；
一上光学元件，设置于该第二基底中；以及
一上反应孔，设置于该上光学元件上。
2.如权利要求1所述的生物感测器，其中该上光学元件为具有一抛物面的一聚焦元件，且该上光学元件的一材料包括银、铝、金、铜、铂、铌、镍、钛、钨、前述的合金或前述的组合。
3.如权利要求1所述的生物感测器，其中该上光学元件为一上同心光栅，具有面向该第一基底的一底面和与该底面相对的一顶面，且该上同心光栅包括一顶突起结构于该顶面上。
4.如权利要求1所述的生物感测器，其中该上光学元件为一上同心光栅，具有面向该第一基底的一底面和与该底面相对的一顶面，且该上同心光栅包括一底突起结构于该底面上。
5.如权利要求1所述的生物感测器，其中该上光学元件为一上同心光栅，具有面向该第一基底的一底面和与该底面相对的一顶面，且该上同心光栅包括一顶突起结构于该顶面上和一底突起结构于该底面上。
6.如权利要求1所述的生物感测器，其中该上光学元件为一遮光层且该遮光层的一材料包括银、铝、金、铜、铂、铌、镍、钛、钨、前述的合金或前述的组合。
7.如权利要求1所述的生物感测器，还包括：
一下反应孔，设置于该滤光层上；以及
一钝化层，于该滤光层上，
其中该盖板还包括一波导器，设置于该上光学元件和该上反应孔之间。
8.如权利要求1所述的生物感测器，还包括设置于该滤光层上的一下光学元件，其中该下光学元件为一下同心光栅，具有面向该第一基底的一底面和与该底面相对的一顶面，且该下同心光栅包括一顶突起结构于该顶面上。
9.如权利要求1所述的生物感测器，还包括设置于该滤光层上的一下光学元件，其中该下光学元件为一下同心光栅，具有面向该第一基底的一底面和与该底面相对的一顶面，且该下同心光栅包括一开口。
10.如权利要求1所述的生物感测器，其中该上反应孔具有一侧壁，该盖板还包括设置于该上反应孔的该侧壁上的一聚焦结构，该聚焦结构包括一材料，具有高于该上反应孔的该侧壁的一折射率的一折射率，该材料包括氧化铌、氧化钽、氧化钛、氮化硅、氧化铝、高折射率聚合物或前述的组合，且该聚焦结构为一反射层。
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