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光學(xué)生物傳感器、包括該光學(xué)生物傳感器的生物感測系統(tǒng)和制造光學(xué)生物傳感器的方法與流程

文檔序號:11732691閱讀:來源:國知局
光學(xué)生物傳感器、包括該光學(xué)生物傳感器的生物感測系統(tǒng)和制造光學(xué)生物傳感器的方法與流程

技術(shù)特征:
1.一種光學(xué)生物傳感器,包括:生物感測單元,該生物感測單元包括第一環(huán)形諧振器,所述第一環(huán)形諧振器被配置為通過接收輸入光學(xué)信號并產(chǎn)生具有根據(jù)生物材料變化的波長的感測光學(xué)信號而檢測生物材料;和光譜儀,該光譜儀包括與所述第一環(huán)形諧振器光學(xué)連接的多個第二環(huán)形諧振器,所述光譜儀被配置為通過使感測光學(xué)信號通過具有不同的諧振波長的所述多個第二環(huán)形諧振器產(chǎn)生多個輸出光學(xué)信號,所述多個輸出光學(xué)信號具有基于生物材料變化的強(qiáng)度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)生物傳感器,其中所述感測光學(xué)信號為通過從輸入光學(xué)信號的波長成分中提取諧振波長和通過從輸入光學(xué)信號中去除所述諧振波長中的一種方式獲得的信號,所述諧振波長根據(jù)生物材料的濃度變化。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)生物傳感器,其中所述第一環(huán)形諧振器被配置為從輸入光學(xué)信號的波長成分中提取諧振波長。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)生物傳感器,其中生物感測單元還包括:被配置為接收輸入光學(xué)信號的第一光波導(dǎo);和第二光波導(dǎo),該第二光波導(dǎo)被配置為經(jīng)由第二光波導(dǎo)和第一環(huán)形諧振器之間的間距將所述諧振波長作為所述感測光學(xué)信號提供至光譜儀;其中所述第一環(huán)形諧振器被配置為從輸入光學(xué)信號的波長成分中提取諧振波長,所述諧振波長是經(jīng)由第一環(huán)形諧振器和第一光波導(dǎo)之間的間距提取的。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)生物傳感器,其中生物感測單元還包括:被配置為接收輸入光學(xué)信號的光波導(dǎo);和其中所述第一環(huán)形諧振器被配置為通過經(jīng)由所述第一環(huán)形諧振器和光波導(dǎo)之間的間距從輸入光學(xué)信號的波長中去除所述諧振波長產(chǎn)生感測光學(xué)信號,并且將感測光學(xué)信號提供至光波導(dǎo)。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)生物傳感器,其中生物感測單元還包括:被配置為接收輸入光學(xué)信號的第一光波導(dǎo);和第二光波導(dǎo),該第二光波導(dǎo)被配置為接收感測光學(xué)信號并將感測光學(xué)信號提供至光譜儀;其中所述第一環(huán)形諧振器是空腔諧振器,該空腔諧振器被配置為從輸入光學(xué)信號的波長中提取諧振波長,并提供所述諧振波長作為所述感測光學(xué)信號。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)生物傳感器,其中光譜儀包括:被配置為接收感測光學(xué)信號的第一光波導(dǎo);所述多個第二環(huán)形諧振器,所述多個第二環(huán)形諧振器被配置為經(jīng)由所述多個第二環(huán)形諧振器和第一光波導(dǎo)之間的間距從感測光學(xué)信號的波長中提取多個諧振波長;和多個第二光波導(dǎo),所述多個第二光波導(dǎo)被配置為經(jīng)由所述多個第二光波導(dǎo)和所述多個第二環(huán)形諧振器之間的間距接收所述多個諧振波長,并且提供所述多個諧振波長作為所述多個輸出光學(xué)信號。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)生物傳感器,其中所述多個第二環(huán)形諧振器分別提取不同的諧振波長。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)生物傳感器,還包括:位于所述多個第二光波導(dǎo)的端部處的光柵耦合器。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)生物傳感器,其中光譜儀包括:N個第二環(huán)形諧振器,所述N個環(huán)形諧振器被配置為產(chǎn)生N個輸出光學(xué)信號,所述N個輸出光學(xué)信號具有分別與從感測光學(xué)信號的3dB帶寬劃分的N個相等的子帶對應(yīng)的輸出波長成分。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)生物傳感器,其中生物感測單元和光譜儀位于同一半導(dǎo)體襯底上。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)生物傳感器,還包括:被配置為將所述多個輸出光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號的檢測單元。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)生物傳感器,其中檢測單元包括:被配置為分別接收所述多個輸出光學(xué)信號的多個檢測器。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)生物傳感器,其中所述多個檢測器包括:光電二極管、光電晶體管、飛行時間(TOF)傳感器、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器和電荷耦合器件(CCD)傳感器中的至少一種。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)生物傳感器,其中生物感測單元、光譜儀和檢測單元形成在或被封裝在同一半導(dǎo)體襯底上。16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)生物傳感器,還包括:被配置為基于從檢測單元輸出的電信號確定生物材料的濃度的信號處理器。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)生物傳感器,還包括:被配置為將輸入光學(xué)信號提供至生物感測單元的光源。18.一種光學(xué)生物傳感器,包括:被配置為從輸入光學(xué)信號中提取感測光學(xué)信號的生物感測環(huán)形諧振器,感測光學(xué)信號具有根據(jù)生物材料的濃度變化的諧振波長;和光學(xué)連接至所述生物感測環(huán)形諧振器的多個光譜環(huán)形諧振器,所述多個光譜環(huán)形諧振器被配置為從感測光學(xué)信號中提取多個輸出光學(xué)信號,每個輸出光學(xué)信號具有不同的波長。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光學(xué)生物傳感器,還包括:多個檢測器,所述多個檢測器被配置成通過將所述多個輸出光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號而提供用于指示所述多個輸出光學(xué)信號的強(qiáng)度的信息。20.一種生物感測系統(tǒng),包括:流體通道,生物材料經(jīng)由該流體通道流動;和生物傳感器芯片,該生物傳感器芯片被配置為基于生物材料的光學(xué)特性檢測生物材料是否存在和生物材料的濃度中的至少一種,并基于所述檢測輸出電信號,其中該生物傳感器芯片包括,鄰近流體通道的開口;生物感測單元,所述生物感測單元包括第一環(huán)形諧振器,所述第一環(huán)形諧振器被配置為根據(jù)輸入光學(xué)信號產(chǎn)生感測光學(xué)信號,所述感測光學(xué)信號的波長根據(jù)生物材料是否存在和生物材料的濃度中的至少一種變化;和包括多個第二環(huán)形諧振器的光譜儀,所述多個第二環(huán)形諧振器光學(xué)連接至所述第一環(huán)形諧振器,所述多個第二環(huán)形諧振器具有不同的諧振波長,該光譜儀被配置為通過使感測光學(xué)信號通過所述多個第二環(huán)形諧振器而產(chǎn)生多個輸出光學(xué)信號,所述多個輸出光學(xué)信號具有基于生物材料變化的強(qiáng)度。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的生物感測系統(tǒng),其中生物傳感器芯片還包括:被配置為基于所述強(qiáng)度將所述多個輸出光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號的檢測單元。22.一種制造光學(xué)生物傳感器的方法,包括下述步驟:在襯底上形成覆層;在覆層上形成芯層;以及圖案化芯層以獲得生物感測環(huán)形諧振器、多個光譜環(huán)形諧振器和多個光波導(dǎo);其中所述多個光波導(dǎo)中的至少一個被配置為光學(xué)連接所述生物感測環(huán)形諧振器和所述多個光譜環(huán)形諧振器,所述多個光譜環(huán)形諧振器具有不同的諧振波長。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法,還包括下述步驟:在在襯底上形成覆層之前,在襯底上形成多個檢測器。24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法,其中所述多個光波導(dǎo)包括:第一光波導(dǎo),該第一光波導(dǎo)被配置為接收輸入光學(xué)信號并將輸入光學(xué)信號作為感測光學(xué)信號提供至生物感測環(huán)形諧振器;第二光波導(dǎo),該第二光波導(dǎo)被配置為接收來自生物感測環(huán)形諧振器的感測光學(xué)信號并將感測光學(xué)信號提供至所述多個光譜環(huán)形諧振器;和多個第三光波導(dǎo),所述多個第三光波導(dǎo)被配置為接收來自所述多個光譜環(huán)形諧振器的輸出光學(xué)信號。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法,還包括下述步驟:在所述多個第三光波導(dǎo)的一個端部處形成多個檢測器。26.一種光學(xué)生物傳感器,包括:襯底,該襯底具有位于該襯底上的生物感測單元和光譜儀,所述生物感測單元包括第一環(huán)形諧振器,所述第一環(huán)形諧振器被配置為基于生物材料產(chǎn)生感測光學(xué)信號,并且所述光譜儀包括光學(xué)連接至所述第一環(huán)形諧振器的多個第二環(huán)形諧振器,所述多個第二環(huán)形諧振器被配置為將感測光學(xué)信號劃分成多個輸出光學(xué)信號,每個輸出光學(xué)信號具有不同的波長。27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的光學(xué)生物傳感器,其中所述第一環(huán)形諧振器被配置為接收來自第一光波導(dǎo)的輸入光學(xué)信號并將感測光學(xué)信號提供至第二光波導(dǎo),并且所述第一環(huán)形諧振器經(jīng)由開口被暴露至生物材料,使得感測光學(xué)信號的波長基于生物材料變化。28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的光學(xué)生物傳感器,其中所述多個第二環(huán)形諧振器具有不同的諧振波長,所述多個第二環(huán)形諧振器被配置為根據(jù)感測光學(xué)信號產(chǎn)生多個輸出光學(xué)信號,所述多個輸出光學(xué)信號具有基于生物材料變化的強(qiáng)度。29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的光學(xué)生物傳感器,還包括:具有多個光電檢測器的檢測單元,所述多個光電檢測器被配置為基于所述強(qiáng)度產(chǎn)生多個電信號;和信號處理器,該信號處理器被配置為基于所述電信號確定生物材料的存在和濃度中的至少一種。30.一種生物感測系統(tǒng),包括:權(quán)利要求26所述的光學(xué)生物傳感器;和被配置為接收生物材料的流體通道。
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