每像素具有多个反应位点的传感器制造技术

在一个示例中，本文阐述了一种装置。该装置可包括例如：在单个像素上方的第一反应位点和第二反应位点。在一个示例中，本文阐述了一种方法。该方法可包括例如：检测从第一反应位点和第二反应位点发射的信号；使用所检测到的信号的振幅来确定第一反应位点中的第一感兴趣的分析物的身份；以及使用所检测到的信号的振幅来确定第二反应位点中的第二感兴趣的分析物的身份。析物的身份。析物的身份。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】每像素具有多个反应位点的传感器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年3月3日提交的名称为“Sensor with Multiple Reaction Sites Per Pixel”的美国专利申请63/200383号的优先权，该美国专利申请全文以引用方式并入本文。

技术介绍

[0003]本申请整体涉及感测，并且具体地涉及光感测。
[0004]生物或化学研究中的各种方案涉及进行受控反应。然后可观察或检测指定的反应，并且随后的分析可有助于识别或揭示反应中所涉及的化学品的特性。在一些多重测定中，具有可识别标记(例如，荧光标记)的未知分析物可在受控的条件下暴露于数千个已知探针。可将每个已知探针放入微孔板的对应孔中。观察孔内的已知探针和未知分析物之间发生的任何化学反应可有助于识别或揭示分析物的特性。此类方案的其他示例包括已知的脱氧核糖核酸(DNA)测序过程，诸如边合成边测序(SBS)或循环阵列测序。

技术实现思路

[0005]在一个示例中，本文阐述了一种装置。该装置可包括例如：在单个像素上方的第一反应位点和第二反应位点。
[0006]在一个示例中，本文阐述了一种方法。该方法可包括例如：检测从第一反应位点和第二反应位点发射的信号；使用所检测到的信号的振幅来确定第一反应位点中的第一感兴趣的分析物的身份；以及使用所检测到的信号的振幅来确定第二反应位点中的第二感兴趣的分析物的身份。
[0007]在一个示例中，本文阐述了一种装置。该装置可包括例如多个像素，其中该多个像素中的相应像素包括相应像素传感器；与该多个像素中的像素相关联的第一反应位点；与该像素相关联的第二反应位点；其中该像素的像素传感器检测读取信号，该读取信号取决于从该第一反应位点发射的第一簇信号和从第二簇位点发射的第二簇信号；并且其中该第一反应位点和该第二反应位点被配置为使得处于“开启”状态的该第二簇信号具有比处于“开启”状态的该第一簇信号更大的振幅。
[0008]在一个示例中，本文阐述了一种方法。该方法可包括使用多个像素传感器中的像素传感器检测读取信号，该读取信号取决于从与该像素传感器相关联的第一反应位点发射的第一簇信号和从与该像素传感器相关联的第二反应位点发射的第二簇信号；使用利用该像素传感器所检测到的该读取信号的振幅来确定该第一反应位点中的第一感兴趣的分析物的身份；以及使用利用该像素传感器所检测到的该读取信号的振幅来确定该第二反应位点中的第二感兴趣的分析物的身份。
[0009]通过几何约束或信号调制来调制两个分离的纳米孔中的两个不同相邻簇的信号，可以使用单个像素来区分来自相邻簇的信号。换句话说，本文所公开的方法和结构的益处和优点包括通过单个图像像素来解析来自每个独特簇的不同信号电平。本文公开的方法和
结构使得能够使用每像素多个簇(例如，在CMOS传感器上)并区分从每个像素产生的开启/关闭信号。
[0010]虽然本文中的各种示例可讨论关于CMOS传感器的某些方法和结构，但是也可利用其他传感器类型，包含电荷耦合器件(CCD)传感器。同样地，本文所公开的方法和结构也可适用于经由外部光学器件和图像传感器检测发射光的流通池上的分析物的检测。
[0011]增加固定的基于CMOS的流通池上的信息密度具有通过与密度的增加成比例的因子来降低每千兆字节测序信息的成本的有益方面。
[0012]第一反应位点和第二反应位点位于单个像素上方。第一反应位点是第一纳米孔，并且第二反应位点是第二纳米孔。第一纳米孔可以是第二纳米孔的尺寸的一半。滤波器可以位于第一反应位点和单个像素之间，而不位于第二反应位点和单个像素之间。滤波器衰减从第一反应位点发射的簇信号。滤波器可以是薄金属层。滤波器可包括钽。一种方法包括检测从第一反应位点和第二反应位点发射的信号；使用所检测到的信号的振幅来确定第一反应位点中的第一感兴趣的分析物的身份；以及使用所检测到的信号的振幅来确定第二反应位点中的第二感兴趣的分析物的身份。
[0013]通过本文所述的技术实现附加特征。本文详细描述了其他示例和方面，并且这些示例和方面被视为受权利要求书保护的方面的一部分。通过结合附图对本公开的各个方面进行以下详细描述，本公开的这些和其他目的、特征和优点将变得显而易见。
[0014]应当理解，前述方面和下文更详细讨论的附加概念(假设此类概念不相互矛盾)的所有组合都被设想为是本专利技术主题的一部分并用于实现本文所公开的益处优点。
附图说明
[0015]一个或多个方面被特别指出并且作为示例在本说明书结尾的权利要求中清楚地要求保护。根据以下结合附图的详细描述，一个或多个方面的前述内容和目标、特征和优点将显而易见，其中：
[0016]图1描绘了在单个像素上方具有单个纳米孔的CMOS传感器的一部分；
[0017]图2描绘了具有两个纳米孔的CMOS传感器的一部分，这两个纳米孔在单个像素上方提供基本上类似的“开启”簇信号强度；
[0018]图3描绘了具有两个纳米孔的CMOS传感器的一部分，这两个纳米孔在单个像素上方提供显著不同的“开启”簇信号强度；
[0019]图4描绘了由单个像素从提供显著不同的“开启”簇信号强度的两个纳米孔检测到的两个通道信号强度的示例性散布图；
[0020]图5描绘了基于由单个像素从提供显著不同的“开启”簇信号强度的两个纳米孔检测到的两个通道信号强度的示例性碱基调用图；
[0021]图6描绘了具有基本上类似尺寸的纳米孔的CMOS传感器的一部分的俯视剖视图；
[0022]图7描绘了具有显著不同尺寸的纳米孔的CMOS传感器的一部分的俯视剖视图；
[0023]图8描绘了具有两个纳米孔的CMOS传感器的一部分的剖视图，其中两个纳米孔之一具有用于衰减簇信号的滤波器；
[0024]图9描绘了具有两个纳米孔的另一CMOS传感器的一部分的剖视图，其中两个纳米孔之一具有用于衰减簇信号的滤波器；
[0025]图10描绘了CMOS传感器的一部分的俯视图，其示出了在相邻像素上方的纳米孔的布置；
[0026]图11描绘了CMOS传感器的一部分的俯视图和相应的剖视图，其示出了在相邻像素上方的纳米孔的布置；
[0027]图12是示出具有相应数量的散点图云和信号强度的单个像素上方的簇(或纳米孔)的数量的图；
[0028]图13是用于分析的装置的正面剖视示意图；
[0029]图14是图13所示的装置的俯视剖视图；
[0030]图15是示出激发光、发射光和检测器检测带之间的协调的光谱轮廓图；
[0031]图16描绘了具有基本上类似尺寸的纳米孔的CMOS传感器的一部分的俯视剖视图；
[0032]图17描绘了具有显著不同尺寸的纳米孔的CMOS传感器的一部分的俯视剖视图；
[0033]图18A描绘了具有两个纳米孔的CMOS传感器的一部分的剖视图，其中两个纳米孔之一具有用于衰减簇信号的滤波器；
[0034]图18B至图18D描绘了用于制造图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，所述装置包括：在单个像素上方的第一反应位点和第二反应位点，其中所述像素包括光检测器。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一反应位点是第一纳米孔，并且所述第二反应位点是第二纳米孔。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一纳米孔是所述第二纳米孔的尺寸的一半。4.根据权利要求1或2中任一项所述的装置，其中滤波器位于所述第一反应位点与所述单个像素之间。5.根据权利要求4所述的装置，其中所述滤波器不位于所述第二反应位点与所述单个像素之间。6.根据权利要求4或5中任一项所述的装置，其中所述滤波器将从所述第一反应位点发射的簇信号衰减约50％。7.根据权利要求4至6中任一项所述的装置，其中所述滤波器是薄金属层。8.根据权利要求4至7中任一项所述的装置，其中所述滤波器包括钽。9.一种方法，所述方法包括：检测从第一反应位点和第二反应位点发射的信号；使用所检测到的信号的振幅来确定第一反应位点中的第一感兴趣的分析物的身份；以及使用所检测到的信号的所述振幅来确定第二反应位点中的第二感兴趣的分析物的身份。10.一种装置，所述装置包括：多个像素；与所述多个像素中的像素相关联的第一反应位点；与所述像素相关联的第二反应位点；其中所述像素包括检测读取信号的像素传感器，所述读取信号取决于从所述第一反应位点发射的第一簇信号和从第二簇位点发射的第二簇信号；并且其中所述第一反应位点和所述第二反应位点被配置为使得处于“开启”状态的所述第二簇信号具有比处于“开启”状态的所述第一簇信号更大的振幅。11.根据权利要求10所述的装置，其中所述装置使用将不同照明条件下的所述读取信号的信号振幅映射到所述第一反应位点和所述第二反应位点中的相应分析物的身份的调用图来确定所述第一反应位点和所述第二反应位点中的相应分析物的身份。12.根据权利要求10所述的装置，其中所述装置使用将不同照明条件下的所述读取信号的信号振幅映射到所述第一反应位点和所述第二反应位点中的相应分析物的身份的十六(16)云调用图来确定所述第一反应位点和所述第二反应位点中的相应分析物的身份。13.根据权利要求10至12中任一项所述的装置，其中处于“开启”状态的所述第二簇信号与处于“开启”状态的所述第一簇信号的比率为至少约1.4。14.根据权利要求10至12中任一项所述的装置，其中处于“开启”状态的所述第二簇信号与处于“开启”状态的所述第一簇信号的比率在约1.9至约2.0之间。15.根据权利要求10至14中任一项所述的装置，其中所述第二反应位点具有比所述第一反应位点更大的尺寸，使得处于所述“开启”状态的所述第二簇信号具有比处于所述“开
启”状态的所述第一簇信号更大的振幅。16.根据权利要求10至15中任一项所述的装置，其中所述第二反应位点具有比所述第一反应位点更大的宽度，使得处于所述“开启”状态的所述第二簇具有比处于所述“开启”状态的所述第一簇信号更大的振幅。17.根据权利要求10至16中任一项所述的装置，其中所述第二反应位点不存在衰减器，并且其中所述第一反应位点包括衰减器，使得处于所述“开启”状态的所述第二簇信号具有比处于所述“开启”状态的所述第一簇信号更大的振幅。18.根据权利要求10至17中任一项所述的装置，其中通过布置衰减材料，从所述第一反应位点辐射的发射光线的衰减大于从所述第二反应位点辐射的发射光线的衰减，使得处于所述“开启”状态的所述第二簇信号具有比处于所述“开启”状态的所述第一簇信号更大的振幅。19.根据权利要求18所述的装置，其中所述衰减材料包括金属。20.根据权利要求18所述的装置，其中所述衰减材料包括钽。21.根据权利要求10至20中任一项所述的装置，其中所述第二反应位点不存在与所述第二反应位点的底表面对准并且在所述底表面下方的衰减器，并且其中所述第一反应位点包括与所述第一反应位点的底表面对准并且在所述底表面下方的衰减器，使得处于所述“开启”状态的所述第二簇信号具有比处于所述“开启”状态的所述第一簇信号更大的振幅。22.根据权利要求10至21中任一项所述的装置，其中所述第二反应位点不存在与所述第一反应位点的竖直延伸中心轴相交的衰减器，并且其中所述第一反应位点包括与所述第一反应位点的竖直延伸中心轴相交的衰减器，使得处于所述“开启”状态的所述第二簇信号具有比处于所述“开启”状态的所述第一簇信号更大的振幅。23.根据权利要求10至22中任一项所述的装置，其中所述第二反应位点不存在用于衰减从所述第二反应位点的底表面竖直向下辐射的发射光线的衰减器，并且其中所述第一反应位点包括用于衰减从所述第一反应位点的底表面竖直向下辐射的发射光线的衰减器，使得处于所述“开启”状态的所述第二簇信号具有比处于所述“开启”状态的所述第一簇信号更大的振幅。24.根据权利要求10至23中任一项所述的装置，其中所述装置包括衰减材料层，所述衰减材料层延伸穿过与所述第一反应位点的底表面对准并且在所述底表面下方的区域以限定所述第一反应位点的衰减器，所述衰减材料层不存在延伸穿过与所述第二反应位点对准并且在所述第二反应位点下方的区域的区段。25.根据权利要求10至24中任一项所述的装置，其中所述第一反应位点由第一纳米孔限定，并且其中所述第二反应位点由第二纳米孔限定。26.根据权利要求25所述的装置，其中所述第二纳米孔具有比所述第一纳米孔更大的尺寸，使得处于所述“开启”状态的所述第二簇信号具有比处于所述“开启”状态的所述第一簇信号更大的振幅。27.根据权利要求25至26中任一项所述的装置，其中所述第二纳米孔具有比所述第一纳米孔更大的宽度，使得处于所述“开启”状态的所述第二簇具有比处于所述“开启”状态的所述第一簇信号更大的振幅。28.根据权利要求25至27中任一项所述的装置，其中所述第二纳米孔不存在衰减器，并
且其中所述第一纳米孔包括衰减器，使得处于所述“开启”状态的所述第二簇信号具有比处于所述“开启”状态的所述第一簇信号更大的振幅。29.根据权利要求25至28中任一项所述的装置，其中所述第一纳米孔的所述衰减器具有向上延伸区段。30.根据权利要求25至29中任一项所述的装置，其中所述第一纳米孔的所述衰减器具有与所述第一纳米孔的圆周侧壁平行延伸的向上延伸区段。31.根据权利要求25至30中任一项所述的装置，其中通过布置衰减材料，从所述第一纳米孔辐射的发射光线的衰减大于从所述第二纳米孔辐射的发射光线的衰减，使得处于所述“开启”状态的所述第二簇信号具有比处于所述“开启”状态的所述第一簇信号更大的振幅。32.根据权利要求31所述的装置，其中所述衰减材料包括金属。33.根据权利要求31所述的装置，其中所述衰减材料包括钽。34.根据权利要求25至33中任一项所述的装置，其中所述第二纳米孔不存在与所述第二纳米孔的底表面对准并且在所述底表面下方的衰减器，并且其中所述第一纳米孔包括与所述第一纳米孔的底表面对准并且在所述底表面下方的衰减器，使得处于所述“开启”状态的所述第二簇信号具有比处于所述“开启”状态的所述第一簇信号更大的振幅。35.根据权利要求25至34中任一项所述的装置，其中所述第二纳米孔不存在与所述第一纳米孔的竖直延伸中心轴相交的衰减器，并且其中所述第一纳米孔包括与所述第一纳米孔的竖直延伸中心轴相交的衰减器，使得处于所述“开启”状态的所述第二簇信号具有比处于所述“开启”状态的所述第一簇信号更大的振幅。36.根据权利要求25至35中任一项所述的装置，其中所述第二纳米孔不存在用于衰减从所述第二纳米孔的底表面竖直向下辐射的发射光线的衰减器，并且其中所述第一纳米孔包括用于衰减从所述第一纳米孔的底表面竖直向下辐射的发射光线的衰减器，使得处于所述“开启”状态的所述第二簇信号具有比处于所述“开启”状态的所述第一簇信号更大的振幅。37.根据权利要求25至36中任一项所述的装置，其中所述装置包括衰减材料层，所述衰减材料层延伸穿过与所述第一纳米孔的底表面对准并且在所述底表面下方的区域以限定所述第一反应位点的衰减器，所述衰减材料层不存在延伸穿过与所述第二纳米孔对准并且在所述第二纳米孔下方的区域的区段。38.根据权利要求10至37中任一项所述的装置，其中所述多个像素中的第二像素至第N像素具有相关联的第一反应位点和第二反应位点，所述第一反应位点和所述第二反应位点分别根据与所述像素相关联的所述第一反应位点和所述第二反应位点来配置，其中与所述多个像素中的相邻像素相关联的所述第一反应位点和所述第二反应位点相对于其相应像素具有第一不同相应取向和第二不同相应取向，所述第一不同相应取向和所述第二不同相应取向相对于在不存在所述不同相应取向的情况下反应位点与相邻像素位置之间的间隔距离而增加反应位点与相邻像素位置之间的间隔距离。39.根据权利要求10至39中任一项所述的装置，其中所述多个像素中的第二像素至第N像素具有相关联的第一反应位点和第二反应位点，所述第一反应位点和所述第二反应位点分别根据与所述像素相关联的所述第一反应位点和所述第二反应位点来配置，其中与所述多个像素中的相邻像素相关联的所述第一反应位点和所述第二反应位点相对于其相应像
素具有第一不同相应取向和第二不同相应取向，所述第一相应不同取向以反应位点之间的后到前间隔为特征，所述第二相应不同取向以反应位点之间的左右间隔为特征。40.根据权利要求38或39所述的装置，其中所述第二像素至所述第N像素是第二像素至第一百万像素。41.根据权利要求10至40中任一项所述的装置，其中所述装置包括衰减材料层，所述衰减材料层包括第一区段和第二区段，所述第一区段延伸穿过与所述第一纳米孔的底表面对准并且在所述底表面下方的区域以限定所述纳米孔的衰减器，所述第二区段从所述第一区段横向相邻地延伸，所述第一区段具有第一厚度，所述第二区段具有第二厚度，所述第一厚度小于所述第二厚度。42.一种用于制造根据权利要求25所述的装置的方法，其中所述方法包括在与像素对准并且在所述像素上方的区域中沉积电介质叠层，所述电介质叠层具有一体形成在其中的衰减材料层；在所述电介质叠层中蚀刻用于限定所述第一纳米孔的第一沟槽，其中所述第一沟槽被蚀刻至终止于所述衰减材料层的顶部高度处或其上方的高度，使得所述衰减材料层限定用于所述第一纳米孔的衰减器；以及在所述电介质叠层中蚀刻用于限定所述第二纳米孔的第二沟槽，其中所述第二沟槽被蚀刻至终止于所述衰减材料层的底部高度处或其下方的高度。43.一种用于制造根据权利要求25所述的装置的方法，其中所述方法包括在与像素对准并且在所述像素上方的区域中沉积电介质叠层；在所述电介质叠层中蚀刻用于限定所述第一纳米孔的第一沟槽；在所述电介质叠层中蚀刻用于限定所述第二纳米孔的第二沟槽，并且在所述第一沟槽中沉积未沉积在所述第二沟槽中的衰减材料层。44.一种方法，所述方法包括：使用多个像素传感器中的像素传感器检测读取信号，所述读取信号取决于从与所述像素传感器相关联的第一反应位点发射的第一簇信号和从与所述像素传感器相关联的第二反应位点发射的第二簇信号；使用利用所述像素传感器所检测到的所述读取信号的振幅来确定所述第一反应位点中的第一感兴趣的分析物的身份；以及使用利用所述像素传感器所检测到的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：伊鲁米纳公司，
类型：发明
国别省市：