本公开描述了一种通量可缩放光子感测系统。所述系统包括多个半导体管芯，所述多个半导体管芯共用公共半导体衬底，并且包括一个或多个硅通孔。所述系统进一步包括多个光子检测传感器，所述多个光子检测传感器被配置成执行生物或化学样本的单分子或簇测序分析。所述系统进一步包括将所述多个半导体管芯彼此分开的多个切割道。所述多个光子检测传感器中的两个直接相邻的光子检测传感器布置在由所述多个切割道中的一个切割道分开的相应两个半导体管芯上。光子检测传感器包括多个亚衍射极限(SDL)光敏元件。每个SDL光敏元件对单个光电子敏感。单个图像像素是基于由SDL光敏元件生成的一个或多个二维或三维输出阵列生成的。的一个或多个二维或三维输出阵列生成的。的一个或多个二维或三维输出阵列生成的。
【技术实现步骤摘要】
用于分子检测和感测的高通量分析系统
[0001]本申请是中国专利申请CN 202080009788.6的分案申请，该中国专利申请为2020年3月20日提交的国际专利申请PCT/CN2020/080485的中国国家阶段申请。
[0002]本公开总体上涉及生物医学样本分析系统，并且更具体地，涉及用于提供可缩放、高速且高通量的分子检测和分析的高通量系统。
技术介绍
[0003]生物样本分析系统用于如核酸测序应用等各种应用。这些应用中的一些应用可能需要高通量和通量可缩放性，因此需要增加在这种应用中使用的传感器(例如，图像传感器)的像素阵列大小。在现有分析系统中，获得图像传感器的大像素阵列大小的传统方式是根据通量要求定制图像传感器的设计。例如，对于要求CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器具有特定像素阵列大小的应用，设计者将会需要定制或完全重新设计具有较小像素阵列大小的现有图像传感器。对于大像素阵列大小的图像传感器，图像传感器的重新设计可能不仅要求在图像传感器中结合更多光电二极管，而且要求重新设计如处理光电二极管生成的电信号所必需的驱动器和读出电路等信号处理电路。
技术实现思路
[0004]针对特定应用重新设计图像传感器可能涉及有挑战性的设计任务、由于制造工作的半导体传感器芯片所需的设计测试周期而延长的上市时间以及因此更高的重新设计成本。此外，如果许多特定系统通量要求针对不同的应用需要不同的像素阵列大小，则重新设计的成本可能迅速上升到不切实际或过高的水平。进一步地，重新设计图像传感器的传统方法可能与较差的系统可缩放性相关联。例如，如果图像传感器制造商具有针对几十个不同市场或应用的不同分析产品，则可能需要单独设计具有不同像素阵列大小的图像传感器。但是较小像素阵列大小的图像传感器的设计可能不容易适配或缩放以获得较大像素阵列大小的图像传感器的设计。因此，将较小像素阵列大小的图像传感器的设计缩放到较大像素阵列大小的图像传感器的设计的传统方式通常不灵活、效率低且成本高。因此，期望具有通量可缩放感测系统，所述通量可缩放感测系统具有更快的设计周转时间、高可缩放性、更高的设计效率和更高的成本效率。
[0005]以下呈现了一个或多个示例的简化概要，以提供对本公开的基本理解。此概要不是对所有设想示例的广泛概述，并且不旨在标识所有示例的关键或重要要素或描绘任何或所有示例的范围。此概要的目的是以简化的形式呈现一个或多个示例的一些概念作为对下面所呈现的更详细的描述的序言。
[0006]根据一些实施例，提供了一种用于分析生物或化学样本的通量可缩放图像感测系统。所述系统包括多个图像传感器，所述多个图像传感器被配置成检测由于分析所述生物或化学样本而发射的光的至少一部分。所述多个图像传感器布置在单个半导体晶圆的多个
晶圆级封装半导体管芯上。所述多个图像传感器中的每个图像传感器设置在所述多个晶圆级封装半导体管芯中的单独晶圆级封装半导体管芯上。相邻的晶圆级封装半导体管芯被切割道分开；并且所述多个晶圆级封装半导体管芯和多个切割道被布置成使得所述多个晶圆级封装半导体管芯可以作为一组从所述单个半导体晶圆进行切割。
[0007]根据一些实施例，提供了一种用于分析生物或化学样本的通量可缩放化学感测系统。所述系统包括多个化学敏感传感器，所述多个化学敏感传感器被配置成检测离子浓度。所述多个化学敏感传感器布置在单个半导体晶圆的多个晶圆级封装半导体管芯上。所述多个化学敏感传感器中的每个化学敏感传感器设置在所述多个晶圆级封装半导体管芯中的单独晶圆级封装半导体管芯上。相邻的晶圆级封装半导体管芯被切割道分开；并且所述多个晶圆级封装半导体管芯和多个切割道被布置成使得所述多个晶圆级封装半导体管芯可以作为一组从所述单个半导体晶圆进行切割。所述多个化学敏感传感器中的至少一个化学敏感传感器包括多个离子敏感场效应晶体管(ISFET)。所述多个ISFET中的至少一个ISFET包括半导体衬底、设置在所述半导体衬底上方的浮栅结构和设置在所述浮栅结构上方的介电层。一个或多个阱设置在所述介电层上方或至少部分地设置在所述介电层内部。所述生物或化学样本的至少一部分可设置在所述一个或多个阱内部。
[0008]根据一些实施例，提供了一种用于分析生物或化学样本的通量可缩放感测系统。所述系统包括多个基于跨膜孔的传感器，所述多个基于跨膜孔的传感器被配置成检测由于分析所述生物或化学样本而致的电流变化。所述多个基于跨膜孔的传感器布置在单个半导体晶圆的多个晶圆级封装半导体管芯上。所述多个基于跨膜孔的传感器中的每个基于跨膜孔的传感器设置在所述多个晶圆级封装半导体管芯中的单独晶圆级封装半导体管芯上。相邻的晶圆级封装半导体管芯被切割道分开；并且所述多个晶圆级封装半导体管芯和多个切割道被布置成使得所述多个晶圆级封装半导体管芯可以作为一组从所述单个半导体晶圆进行切割。所述一组基于跨膜孔的传感器中的至少一个基于跨膜孔的传感器包括半导体衬底和设置在所述半导体衬底上方的一个或多个检测电极。所述一个或多个检测电极能够检测所述电流变化。所述至少一个基于跨膜孔的传感器进一步包括设置在所述一个或多个检测电极上方的脂质双层。所述脂质双层包括被定位成与所述一个或多个检测电极的位置相对应的一个或多个跨膜孔。
[0009]根据一些实施例，提供了一种用于分析生物或化学样本的通量可缩放光子感测系统。所述系统包括多个光子检测传感器，所述多个光子检测传感器被配置成基于所述生物或化学样本执行单分子分析。所述多个光子检测传感器布置在单个半导体晶圆的多个晶圆级封装半导体管芯上。所述多个光子检测传感器中的每个光子检测传感器设置在所述多个晶圆级封装半导体管芯中的单独晶圆级封装半导体管芯上。相邻的晶圆级封装半导体管芯被切割道分开；并且所述多个晶圆级封装半导体管芯和多个切割道被布置成使得所述多个晶圆级封装半导体管芯可以作为一组从所述单个半导体晶圆进行切割。所述系统进一步包括第一光学波导，所述第一光学波导被配置成沿所述第一光学波导的纵向方向输送激发光。所述系统进一步包括设置在所述第一光学波导上方的一个或多个第二光学波导和设置在所述一个或多个第二光学波导中的一个或多个阱。被配置成接收所述生物或化学样本的所述一个或多个阱。所述系统进一步包括一个或多个导光通道，所述一个或多个导光通道被配置成将由于所述单分子分析而发射的光子引导到所述多个光子检测传感器中的一个
或多个对应光子检测传感器。
[0010]根据一些实施例，提供了一种用于分析生物或化学样本的通量可缩放光子感测系统。所述系统包括多个光子检测传感器，所述多个光子检测传感器被配置成基于所述生物或化学样本执行单分子或簇测序分析。所述多个光电子计数传感器布置在单个半导体晶圆的多个晶圆级封装半导体管芯上。所述多个光子检测传感器中的每个光子检测传感器设置在所述多个晶圆级封装半导体管芯中的单独晶圆级封装半导体管芯上。相邻的晶圆级封装半导体管芯被切割道分开；并且所述多个晶圆级封装半导体管芯和多个切割道被布置成使得所述多个晶圆级封装半导体管芯可以作为一组从所述单个半导体晶圆进行切割。所述多个光本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种通量可缩放光子感测系统，包括：多个光子检测传感器，所述多个光子检测传感器被配置成执行生物或化学样本的单分子或簇测序分析；其中，所述多个光电子计数传感器布置在单个半导体晶圆的多个半导体管芯上，其中，所述多个光子检测传感器中的每个光子检测传感器布置在所述多个半导体管芯中的单独半导体管芯上，其中，相邻的半导体管芯被切割道分开，并且其中，所述多个半导体管芯和多个切割道被布置成使得所述多个半导体管芯能够作为一组从所述单个半导体晶圆进行切割，并且其中，所述多个光子检测传感器中的至少一个光子检测传感器包括：多个亚衍射极限(SDL)光敏元件，每个SDL光敏元件对单个光电子敏感，并且其中，单个图像像素是基于由SDL光敏元件生成的一个或多个二维或三维输出阵列生成的。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个光子检测传感器中的光子检测传感器的数量是基于所述通量可缩放系统的通量缩放要求并且基于所述多个光子检测传感器中的每个光子检测传感器的通量容量来确定的。3.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个光子检测传感器的输出图像像素大小是能够编程的。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个光子检测传感器中的所述至少一个光子检测传感器进一步包括至少部分地包围重新分布层的导体的贯穿通孔，所述导体电耦接导电焊盘和对应的导电球体。5.如权利要求4所述的系统，其中，所述多个光子检测传感器是硅基底传感器，其中，所述贯穿通孔是一个或多个硅通孔，并且其中，所述导电焊盘和所述导电球体仅通过所述重新分...
【专利技术属性】
技术研发人员：严媚，
申请(专利权)人：上海芯像生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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