CN112652637A - 生物感测器及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种生物感测器。此生物感测器包含基底、多个光电二极管、多个像素化滤光片、激发光阻挡层和固定层。基底具有多个像素。光电二极管设置于基底中且分别对应至像素中的一者。像素化滤光片设置于基底上。激发光阻挡层设置于像素化滤光片上。固定层设置于激发光阻挡层上。

Description

生物感测器及其形成方法
技术领域
本发明实施例涉及一种生物感测器，特别涉及一种具有像素化滤光片的生物感测器。
背景技术
在现有技术中，生物感测器通常使用一种光学滤光片来阻挡激发光且使发射光进入感测像素。光学滤光片可为有机滤光片，其对入射光角度不敏感并且易于图案化。然而，有机滤光片通常也会因为紫外光或可见光激发而产生强荧光，而干扰待测样品信号分辨率。有机滤光片的穿透光谱频宽较广且可供利用的光谱选择性少。另外，其附着力和化学或机械耐性等制程相容性，不如其他种类的滤光片。
光学滤光片也可为介电干涉滤光片，其经由紫外光或可见光激发时，仅产生微弱的荧光或不产生荧光。且可根据待测信号光波段所需的频谱，来调整介电干涉滤光片中各膜层堆叠厚度，轻易地达到通带和阻带波段需求。然而，介电干涉滤光片的穿透光谱对入射光角度敏感，且难以被像素化(使邻近像素上的滤光片带有不同的通带与阻带频谱)。因此，需要一种新颖的生物感测器。
发明内容
根据本公开的一些实施例，提供一种生物感测器。此生物感测器包含基底、多个光电二极管、多个像素化滤光片、激发光阻挡层和固定层。基底具有多个像素。光电二极管设置于基底中且分别对应至像素中的一者。像素化滤光片设置于基底上。激发光阻挡层设置于像素化滤光片上。固定层设置于激发光阻挡层上。
根据本公开的一些实施例，提供一种生物感测器的形成方法。此方法包含：提供具有多个像素的基底；形成多个光电二极管于基底中，其中光电二极管中的每一者都分别对应至像素中的一者；形成多个像素化滤光片于基底上；形成激发光阻挡层于像素化滤光片上；以及形成固定层于激发光阻挡层上。
在以下实施例中参考附图给予实施方式。
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100的俯视图。
图2A-图2G根据本公开的一些实施例示出形成图1的生物感测器100的各阶段的沿线A-A’的剖面图。
图3A-图3E根据本公开的一些实施例示出形成生物感测器200的各阶段的剖面图。
图4A-图4C根据本公开的一些实施例示出形成生物感测器300的各阶段的剖面图。
图5A-图5D根据本公开的一些实施例示出形成生物感测器400的各阶段的剖面图。
图6A-图6C根据本公开的一些实施例示出形成生物感测器的各阶段的剖面图。
图7A-图7C根据本公开的一些实施例示出形成生物感测器的各阶段的剖面图。
图8A-图8B根据本公开的一些实施例示出形成生物感测器的各阶段的剖面图。
图9A示出生物感测器上的分析物的排列。
图9B示出图9A沿线A-A’的剖面图。
图9C根据本公开的另一些实施例示出图9A沿线A-A’的剖面图。
图9D根据本公开的另一些实施例示出生物感测器的剖面图。
图9E根据本公开的一些实施例示出生物感测器上的分析物的排列的俯视图。
图9F-图9I根据本公开的一些实施例示出图9E沿线A-A’的剖面图。
图9J根据本公开的一些实施例示出生物感测器上的分析物的排列的俯视图。
图9K-图9L根据本公开的一些实施例示出图9J沿线A-A’的剖面图。
图10A根据本公开的一些实施例示出生物感测器上的分析物的排列的俯视图。
图10B根据本公开的一些实施例示出图10A沿线B-B’的剖面图。
图10C根据本公开的一些实施例示出图10A沿线B-B’的剖面图。
图10D根据本公开的一些实施例示出生物感测器上的分析物的排列的俯视图。
图10E-图10F根据本公开的一些实施例示出图10D沿线B-B’的剖面图。
图10G根据本公开的一些实施例示出生物感测器上的分析物的排列的俯视图。
图10H-图10I根据本公开的一些实施例分别示出图10G沿线A-A’和B-B’的剖面图。
图11是根据本公开的一些实施例的发射或穿透率对波长的分析图。
图12A根据本公开的一些实施例示出生物感测器上的分析物的排列。
图12B根据本公开的一些实施例示出图12A沿线A-A’的剖面图。
图12C根据本公开的另一些实施例示出图12A沿线A-A’的剖面图。
图12D根据本公开的一些实施例示出生物感测器上的分析物的排列。
图12E根据本公开的一些实施例示出图12D沿线A-A’的剖面图。
图12F根据本公开的另一些实施例示出图12D沿线B-B’的剖面图。
图13A显示根据本公开的一些实施例的发射或穿透率对波长的分析图。
图13B显示根据本公开的一些实施例所绘制的第一信号强度比值对第二信号强度比值的分析图。
图14A根据本公开的一些实施例示出生物感测器上的分析物的排列。
图14B-图14D根据本公开的一些实施例分别示出图14A沿线A-A’、B-B’和C-C’的剖面图。
图14E-图14G根据本公开的另一些实施例分别示出图14A沿线A-A’、B-B’和C-C’的剖面图。
图14H根据本公开的一些实施例示出生物感测器上的分析物的排列的俯视图。
图14I-图14K根据本公开的一些实施例分别示出图14H沿线A-A’、B-B’和C-C’的剖面图。
图14L-图14N根据本公开的另一些实施例分别示出图14H沿线A-A’、B-B’和C-C’的剖面图。
图15A显示根据本公开的一些实施例发射或穿透率对波长的分析图。
图15B显示根据本公开的一些实施例所绘制的第一信号强度比值对第二信号强度比值对第三信号强度比值的分析图。
其中，附图标记说明如下：
100，200，300，400：生物感测器
102：基底
104，1041-1049：像素
104a：第一像素
104b：第二像素
104c：第三像素
104d：第四像素
106：光电二极管
108：材料层
108’：格墙
110：滤光片材料层
110’：像素化滤光片
110a：材料层
110a’：像素化介电干涉滤光片
110b,110c，110d，110e：有机彩色滤光片
112：中间层
114：激发光阻挡层
116：固定层
116’：子固定层
118a：下披覆层
118b：上披覆层
120：波导器
120’：图案化的波导器
122a：下氧化层
122b：上氧化层
124：不透明材料
124’：光圈结构
126a，126a1，126b：分析物
128：激发光
θ1：第一入射角
θ2：第二入射角
θ3：第三入射角
θ4：第四入射角
A-A’，B-B’，C-C’：线
L：光
L1：第一部分
L2：第二部分
L3：第三部分
L4：第四部分
S：像素组
X，Y，Z：方向
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行。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，或者亦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，亦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。
应注意的是，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层具有相同的意义，且为了简洁而不会再重复叙述。
本公开的实施例所提供的生物感测器包含像素化滤光片。此滤光片可具有更强的附着力以及化学或机械耐性，因此可防止有机彩色滤光片之间直接接触而可能引起的剥离问题。本公开实施例可用于细胞行为观察、基因(DNA)定序、实时定量聚合酶连锁反应(qPCR)、基因/蛋白质微阵列、液体切片检查等。
图1根据本公开的一些实施例示出生物感测器100的俯视图。请参阅图1，生物感测器100包含具有像素104的基底102。
图2A-图2G根据本公开的一些实施例示出形成图1的生物感测器100的各阶段的沿线A-A’的剖面图。
请参阅图2A，提供基底102。在基底102中形成光电二极管106。一个光电二极管106对应至且定义出一个像素104。在本公开的一些实施例中，基底102是主体半导体基底，例如半导体晶圆。举例而言，基底102是硅晶圆。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。可使用氧布植分离(separation by implantation of oxygen，SIMOX)制程、晶圆接合制程、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。
接着，在基底102上形成材料层108。在一些实施例中，通过使用溅射(sputtering)、旋转涂布(spin-coating)、化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)、低压化学气相沉积(low-pressure chemical vapor deposition，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 layerdeposition，ALD)、物理气相沉积(physical vapor deposition)、分子束沉积(molecularbeam deposition)、任何其他合适的方法或前述的组合来形成材料层108。材料层108的材料可包含金属或介电质。金属可包含钨(W)、铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、钛(Ti)、镍(Ni)、锌(Zn)，前述的合金、前述的组合或前述类似金属。介电质可包含碳化硅(SiC)、掺杂氮的碳化硅、掺杂氧的碳化硅、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、氧化硅、一或多种其他合适的材料、前述的组合或前述类似介电质。
然后请参阅图2B，将材料层108图案化。通过合适的制程，例如溅射、旋转涂布或化学气相沉积、低压化学气相沉积、低温化学气相沉积、快速热化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、分子束沉积或前述的组合，在材料层108上形成光阻材料。接着，执行光学曝光、曝光后烘烤和显影来去除一些光阻材料，以形成图案化的光阻层。图案化的光阻层作为蚀刻的蚀刻遮罩。可执行双层或三层光阻。然后，通过使用任何合适的蚀刻制程例如反应离子蚀刻(reactive ion etch，RIE)、中性束蚀刻(neutralbeam etch，NBE)、前述类似制程或前述的组合来蚀刻材料层108，以形成格墙108’。格墙108’设置在两个相邻的像素104之间。具体而言，格墙108’围绕像素104中的一者设置。之后可通过蚀刻或任何其他合适的方法，来去除光阻层。
接着，请参阅图2C，在基底102上形成滤光片材料层110。具体而言，一部分的滤光片材料层110形成于格墙108’之间。在一些实施例中，可通过使用溅射、旋转涂布或化学气相沉积、低压化学气相沉积、低温化学气相沉积、快速热化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、分子束沉积或前述的组合来形成滤光片材料层110。
接着，请参阅图2D，通过蚀刻制程来去除一部分的滤光片材料层110。具体而言，去除滤光材料层110在格墙108’上的部分，然后基底102上就形成了像素化滤光片110’。在一些实施例中，格墙108’的顶面和像素化滤光片110’的顶面是共平面。在一些实施例中，像素化滤光片110’可为有机彩色滤光片。
接着，请参阅图2E，在像素化滤光片110’上形成中间层112以将轮廓平坦化。在一些实施例中，可通过使用溅射、旋转涂布或化学气相沉积、低压化学气相沉积、低温化学气相沉积、快速热化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、分子束沉积或前述的组合来形成中间层112。中间层112的材料包含有机聚合物、SiO2、Al2O3、Si3N4、Ta2O5、其他合适的介电材料或前述的组合。
接着，请参阅图2F，在像素化滤光片110’上形成激发光阻挡层114。在一些实施例中，可通过使用溅射、旋转涂布或化学气相沉积、低压化学气相沉积、低温化学气相沉积、快速热化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、分子束沉积或前述的组合来形成激发光阻挡层114。激发光阻挡层114可为法布里-伯罗(Fabry-Perot)干涉滤光片，其包含至少一个由两个平行的反射面制成的介电光学空腔。在一些实施例中，法布里-伯罗干涉滤光片是高折射率的介电层和低折射率的介电层交替沉积的介电多层膜。在另一些实施例中，法布里-伯罗干涉滤光片是高反射率的金属层和低反射率的氧化物层交替沉积的多层膜。举例而言，激发光阻挡层114可为TiO2/SiO2、Ta2O5/SiO2、Nb2O5/SiO2、SiH/SiN、Ag/SiO2、Cu/SiO2、Au/SiO2、Al/SiO2或前述的组合。激发光阻挡层114可为具有金属层的介电干涉滤光片。由于激发光阻挡层114中包含金属层，所以激发光阻挡层114的厚度可为0.1μm至2μm，其比具有相同激光激发光排斥密度(optical density，OD)的仅有介电质的滤光片还薄。金属层可包含Ag、Au、Al、Cu或前述的组合。
接着，请参阅图2G，在激发光阻挡层114上形成固定层116。固定层116用以固定分析物。在一些实施例中，可通过使用溅射、旋转涂布或化学气相沉积、低压化学气相沉积、低温化学气相沉积、快速热化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、分子束沉积或前述的组合来形成固定层116。固定层116的材料包括SiO2、Ta2O5、Al2O3、Au、金属氧化物或前述的组合。然后，生物感测器100形成了。根据一些实施例，固定层的材料可为透明或半透明的。
由于激发光阻挡层设置在像素化滤光片和固定层之间，因此激发光阻挡层可防止激发光照射像素化滤光片，从而避免像素化滤光片产生不希望的荧光。
由于滤光片被格墙像素化，所以滤光片可具有更强的附着力和化学或机械耐性，因此防止由有机彩色滤光片之间直接接触而可能引起的剥离问题。
图3A-图3E根据本公开的一些实施例示出形成生物感测器200的各阶段的剖面图。
请参阅图3A，提供基底102。然后，在基底102上形成材料层110a。在一些实施例中，可通过使用溅射、旋转涂布或化学气相沉积、低压化学气相沉积、低温化学气相沉积、快速热化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、分子束沉积或前述的组合来形成材料层110a。材料层110a可为介电质干涉滤光片，其包含水平排列的高折射率的介电膜和低折射率的介电膜，例如TiO2/SiO2、Ta2O5/SiO2、Nb2O5/SiO2、SiH/SiN或前述的组合。
然后请参阅图3B，将材料层110a图案化。具体而言，通过合适的制程，例如溅射、旋转涂布或化学气相沉积、低压化学气相沉积、低温化学气相沉积、快速热化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、分子束沉积或前述的组合，在材料层110a上形成光阻材料。接着，执行光学曝光、曝光后烘烤和显影来去除一些光阻材料，以形成图案化的光阻层。图案化的光阻层作为蚀刻的蚀刻遮罩。可执行双层或三层光阻。然后，通过使用任何合适的蚀刻制程例如反应离子蚀刻、中性束蚀刻、前述类似制程或前述的组合来蚀刻材料层110a。然后，形成了像素化介电干涉滤光片110a’。之后可通过蚀刻或任何其他合适的方法，来去除光阻层。一个像素化介电干涉滤光片110a’对应至两个像素104，且两个像素化介电干涉滤光片110a’之间具有对应至一个像素104的开口。像素化介电干涉滤光片110a’可为带通滤光片(bandpass filter)、短通滤光片(shortpass filter)、长通滤波片(longpass filter)或多带通滤光片(multiple bandpass filter)。
接着，请参阅图3C，在基底102上形成有机彩色滤光片110b。具体而言，有机彩色滤光片110b的一部分在像素化介电干涉滤光片110a’之间的开口中。
接着，请参阅图3D，通过蚀刻制程去除有机彩色滤光片110b的一部分。具体而言，去除有机彩色滤光片110b在像素化介电干涉滤光片110a’上的部分，然后基底102上形成了像素化滤光片110’。在一些实施例中，像素化介电干涉滤光片110a’的顶面和有机彩色滤光片110b的顶面是共平面。有机彩色滤光片110b的厚度可等于或小于像素化介电干涉滤光片110a’的厚度。
接着，请参阅图3E，之后如图2E-图2G中所述地，在像素化滤光片110’上形成中间层112、激发光阻挡层114和固定层116。形成了生物感测器200。
由于激发光阻挡层设置在滤光片和固定层之间，因此激发光阻挡层可防止激发光照射有机彩色滤光片，从而避免有机彩色滤光片产生不希望的荧光。
由于有机彩色滤光片的每一者都被像素化介电干涉滤光片隔开，所以滤光片可具有更强的附着力和化学或机械耐性，因此防止由有机彩色滤光片之间直接接触而可能引起的剥离问题。
图4A-图4C根据本公开的一些实施例示出形成生物感测器300的各阶段的剖面图。
图4A接续图2B中所示的结构。请参阅图4A，通过上述的图案化制程，在基底102上形成有机彩色滤光片110b。具体而言，有机彩色滤光片110b形成于格墙108’之间。
接着，请参阅图4B，通过上述的图案化制程，在基底102上形成有机彩色滤光片110c。具体而言，有机彩色滤光片110c形成在格墙108’之间和有机彩色滤光片110b之间。
接着，请参阅图4C，如图2D中所述，蚀刻有机彩色滤光片110b和有机彩色滤光片110c在格墙108’上的部分。之后如图2E-图2G中所述地，在像素化滤光片110’上形成中间层112、激发光阻挡层114和固定层116。形成了生物传感器300。
在一些实施例中，有机彩色滤光片110b和110c的面积可等于或小于一个像素104的面积。
由于激发光阻挡层设置在滤光片和固定层之间，因此激发光阻挡层可防止激发光照射有机彩色滤光片110b和110c，从而避免有机彩色滤光片产生不希望的荧光。
由于滤光片被格墙像素化，所以滤光片可具有更强的附着力和化学或机械耐性，因此防止由有机彩色滤光片之间直接接触而可能引起的剥离问题。
图5A-图5D根据本公开的一些实施例示出形成生物感测器400的各阶段的剖面图。
图5A接续图3B中所示的结构。图5A和图3B之间的差异在于，一个像素化介电干涉滤光片110a’对应至一个像素104。
接着，请参阅图5B，如上所述地形成有机彩色滤光片110b和有机彩色滤光片110c。像素化介电干涉滤光片110a’介于有机彩色滤光片110b和有机彩色滤光片110c之间。
接着，请参阅图5C，如图2D中所述，蚀刻有机彩色滤光片110b和有机彩色滤光片110c在像素化介电干涉滤光片110a’上的部分，然后即形成了像素化滤光片110’。有机彩色滤光片110b和有机彩色滤光片110c的厚度可等于或小于像素化介电干涉滤光片110a’的厚度。
接着，请参阅图5D，如图2E-图2G中所述地，后续在像素化滤光片110’上形成中间层112、激发光阻挡层114和固定层116。形成了生物传感器400。
由于激发光阻挡层设置在滤光片和固定层之间，因此激发光阻挡层可防止激发光照射有机彩色滤光片110b和110c，从而避免有机彩色滤光片产生不希望的荧光。
由于有机彩色滤光片的每一者都被像素化介电干涉滤光片隔开，所以滤光片可具有更强的附着力和化学或机械耐性，因此防止由有机彩色滤光片之间直接接触而可能引起的剥离问题。
图6A-图6C根据本公开的一些实施例示出形成生物感测器的各阶段的剖面图。
图6A接续激发光阻挡层114形成之后的结构。请参阅图6A，使用溅射、旋转涂布或化学气相沉积、低压化学气相沉积、低温化学气相沉积、快速热化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、分子束沉积或前述的组合，来在激发光阻挡层114上形成下披覆层118a。下披覆层118a的材料包含聚合物、SiO2、Al2O3、低折射率的材料或前述的组合。然后，在下披覆层118a上形成波导器120。波导器120的材料包含TiO2、Ta2O5、Nb2O5、Al2O3、Si3N4、高折射率的材料。波导器120的折射率高于下披覆层118a的折射率。
请参阅图6B，将波导器120图案化。通过合适的制程，例如溅射、旋转涂布或化学气相沉积、低压化学气相沉积、低温化学气相沉积、快速热化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、分子束沉积或前述的组合，在波导器120上形成光阻材料。接着，执行光学曝光、曝光后烘烤和显影来去除一些光阻材料，以形成图案化的光阻层。图案化的光阻层作为蚀刻的蚀刻遮罩。可执行双层或三层光阻。然后，通过使用任何合适的蚀刻制程例如反应离子蚀刻、中性束蚀刻、前述类似制程或前述的组合来蚀刻波导器120，以形成图案化的波导器120’。图案化的波导器120’为线状的。之后可通过蚀刻或任何其他合适的方法，来去除光阻层。
请参阅图6C，使用溅射、旋转涂布或化学气相沉积、低压化学气相沉积、低温化学气相沉积、快速热化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、分子束沉积或前述的组合，来在下披覆层118a上形成上披覆层118b。具体而言，图案化的波导器120’被上披覆层118b覆盖。上披覆层118b的材料包含聚合物、SiO2、Al2O3、低折射率的材料或前述的组合。
在一些实施例中，上披覆层118b的材料与下披覆层118a的材料相同，如此一来上披覆层118b和下披覆层118a之间的界面不明显。在另一些实施例中，上披覆层118a的材料与下披覆层118a的材料不同。上披覆层118b和下披覆层118a可作为固定层116。
通过用波导器来配置生物感测器，可更容易地控制分析物何时和如何被激发，从而可避免串扰。
应理解的是，波导器结构可包含于上述生物感测器中的任何一种中。
图7A-图7C根据本公开的一些实施例示出形成生物感测器的各阶段的剖面图。
图7A接续激发光阻挡层114形成之后的结构。请参阅图7A，使用溅射、旋转涂布或化学气相沉积、低压化学气相沉积、低温化学气相沉积、快速热化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、分子束沉积或前述的组合，来在激发光阻挡层114上形成下氧化层122a。下氧化层122a的材料包含聚合物、SiO2、Al2O3、低折射率的材料或前述的组合。
然后，在下氧化层122a上形成不透明材料124。不透明材料124的材料包含W、Ti、Al、Nb、Ni、Au、Cu、SiH、Ag、前述的合金或前述的组合。
请参阅图7B，将不透明材料124图案化。通过合适的制程，例如溅射、旋转涂布或化学气相沉积、低压化学气相沉积、低温化学气相沉积、快速热化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、分子束沉积或前述的组合，在不透明材料124上形成光阻材料。接着，执行光学曝光、曝光后烘烤和显影来去除一些光阻材料，以形成图案化的光阻层。图案化的光阻层作为蚀刻的蚀刻遮罩。可执行双层或三层光阻。然后，通过使用任何合适的蚀刻制程例如反应离子蚀刻、中性束蚀刻、前述类似制程或前述的组合来蚀刻不透明材料124，以形成光圈结构124’。光圈结构124’具有对应至像素104中的一者的开口。之后可通过蚀刻或任何其他合适的方法，来去除光阻层。
请参阅图7C，使用溅射、旋转涂布或化学气相沉积、低压化学气相沉积、低温化学气相沉积、快速热化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、分子束沉积或前述的组合，来在下氧化层122a上形成上氧化层122b。具体而言，光圈结构124’被上氧化层122b覆盖。上氧化层122b的材料包含聚合物、SiO2、Al2O3、低折射率的材料或前述的组合。
在一些实施例中，上氧化层122b的材料与下氧化层122a上的材料相同，如此一来上氧化层122b和下氧化层122a之间的界面不明显。在另一些实施例中，上氧化层122b的材料与下氧化层122a的材料不同。上氧化层122b和下氧化层122a可作为固定层116。
由于光圈结构包含开口，所以待测物的放射光可进一步被控制为被基底的某些区域检测，从而避免串扰。
应理解的是，光圈结构可包含于上述生物感测器中的任何一种中。
图8A-图8B根据本公开的一些实施例示出形成生物感测器的各阶段的剖面图。
图8A接续图7C的结构。请参阅图8A，如上所述地，在光圈结构124’上形成波导器120。在此实施例中，波导器120是平面的。
接着，请参阅图8B，如上所述地，在波导器120上形成子固定层116’。下氧化层122a、上氧化层122b和子固定层116’可被视为固定层116。因此，在固定层116中形成光圈结构124’，且在光圈结构124’上形成波导器120。
应理解的是，光圈结构和波导器可包含于上述生物感测器中的任何一种中。
根据滤光片的不同组合，以下将详细描述本发明概念。
实施方式1
在此实施方式中，生物感测器包含滤光片，其过滤相同波长的光。图9A示出生物感测器上的分析物126a的排列。图9B示出图9A沿线A-A’的剖面图。在一些实施例中，生物感测器包含像素化介电干涉滤光片110a’和有机彩色滤光片110b，其过滤相同波长的光。在此实施例中，假设一个分析物所发出的光可到达与此光下方的像素相距一个像素的像素。换句话说，围绕此光下方的像素的最接近的八个像素。举例而言，如图9A所示，像素1041是在分析物126a1所发射的光之下，且像素1042-1049是与像素1041相距仅一个像素的像素。分析物126a1发射的光可到达像素1041-1049。
分析物126a放置在生物感测器上。一个分析物126a的面积等于或小于一个像素104的面积。
激发光128照射分析物126a。激发光128可从生物感测器100的一侧移动至相对侧，如此一来分析物126a将依序而不是同时地被激发且发射光。举例而言，激发光128可沿方向X移动。在此实施例中，方向X是在俯视图中从生物感测器100的左侧至右侧的方向，如图9A所示。
因此，分析物126a可放置在所有像素104上，且通过依序激发的方式来降低串扰。
图9C根据本公开的另一些实施例示出图9A沿线A-A’的剖面图。图9C和图9B的实施例之间的差异之一是，图9C的生物感测器包含有机彩色滤光片110b，且有机彩色滤光片110b中的每一者都被格墙108’隔开。
图9D根据本公开的另一些实施例示出生物感测器的剖面图。图9D和图9C的实施例之间的差异是，分析物126b的面积大于一个像素104的面积。分析物126b可为细胞、组织、器官等等。
尽管分析物126b的面积大于一个像素104的面积，但应理解的是，在阅读以下的示例性实施例后，图9A-图9C的实施例中所记载的相同概念亦可适用于图9D的实施例，为了简洁起见将不再重复叙述。再者，前述的排列仅为范例。本发明所属技术领域中技术人员可根据实际需要来放置分析物。
图9E根据本公开的一些实施例示出生物感测器100上的分析物126a的排列的俯视图。在此实施例中，假设一个分析物所发出的光只能到达此光正下方的像素。图9F-图9I根据本公开的一些实施例示出图9E沿线A-A’的剖面图。
图9E-图9I与图9A至图9D的差异之一是，分析物126a或分析物126b同时被激发光128照射。
尽管分析物126a或分析物126b同时被激发光128照射，但应理解的是，在阅读以下的示例性实施例后，图9A-图9D的实施例中所记载的相同概念亦可适用于图9E-图9I的实施例，为了简洁起见将不再重复叙述。再者，前述的排列仅为范例。本发明所属技术领域中技术人员可根据实际需要来放置分析物。
图9J根据本公开的一些实施例示出生物感测器100上的分析物126a的排列的俯视图。在一些实施例中，生物感测器100包含像素化介电干涉滤光片110a’和有机彩色滤光片110b，其过滤相同波长的光。在此实施例中，如图9A先前所述，假设一个分析物所发出的光可到达与此光下方的像素相距一个像素的像素。图9K-图9L根据本公开的一些实施例示出图9J沿线A-A’的剖面。
图9J-图9L和图9A至图9I的实施例之间的差异之一，图9J-图9L的生物感测器包含光圈结构124’。分析物126a或分析物126b同时被激发光128照射。
如图9J-图9L所示，光圈结构124’包含分别对应于一个分析物126a的开口，如此一来可进一步控制光以仅照射基底102的某些区域。举例而言，如图9K中所示，没有像素104同时被两个各别的分析物126a发射的光L所照射。因此，可避免串扰。
尽管图9J-图9L的生物感测器包含光圈结构124’，但应理解的是，图9A-图9I的实施例中记载的相同概念也可应用于图9J-图9L的实施例。为了简洁起见将不再重复叙述。
以下叙述如何使用图9A-图9L的生物感测器。
可根据上述的生物感测器来分辨光。举例而言，若获得信号，则此信号定义为Pass。然后，可知分析物126a或分析物126b发射期望的光。若未获得信号，则此信号定义为No。然后，可知分析物126a或分析物126b没有发射期望的光或没有发射光。
实施方式2
在此实施方式中，生物感测器包含两种分别过滤不同波长的光的滤光片。图10A示出生物感测器300上的分析物126a的排列。图10B根据本公开的一些实施例示出图10A沿线B-B’的剖面图。在一些实施例中，生物感测器包含像素化介电干涉滤光片110a’和有机彩色滤光片110b，其中像素化介电干涉滤光片110a’过滤一种光，而有机彩色滤光片110b过滤另一种光。在此实施例中，假设一个分析物所发出的光可到达围绕此光的最接近的六个像素。举例而言，如图10A所示，分析物126a1所发射的光可到达像素1041、1045、1046、1047、1048和1049。
激发光128照射分析物126a。激发光128可从生物感测器300的一侧移动至相对侧，如此一来分析物126a将依序而不是同时地被激发且发射光。举例而言，激发光128可沿方向X移动。在此实施例中，方向X是在俯视图中从生物感测器300的左侧至右侧的方向，如图10A所示。
因此，可如图10A所示地，将分析物126a放置在生物感测器上，以避免串扰。
图10C根据本公开的一些实施例示出图10A沿线B-B’的剖面图。图10C和图10B的实施例之间的差异之一是，图10C的生物感测器包含有机彩色滤色器110b和有机滤色器110c，且每个有机彩色滤光片110b和有机彩色滤光片110c都被格墙108’隔开。有机彩色滤光片110b过滤一种光，而有机彩色滤光片110c过滤另一种光。
图10D根据本公开的一些实施例示出生物感测器上的分析物126a的排列的俯视图。在此实施例中，如图10A中所述，假设一个分析物所发出的光可到达围绕此光的最接近的六个像素。图10E-图10F根据本公开的一些实施例示出图10D沿线B-B’的剖面图。
图10D-图10F与图10A-图10C的差异之一是，分析物126a或分析物126b同时被激发光128照射。
尽管分析物126a或分析物126b同时被激发光128照射，但应理解的是，在阅读以下的示例性实施例后，图10A-图10C的实施例中所记载的相同概念亦可适用于图10D-图10F的实施例，为了简洁起见将不再重复叙述。再者，前述的排列仅为范例。本发明所属技术领域中技术人员可根据实际需要来放置分析物。
图10G根据本公开的一些实施例示出生物感测器上的分析物126a的排列的俯视图。在此实施例中，如图10A中所述，假设一个分析物所发出的光可到达围绕此光的最接近的六个像素。图10H-图10I根据本公开的一些实施例分别示出图10G沿线A-A’和B-B’的剖面图。
图10G-图10I与图10A-图10F的实施例之间的差异之一是，图10G-图10I的生物感测器包含光圈结构124’。分析物126a或被分析物126b同时被激发光128照射。
如图10G-图10I所示，光圈结构124’包含分别对应于一个分析物126a的开口，如此一来可进一步控制光以仅照射基底102的某些区域。如图10H和图10I中所示，没有像素104同时被两个各别的分析物126a发射的光L所照射。因此，可避免串扰。
尽管图10G-图10I的生物感测器包含光圈结构124’，但应理解的是，图10A-图10F的实施例中记载的相同概念也可应用于图10G-图10I的实施例，为了简洁起见将不再重复叙述。
以下描述如何使用图10A-图10I的生物感测器。
可根据上述的生物感测器来分辨光。举例而言，若获得信号，则此信号定义为Pass。然后，可知分析物126a或分析物126b发射期望的光。若未获得信号，则此信号定义为No。然后，可知分析物126a或分析物126b没有发射期望的光或没有发射光。
图11是根据本公开的一些实施例的发射或穿透率对波长的分析图。110A’代表可通过像素化介电干涉滤光片110a’的光的波长。110B代表可通过有机彩色滤光片110b的光的波长。EYFP、PE、FM2-10和eFluor 610是四种发出不同光的染剂。从像素化介电干涉滤光片110a’下的像素104获得光L的第一信号强度。从有机彩色滤光片110b下的像素104获得光L的第二信号强度。110A’的曲线下面积(area under curve，AUC)与EYFP的AUC之间的重叠面积代表EYFP的第一信号强度，而110B的AUC和EYFP的AUC之间的重叠面积代表EYFP的第二信号强度。对于相同的概念，PE、FM2-10和eFluor 610都具有第一信号强度和第二信号强度。可为第一信号强度设置第一阈值。可为第二信号强度设置第二阈值。取决于第一信号强度是高于还是低于第一阈值，来将第一信号强度定义为Pass或No。举例而言，当EYFP的第一信号强度高于第一阈值时，EYFP的第一信号强度定义为Pass。当EYFP的第一信号强度低于第一阈值时，EYFP的第一信号强度定义为No。如上所述地将第二信号强度定义为Pass或No。
可根据实际情况来设置第一阈值和第二阈值。以下表1是根据上述的概念和图11所制成的，其中第一信号强度由110a’表示，而第二信号强度由110b表示。
表1
染剂 110a’ 110b
EYFP No No
PE No Pass
FM2-10 Pass Pass
eFluor 610 Pass No
可根据第一信号强度和第二信号强度的定义的组合，来分辨这四种染剂。举例而言，EYFP的第一信号强度定义为No，且EYFP的第二信号强度定义为No。因此，若第一信号强度和第二信号强度的组合为No和No，可知光是由EYFP所发射的。基于上述相同的概念，可分辨染剂。
或者，亦可计算第一信号强度与第二信号强度的第一信号强度比值(由110a’/110b表示)，来分辨四种不同的染剂，即四种不同的光。
取决于第一信号强度比值是高于还是低于预定比值，来将信号强度比值110a’/110b定义为H或L。然后，在定义为H的群组中，取决于第一信号强度是高于还是低于第一阈值，来将第一信号强度定义为H或L，或取决于第二信号强度是高于还是低于第二阈值，来将第二信号强度定义为H或L。然后，对于上述相同的概念，也可应用于定义为L的群组。
以下表2是根据上述的概念和图11所制成的，其中第一信号强度由110a’表示，第二信号强度由110b表示，而第一信号强度比值由110a’/110b表示。
表2
染剂 110b 110a’ 110a’/110b
EYFP 0.1(L) 0.02 0.2(L)
PE 0.4(H) 0.1 0.25(L)
FM2-10 1(H) 1 1(H)
eFluor 610 0.1(L) 0.5 5(H)
根据第一信号强度比值110a’/110b的定义和第一信号强度或第二信号强度的定义，可分辨这四种染剂。举例而言，EYFP的第一信号强度比值110a’/110b和PE的第一信号强度比值110a’/110b均低于预定比值，而将EYFP的第一信号强度比值110a’/110b和PE的第一信号强度比值110a’/110b定义为L。FM2-10的第一信号强度比值110a’/110b和eFluor 610的第一信号强度比值110a’/110b高于预定比值，而将FM2-10的第一信号强度比值110a’/110b和eFluor 610的第一信号强度比值110a’/110b定义为H。有两个第一阈值，其中一个是为群组L所设置，而另一个是为群组H所设置。然后在群组L中，EYFP的第二信号强度低于第一阈值，而将EYFP的第二信号强度定义为L。PE的第二信号强度高于第一阈值，而将PE的第二信号强度定义为H。在群组H中，FM2-10的第二信号强度高于另一个第一阈值，而将FM2-10的第二信号强度定义为H。eFluor 610的第二信号强度低于另一个第一阈值，而将eFluor610的第二信号强度定义为L。
因此，若110a’/110b的第一信号强度比的定义为L，且第二信号强度的定义为L，则可知光是由EYFP所发射的。基于上述相同的概念，可分辨染剂。
实施方式3
在此实施方式中，生物感测器包含三种分别过滤不同波长的光的滤光片。举例而言，生物感测器包含有机彩色滤光片110b、有机彩色滤光片110c和有机彩色滤光片110d，如图12C所示。或者，如图12B所示，生物感测器可包含像素化介电干涉滤光片110a’和有机彩色滤光片110b。在此实施方式中，将像素化介电干涉滤光片110a’制造为仅过滤一种光。然而，由于介电干涉滤光片110a’本质上是角度敏感的，所以当光以大的入射角进入介电干涉滤光片110a’时，会发生光谱偏移现象。因此，像素化介电干涉滤光片110a’实际上可过滤超过一种光。图12A示出生物感测器上的分析物的排列。图12B示出图12A沿线A-A’的剖面图。在此实施例中，假设一个分析物所发出的光可到达与此光下方的像素相距一个像素的像素。换句话说，围绕此光下方的像素的最接近的八个像素，如图9A中所述。
如图12A中所示，在方向X上，有机彩色滤光片110b被像素化介电干涉滤光片110a’所覆盖的两个像素隔开，且在垂直于方向X的方向Y上，有机滤色器110b被像素化介电干涉滤光片110a’所覆盖的一个像素隔开。
激发光128(见图12B)照射分析物126a或126b(未示出)。激发光128可从生物感测器200的一侧移动至相对侧，如此一来分析物126a将依序而不是同时地被激发且发射光。举例而言，激发光128可沿方向X移动。在此实施例中，方向X是在俯视图中从生物感测器的左侧至右侧的方向，如图12A所示。
请参阅图12B，分析物126a被激发光128激发且发射光L。光L的第一部分L1以第一入射角θ1进入像素化介电干涉滤光片110a’。第一入射角θ1是光L的第一部分L1与基底102的法线之间的角度。接收光L的第一部分L1的像素是第一像素104a。
光L的第二部分L2以第二入射角θ2进入像素化介电干涉滤光片110a’。第二入射角θ2是光L的第二部分L2与基底102的法线之间的角度。第一入射角θ1小于第二入射角θ2。接收光L的第二部分L2的像素是第二像素104b。
光L的第三部分L3以第三入射角θ3进入有机彩色滤光片110b。第三入射角θ3是光L的第三部分L3与基底102的法线之间的角度。接收光L的第三部分L3的像素是第三像素104c。
在一些实施例中，第一入射角θ1为0度至40度，第二入射角θ2为20度至70度，且第三入射角θ3为20度至70度。在一些实施例中，第一入射角θ1为0至30度，第二入射角θ2为20度至60度，且第三入射角θ3为20度至60度。由于第一入射角θ1小于第二入射角θ2，所以第二部分L2将比第一部分L1更显着地发生光谱偏移。
图12C根据本公开的另一些实施例示出图12A沿线A-A’的剖面图。图12B和图12C的实施例之间的差异之一是，图12C的生物感测器包含三种不同的有机彩色滤光片，即有机彩色滤光片110b、有机彩色滤光片110c和有机彩色滤光片110d。再者，有机彩色滤光片110b、有机彩色滤光片110c和有机彩色滤光片110d分别被格墙108’围绕。
图12D根据本公开的一些实施例示出生物感测器上的分析物126a的排列。图12E示出图12D沿线A-A’的剖面图。图12F根据本公开的另一些实施例示出图12D沿线B-B’的剖面图。图12D-图12F和图12A至图12C的实施例之间的差异之一是，图12D-图12F的生物感测器包含光圈结构124’。
尽管上述的图12A-图12F的生物感测器并不完全相同，但应理解的是，图12A-图12C的生物感测器的使用概念也可应用于图12D-图12F的实施例，为了简洁起见将不再重复叙述。
以下叙述如何使用图12A-图12F的生物感测器。
图13A显示根据本公开的一些实施例的发射或穿透率对波长的分析图。104A代表以第一入射角θ1进入像素化介电干涉滤光片110a’且被第一像素104a接收的光的波长。104B代表以第二入射角θ2进入像素化介电干涉滤光片110a’且被第二像素104b接收的光的波长。110C代表以第三入射角θ3进入有机彩色滤光片110b且被第三像素104c接收的光的波长。Alexa532、Alexa 568和Alexa 647是三种发出不同光的染剂。
可为第一信号强度设置第一阈值。可为第二信号强度设置第二阈值。可为第三信号强度设置第三阈值。如前所述，可将信号强度定义为Pass或No。
可根据实际情况设置第一阈值、第二阈值和第三阈值。以下表3是根据上述概念和图13A制成的，其中第一信号强度由104a表示，第二信号强度由104b表示，且第三信号强度由110c表示。
表3
Figure BDA0002701457640000231
可根据第一信号强度、第二信号强度和第三信号强度的定义的组合，来分辨三种染剂。在像素化介电干涉滤光片是短通滤光片的实施例中，可基于前述相同的概念来分辨染剂。
在像素化介电干涉滤光片是带通滤光片的实施例中，可基于前述相同的概念来分辨染剂。
在像素化介电干涉滤光片是长通滤光片的实施例中，可基于前述相同的概念来分辨染剂。
或者，亦可计算第一信号强度与第三信号强度的第一信号强度比值(由104a/110c表示)以及第二信号强度与第三信号强度的第二信号强度比值(由104b/110c表示)，来分辨三种不同的染剂，即三种不同的光。根据第一信号强度比值和第二信号强度比值来绘图。具体而言，绘制了第一信号强度比值对第二信号强度比值的群落分布图。
举例而言，图13B显示根据本公开的一些实施例所绘制的第一信号强度比值对第二信号强度比值的分析图。X轴代表第一信号强度比值。Y轴代表第二信号强度比值。Alexa532以菱形表示。Alexa 568以正方形表示。Alexa 647以三角形表示。
在像素化介电干涉滤光片是短通滤光片的实施例中，Alexa 532、Alexa 568和Alexa 647的数据点分别聚集在图中的不同位置。因此，若染剂位于或最靠近Alexa 532的数据点所聚集的位置，则可知光是由Alexa 532所发出的。若染剂位于或最靠近Alexa 568的数据点所聚集的位置，则可知光是由Alexa 568所发出的。若染剂位于或最靠近Alexa647的数据点所聚集的位置，则可知光是由Alexa 647所发出的。
在像素化介电干涉滤光片是带通滤光片的实施例中，Alexa 532、Alexa 568和Alexa 647的数据点分别聚集在图中的不同位置。因此，可如上所述地分辨染剂。
在像素化介电干涉滤光片是长通滤光片的实施例中，Alexa 532、Alexa 568和Alexa 647的数据点分别聚集在图中的不同位置。因此，可如上所述地分辨染剂。
尽管实施例中仅有三种染剂，但应理解的是，可分辨超过三种染剂。
实施方式4
在此实施方式中，生物感测器包含四种分别过滤不同波长的光的滤光片。举例而言，生物感测器包含有机彩色滤光片110b、有机彩色滤光片110c、有机彩色滤光片110d和有机彩色滤光片110e，如图14E-图14G所示。或者，生物感测器可包含像素化介电干涉滤光片110a’、有机彩色滤光片110b和有机彩色滤光片110c，如图14B-图14D所示。在此实施方式中，将像素化介电干涉滤光片110a’制造为仅过滤一种光。然而，由于介电干涉滤光片110a’本质上是角度敏感的，所以当光以大的入射角进入介电干涉滤光片110a’时，会发生光谱偏移现象。因此，像素化介电干涉滤光片110a’实际上可过滤超过一种光。图14A示出生物感测器上的分析物126a的排列。图14B、图14C和图14D分别示出图14A沿线A-A’、B-B’和C-C’的剖面图。在此实施例中，假设一个分析物所发出的光可到达与此光下方的像素相距一个像素的像素，如图9A中所述。
如图14A所示，在方向X上以有机彩色滤光片110b/像素化介电干涉滤光片110a’/有机彩色滤光片110c的顺序，将像素化介电干涉滤光片110a’、有机彩色滤光片110b和有机彩色滤光片110c设置于基底102上设置在基底102上。在垂直于方向X的方向Y上，有机彩色滤光片110b被像素化介电干涉滤光片110a’所覆盖的一个像素隔开。另一种排列为在方向Y上，有机彩色滤光片110c被像素化介电干涉滤光片110a’所覆盖的一个像素隔开。换句话说，在方向Y上以有机彩色滤光片110b/像素化介电干涉滤光片110a’的顺序，将有机彩色滤光片110b设置在基底102上，或在方向Y上以有机彩色滤光片110c/像素化介电干涉滤光片110a’的顺序，将有机彩色滤光片110c设置于基底102上。一组像素S包含被有机彩色滤光片110b覆盖的一个像素、被有机彩色滤光片110c覆盖的一个像素以及被像素化介电干涉滤光片110a’覆盖的两个像素。像素化介电干涉滤光片110a’所覆盖的两个像素不被有机彩色滤光片110b或有机彩色滤光片110c隔开。
激发光128(见图14B)照射分析物126a或126b(未示出)。激发光128可从生物感测器400的一侧移动至相对侧，如此一来分析物126a将依序而不是同时地被激发且发射光。举例而言，激发光128可沿方向X移动。在此实施例中，方向X是在俯视图中从生物感测器的左侧至右侧的方向，如图14A所示。
请参阅图14B-图14D，分析物126a被激发光128激发且发射光L。光L的第一部分L1以第一入射角θ1进入像素化介电干涉滤光片110a’。第一入射角θ1是光L的第一部分L1与基底102的法线之间的角度。接收光L的第一部分L1的像素是第一像素104a。
光L的第二部分L2以第二入射角θ2进入像素化介电干涉滤光片110a’。第二入射角θ2是光L的第二部分L2与基底102的法线之间的角度。第一入射角θ1小于第二入射角θ2。接收光L的第二部分L2的像素是第二像素104b。
光L的第三部分L3以第三入射角θ3进入有机彩色滤光片110b。第三入射角θ3是光L的第三部分L3与基底102的法线之间的角度。接收光L的第三部分L3的像素是第三像素104c。
光L的第四部分L4以第四入射角θ4进入有机彩色滤光片110c。第四入射角θ4是光L的第四部分L4与基底102的法线之间的角度。接收光L的第四部分L4的像素是第四像素104d。
在一些实施例中，第一入射角θ1为0度至40度，第二入射角θ2为20度至70度，第三入射角θ3为20度至70度且第四入射角θ4为20度至70度。在一些实施例中，第一入射角θ1为0至30度，第二入射角θ2为20度至60度，第三入射角θ3为20度至60度且第四入射角θ4为20度至60度。由于第一入射角θ1小于第二入射角θ2，所以第二部分L2将比第一部分L1更显着地发生光谱偏移。
图14E-图14G根据另一些实施例分别示出图14A沿线A-A’、B-B’和C-C’的剖面图。图14E-图14G和图14B-图14D的实施例之间的差异之一是，图14E-图14G的生物感测器包含四个不同的有机彩色滤光片，亦即有机彩色滤光片110b、有机彩色滤光片110c、有机彩色滤光片110d和有机彩色滤光片110e。再者，有机彩色滤光片110b、有机彩色滤光片110c、有机彩色滤光片110d和有机彩色滤光片110e分别被格墙108’围绕。
图14H根据本公开的一些实施例示出生物感测器上的分析物126a的排列的俯视图。图14I、图14J和图14K分别示出图14H沿线A-A’、B-B’和C-C’的剖面图。图14H-图14K和图14A-图14D的实施例之间的差异之一是，图14H-图14K的生物感测器包含光圈结构124’。因此，尽管分析物126a或分析物126b同时被激发光128照射，但仍可避免串扰。
图14L-图14N根据本公开的另一些实施例分别示出图14H沿线A-A’、B-B’和C-C’的剖面图。图14L-图14N和图14I-图14K的实施例之间的差异之一是，图14L-图14N的生物感测器包含四个不同的有机彩色滤光片，亦即有机彩色滤光片110b、有机彩色滤光片110c、有机彩色滤光片110d和有机彩色滤光片110e。再者，有机彩色滤光片110b、有机彩色滤光片110c、有机彩色滤光片110d和有机彩色滤光片110e分别被格墙108’围绕。
尽管上述的图14A-图14N的生物感测器并不完全相同，但应理解的是，图14A-图14D的生物感测器的使用概念也可应用于图14E-图14N的实施例，为了简洁起见将不再重复叙述。
以下叙述如何使用图14A-图14N的生物感测器。
图15A显示根据本公开的一些实施例发射或穿透率对波长的分析图。104A代表以第一入射角θ1进入像素化介电干涉滤光片110a’且被第一像素104a接收的光的波长。104B代表以第二入射角θ2进入像素化介电干涉滤光片110a’且被第二像素104b接收的光的波长。104C代表以第三入射角θ3进入有机彩色滤光片110b且被第三像素104c接收的光的波长。104D代表以第四入射角θ4进入有机彩色滤光片110c且被第四像素104d接收的光的波长。基于与前述相同的概念，Alexa 488、Alexa 532、eFluor 610和Alexa 647具有第一信号强度、第二信号强度、第三信号强度和第四信号强度。
如前所述，信号强度可定义为Pass或No。
可根据实际情况设置第一阈值、第二阈值、第三阈值和第四阈值。以下表4是根据上述概念和图15A制成的，其中第一信号强度由104a表示、第二信号强度由104b表示，第三信号强度由104c表示且第四信号强度由104d表示。
表4
Figure BDA0002701457640000271
如前所述，可根据第一信号强度、第二信号强度、第三信号强度和第四信号强度的定义的组合，来分辨四种染剂。
尽管实施例中仅有四种染剂，但由于有16种第一信号强度、第二信号强度、第三信号强度和第四信号强度的定义的组合，所以应理解的是，最多可分辨16种染剂。
或者，亦可计算第一信号强度与第四信号强度的第一信号强度比值(由104a/104d表示)、第二信号强度与第四信号强度的第二信号强度比值(由104b/104d表示)以及第三信号强度与第四信号强度的第三信号强度比值(由104c/104d表示)，来分辨四种不同的染剂，即四种不同的光。根据第一信号强度比值、第二信号强度比值和第三信号强度比值来绘图。具体而言，绘制了第一信号强度比值、第二信号强度比值和第三信号强度比值的群落分布图。
举例而言，图15B显示根据本公开的一些实施例所绘制的第一信号强度比值对第二信号强度比值对第三信号强度比值的分析图。X轴代表第一信号强度比值。Y轴代表第二信号强度比值。Z轴代表第三信号强度比值。Alexa 488以五角形表示。Alexa 532以三角形表示。eFluor 610以正方形表示。Alexa 647以星形表示。
在像素化介电干涉滤光片是短通滤光片的实施例中，Alexa 488、Alexa 532、eFluor 610和Alexa 647的数据点分别聚集在图中的不同位置。因此，可如前所述地分辨染剂。
在像素化介电干涉滤光片是带通滤光片的实施例中，Alexa 488、Alexa 532、eFluor 610和Alexa 647的数据点分别聚集在图中的不同位置。因此，可如前所述地分辨染剂。
在像素化介电干涉滤光片是长通滤光片的实施例中，Alexa 488、Alexa 532、eFluor 610和Alexa 647的数据点分别聚集在图中的不同位置。因此，可如前所述地分辨染剂。
尽管实施例中仅有四种染剂，但应理解的是，可分辨超过四种染剂。
尽管附图中未示出分析物126b的实施例，但可理解的是，分析物126b亦可放置在本公开实施例所提供的生物感测器上。
综上所述，本公开的实施例提供的生物感测器及光的分辨方法的优点至少包含以下一或多个：
(1)滤光片被像素化，所以可为滤光片提供更强的附着力和化学或机械耐性，从而防止可能由有机彩色滤光片之间直接接触而引起的剥离问题。
(2)通过设置波导器，开口结构或遮蔽层，可更好地避免串扰。
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，当可作变动、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制程、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制程、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制程、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权利要求所界定为准。

Claims (10)

1.一种生物感测器，包括：
一基底，具有多个像素；
多个光电二极管，设置于该基底中且分别对应至所述像素中的一者；
多个像素化滤光片，设置于该基底上；
一激发光阻挡层，设置于所述像素化滤光片上；以及
一固定层，设置于该激发光阻挡层上。
2.如权利要求1所述的生物感测器，其中，所述像素化滤光片中的一些是多个有机彩色滤光片，且所述像素化滤光片中的另一些是多个介电干涉滤光片，所述介电干涉滤光片为带通滤光片、短通滤光片、长通滤光片或多带通滤光片。
3.如权利要求2所述的生物感测器，其中，所述有机彩色滤光片中的每一者都对应至所述像素中的一者，且所述介电干涉滤光片中的每一者都对应至所述像素中的一者，或所述有机彩色滤光片中的每一者都对应至所述像素中的一者，且所述介电干涉滤光片中的每一者都对应至所述像素中的两者。
4.如权利要求2所述的生物感测器，其中，所述有机彩色滤光片被所述介电干涉滤光片隔开。
5.如权利要求1所述的生物感测器，其中，所述像素化滤光片是多个有机彩色滤光片，且所述像素化滤光片被一格墙隔开。
6.如权利要求1所述的生物感测器，还包括一光圈结构，埋入于该固定层中。
7.如权利要求1所述的生物感测器，还包括一波导器，埋入于该固定层中。
8.如权利要求1所述的生物感测器，还包括：
一光圈结构，埋入该固定层中；以及
一波导器，设置于该光圈结构上。
9.如权利要求1所述的生物感测器，其中，该激发光阻挡层为具有一金属层的介电干涉滤光片。
10.一种生物感测器的形成方法，包括：
提供具有多个像素的一基底；
形成多个光电二极管于该基底中，其中所述光电二极管中的每一者都分别对应至所述像素中的一者；
形成多个像素化滤光片于该基底上；
形成一激发光阻挡层于所述像素化滤光片上；以及
形成一固定层于该激发光阻挡层上。
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