(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022182946
(43)【公開日】2022-12-08
(54)【発明の名称】格子アレイを有するバイオセンサー
(51)【国際特許分類】
G01N 21/27 20060101AFI20221201BHJP
H01L 31/0232 20140101ALI20221201BHJP
【ＦＩ】
G01N21/27 Z
H01L31/02 D
【審査請求】有
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021166778
(22)【出願日】2021-10-11
(31)【優先権主張番号】17/333,870
(32)【優先日】2021-05-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】507296388
【氏名又は名称】采▲ぎょく▼科技股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＶｉｓＥｒａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１２，Ｄｕｓｉｎｇ Ｒｄ．１， Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎ－Ｃｈｕ Ｃｉｔｙ，Ｔａｉｗａｎ
(74)【代理人】
【識別番号】100105946
【弁理士】
【氏名又は名称】磯野 富彦
(72)【発明者】
【氏名】謝 馨儀
【テーマコード（参考）】
2G059
5F849
【Ｆターム（参考）】
2G059AA03
2G059AA05
2G059BB12
2G059EE02
2G059EE05
2G059EE11
2G059JJ02
2G059JJ05
2G059JJ19
2G059KK03
5F849AA01
5F849AB02
5F849AB07
5F849BA17
5F849BA25
5F849BB07
5F849EA04
5F849HA06
5F849HA07
5F849HA15
5F849JA14
5F849KA12
5F849KA14
5F849XB05
(57)【要約】
【課題】 格子アレイを有するバイオセンサーを提供する。
【解決手段】 バイオセンサーは、複数のセンサーユニットを含む。各センサーユニットは、１つ以上のフォトダイオード、フォトダイオードの上に配置された第１の開口機能部、第１の開口機能部に配置された中間層、中間層に配置された第２の開口機能部、および第２の開口機能部の上に配置された導波路を含む。第２の開口機能部は、上部格子素子を含み、第１の開口機能部は、１つ以上の下部格子素子を含み、上部格子素子の格子周期は、１つ以上の下部格子素子の格子周期以下である。センサーユニットのうちの１つの上部格子素子と下部格子素子の第１の偏光角と、センサーユニットのうちの１つに隣接する、センサーユニットの他の１つの上部格子素子と下部格子素子の第２の偏光角との間の絶対値の差は９０°である。
【選択図】 図１Ｂ
【解決手段】 バイオセンサーは、複数のセンサーユニットを含む。各センサーユニットは、１つ以上のフォトダイオード、フォトダイオードの上に配置された第１の開口機能部、第１の開口機能部に配置された中間層、中間層に配置された第２の開口機能部、および第２の開口機能部の上に配置された導波路を含む。第２の開口機能部は、上部格子素子を含み、第１の開口機能部は、１つ以上の下部格子素子を含み、上部格子素子の格子周期は、１つ以上の下部格子素子の格子周期以下である。センサーユニットのうちの１つの上部格子素子と下部格子素子の第１の偏光角と、センサーユニットのうちの１つに隣接する、センサーユニットの他の１つの上部格子素子と下部格子素子の第２の偏光角との間の絶対値の差は９０°である。
【選択図】 図１Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のセンサーユニットを含み、
各前記センサーユニットは、
１つ以上のフォトダイオード、
前記フォトダイオードの上方に配置された第１の開口機能部、
前記第１の開口機能部の上に配置された中間層、
前記中間層の上に配置された第２の開口機能部、および
前記第２の開口機能部の上方に配置された導波路を含み、
前記第２の開口機能部は、上部格子素子を含み、前記第１の開口機能部は、１つ以上の下部格子素子を含み、前記上部格子素子の格子周期は、前記１つ以上の下部格子素子の格子周期以下であり、且つ
前記センサーユニットのうちの１つの前記上部格子素子と前記下部格子素子の第１の偏光角と、前記センサーユニットのうちの１つに隣接する、前記センサーユニットのうちの他の１つの前記上部格子素子と前記下部格子素子の第２の偏光角との間の絶対値の差は９０°であるバイオセンサー。
各前記センサーユニットは、
１つ以上のフォトダイオード、
前記フォトダイオードの上方に配置された第１の開口機能部、
前記第１の開口機能部の上に配置された中間層、
前記中間層の上に配置された第２の開口機能部、および
前記第２の開口機能部の上方に配置された導波路を含み、
前記第２の開口機能部は、上部格子素子を含み、前記第１の開口機能部は、１つ以上の下部格子素子を含み、前記上部格子素子の格子周期は、前記１つ以上の下部格子素子の格子周期以下であり、且つ
前記センサーユニットのうちの１つの前記上部格子素子と前記下部格子素子の第１の偏光角と、前記センサーユニットのうちの１つに隣接する、前記センサーユニットのうちの他の１つの前記上部格子素子と前記下部格子素子の第２の偏光角との間の絶対値の差は９０°であるバイオセンサー。
【請求項2】
各前記センサーユニットは、前記導波路の上方に配置されたプラテン層をさらに含み、前記プラテン層は、前記プラテン層にバイオサンプルを固定するように修飾される請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項3】
格子アレイは、２つ以上の前記下部格子素子によって定義され、前記格子アレイの前記２つ以上の下部格子素子のそれぞれの格子周期は、徐々に増加される請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項4】
前記プラテン層にナノウェルが形成され、バイオサンプルを収容する請求項２に記載のバイオセンサー。
【請求項5】
前記ナノウェルは前記格子アレイの対称中心に配置される請求項４に記載のバイオセンサー。
【請求項6】
前記ナノウェルは、前記格子アレイの対称中心からオフセットされており、前記中間層は角度高感度フィルタを含む請求項４に記載のバイオセンサー。
【請求項7】
前記下部格子素子のそれぞれの前記格子周期は、前記下部格子素子と前記ナノウェルとの間の横方向の距離が増加するにつれて、減少する請求項４に記載のバイオセンサー。
【請求項8】
前記１つ以上の下部格子素子のそれぞれは、前記１つ以上のフォトダイオードのうちの１つに対応し、
前記第１の開口機能部または前記第２の開口機能部は、金属層、絶縁体層、金属層のスタックを含み、且つ
少なくとも１つのレンズが前記中間層に配置される請求項１に記載のバイオセンサー。
前記第１の開口機能部または前記第２の開口機能部は、金属層、絶縁体層、金属層のスタックを含み、且つ
少なくとも１つのレンズが前記中間層に配置される請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項9】
前記中間層はカラーフィルターを含み、前記カラーフィルターは単層構造または多層構造を有する請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項10】
前記上部格子素子は、上面から見て、円形状、長方形状、正方形状、または六角形状を有し、前記１つ以上の下部格子素子は、上面から見て、円形状、長方形状、正方形状、または六角形状を合わせて有する請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項11】
複数のセンサーユニットを含み、
各前記センサーユニットは、
１つ以上のフォトダイオード、
前記フォトダイオードの上方に配置された第１の開口機能部、
前記第１の開口機能部の上に配置され、角度高感度フィルタを含む中間層、
前記中間層の上に配置された第２の開口機能部、および
前記第２の開口機能部の上方に配置された導波路を含み、
前記第２の開口機能部は、上部格子素子を含み、前記第１の開口機能部は、１つ以上の下部格子素子を含み、前記上部格子素子の格子周期は、前記１つ以上の下部格子素子の格子周期以下であるバイオセンサー。
各前記センサーユニットは、
１つ以上のフォトダイオード、
前記フォトダイオードの上方に配置された第１の開口機能部、
前記第１の開口機能部の上に配置され、角度高感度フィルタを含む中間層、
前記中間層の上に配置された第２の開口機能部、および
前記第２の開口機能部の上方に配置された導波路を含み、
前記第２の開口機能部は、上部格子素子を含み、前記第１の開口機能部は、１つ以上の下部格子素子を含み、前記上部格子素子の格子周期は、前記１つ以上の下部格子素子の格子周期以下であるバイオセンサー。
【請求項12】
前記センサーユニットのうちの１つの前記上部格子素子と前記下部格子素子の第１の偏光角と、前記センサーユニットのうちの１つに隣接する、前記センサーユニットの他の１つの前記上部格子素子と前記下部格子素子の第２の偏光角との間の絶対値の差は９０°であり、前記センサーユニットのそれぞれは、前記導波路の上に配置されたプラテン層をさらに含み、ナノウェルは、前記プラテン層に形成され、バイオサンプルを収容する請求項１１に記載のバイオセンサー。
【請求項13】
格子アレイは、第１の下部格子素子および第２の下部格子素子によって定義され、
前記第１の下部格子素子は、第１の格子周期を有し、前記第２の下部格子素子は、前記第１の格子周期よりも大きい第２の格子周期を有し、
前記ナノウェルは、前記格子アレイの対称中心からオフセットされており、且つ
前記ナノウェルは、前記第１の下部格子素子よりも前記第２の下部格子素子に近い請求項１２に記載のバイオセンサー。
前記第１の下部格子素子は、第１の格子周期を有し、前記第２の下部格子素子は、前記第１の格子周期よりも大きい第２の格子周期を有し、
前記ナノウェルは、前記格子アレイの対称中心からオフセットされており、且つ
前記ナノウェルは、前記第１の下部格子素子よりも前記第２の下部格子素子に近い請求項１２に記載のバイオセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バイオセンサーに関するものであり、特に、格子アレイを有するバイオセンサーに関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、統合型の感知装置が生物学的分析に用いられてきた。この用途では、バイオメトリックオブジェクト（ｂｉｏｍｅｔｒｉｃ ｏｂｊｅｃｔ）またはバイオサンプルをバイオセンサー上に配置し、バイオメトリックオブジェクトまたはバイオサンプルから反射または放出された光をバイオセンサーのフォトダイオードに導くことができる。従って、バイオメトリックオブジェクトのプロファイルまたはバイオサンプルの生物学的特性を判定し、さらなる分析のために識別することができる。
【0003】
バイオセンサーの進化の過程では、バイオセンサーのアレイ密度は、より低いコストを追求し、より高いスループットを達成するために、空間幅またはウェルピッチの減少によって一般的に増加してきた。しかしながら、このようなアレイサイズの縮小は、動作中の隣接するウェル間でクロストークが発生する可能性があり、個々の蛍光信号が正確に検出されず、不正確な分析結果となる可能性がある。
【0004】
既存のバイオセンサーは、それらの意図された目的には十分であったが、それらは全ての点において完全に満足できるものではない。従って、クロストークが低減された新しいバイオセンサーが依然として必要とされている。さらに、様々な生物学的特徴および生体反応を正確に識別できるバイオセンサーを製造することも期待されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
格子アレイを有するバイオセンサーを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示のいくつかの実施形態によるバイオセンサーが提供される。バイオセンサーは、複数のセンサーユニットを含む。各センサーユニットは、１つ以上のフォトダイオード、フォトダイオードの上方に配置された第１の開口部、第１の開口部の上に配置された中間層、中間層の上に配置された第２の開口部、および第２の開口部の上方に配置された導波路を含む。第２の開口部は、上部格子素子を含み、第１の開口部は、１つ以上の下部格子素子を含み、上部格子素子の格子周期は、１つ以上の下部格子素子の格子周期以下である。センサーユニットのうちの１つの上部格子素子と下部格子素子の第１の偏光角と、センサーユニットのうちの１つに隣接し、センサーユニットのうちの他の１つの上部格子素子と下部格子素子の第２の偏光角との間の絶対値の差は９０°である。
【0007】
本開示のもう１つの実施形態によるバイオセンサーが提供される。バイオセンサーは、複数のセンサーユニットを含む。各センサーユニットは、１つ以上のフォトダイオード、フォトダイオードの上方に配置された第１の開口部、第１の開口部の上に配置され、角度高感度フィルタを含む中間層、中間層の上に配置された第２の開口部、および第２の開口部の上方に配置された導波路を含む。第２の開口部は、上部格子素子を含み、第１の開口部は、１つ以上の下部格子素子を含み、上部格子素子の格子周期は、１つ以上の下部格子素子の格子周期以下である。
【0008】
以下、添付の図面と併せて本開示の実施形態を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
本発明は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明から、より完全に理解することができる。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本開示のバイオセンサーは、以下の説明において詳細に説明される。以下の詳細な説明では、説明のために、多数の特定の詳細および実施形態が本開示の完全な理解を提供するために明記されている。以下の発明を実施するための形態で説明された特定の構成要素および構造は、本開示を明瞭に説明するために記述されている。しかしながら、本明細書で記述される例示的な実施形態は、単に説明のために用いられることは明らかであり、発明の概念は、これらの例示的な実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
【0011】
また、異なる実施形態の図面では、本開示を明瞭に説明するために、類似の番号および／または対応の番号を用いて、類似の構成要素および／または対応の構成要素を示すことができる。しかしながら、異なる実施形態の図面では、類似の番号および／または対応の番号の使用は、異なる実施形態間の相関関係を示唆するものではない。例示的な実施形態の説明では、本発明の実施形態の一部として見なされる添付図面と合わせて検討すれば、より理解されるであろう。図面は、縮尺通りに描かれているものではない。また、構造および装置は、図を簡素化するために概略的に示されている。
【0012】
また、「層はもう１つの層の上方（ａｂｏｖｅ）に配置される」、「層はもう１つの層上（ｏｎ）に配置される」、および「層はもう１つの層の上方（ｏｖｅｒ）に配置される」などの表現は、層がもう１つの層と直接接触していることを示しているか、または層がもう１つの層と直接接触しておらず、層ともう１つの層との間に配置された１つ以上の中間層があることを指すことができる。
【0013】
また、この明細書では、関連する表現が用いられる。例えば、「より低い（ｌｏｗｅｒ）」、または「より高い（ｕｐｐｅｒ）」は、もう１つに対する１つの構成要素の位置を説明するのに用いられる。仮に装置が上下反転された場合、「より低い」側の構成要素は、「より高い」側の構成要素となる、ということが了解されるべきである。
【0014】
第１、第２、第３などの用語は、ここでは各種の素子、構成要素、領域、層、および／または部分を説明するのに用いられることができるが、これらの素子、構成要素、領域、層、および／または部分は、これらの用語によって制限されてはならない。これらの用語は単に一つの素子、構成要素、領域、層、および／または部分を他の素子、構成要素、領域、層、および／または部分から識別するのに用いられることは理解される。従って、第１の素子、構成要素、領域、層、および／または部分は、例示的な実施形態の技術から逸脱しない限りにおいては、第２の素子、構成要素、領域、層、および／または部分と呼ばれてもよい。
【0015】
「約」という用語は、一般的に、記載されている値の＋／－１０％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－５％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－３％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－２％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－１％を意味し、さらにより一般的に、記載されている値の＋／－０．５％を意味する。本開示の記載値は概算値である。具体的な説明がないとき、記載されている値は、「約」、および「実質的に」の意味を含む。
【0016】
特に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、いずれの場合も、一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、本開示の関連技術および本開示の背景または文脈における意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想化された、または過度に形式的な意味で解釈されるべきではない。
【0017】
本開示のいくつかの実施形態によれば、バイオセンサーは、複数のセンサーユニットを含み、各センサーユニットは、第１の開口機能部（ｆｅａｔｕｒｅ）に１つ以上の下部格子素子および第２の開口機能部に上部格子素子を含み得る。センサーユニットの１つにおける上部および下部格子素子の第１の偏光角は、隣接するセンサーユニットにおける上部および下部格子素子の第２の偏光角と異なる。従って、隣接するセンサーユニット間のクロストークは低減されることができる。また、上部格子素子の格子周期は、下部格子素子の格子周期以下であり、下部格子素子のそれぞれの格子周期は、徐々に増加されることができる。下部格子素子を通過した後、バイオサンプルから放出または反射された光は、スペクトル分布が異なるいくつかの光に分割されることができ、従って、バイオセンサーは、バイオサンプルのより詳細な情報を得ることができ、さまざまなバイオサンプル間の違いが容易に区別されることができる。さらに、励起光がバイオサンプルを照射するように用いられるとき（例えば、導波路を介して）、特定の格子周期を有する上部格子素子は、励起光を部分的にブロックし、検出時の干渉を回避する。
【0018】
図１Ａ～図１Ｂは、本開示のいくつかの実施形態によるバイオセンサー１０の断面図であり、図１Ｃは、本開示のいくつかの実施形態によるバイオセンサー１０の上面図である。図１Ａに示すように、バイオセンサー１０は、複数のセンサーユニット１００Ａおよび１００Ｂを含む。センサーユニット１００Ａおよびセンサーユニット１００Ｂのそれぞれは、１つ以上のフォトダイオード１０４、第１の開口機能部１０８、中間層１０６、第２の開口機能部１１０、および導波路１１２を含む。図１Ａ～図１Ｂに示されるように、１つのフォトダイオード１０４のみがセンサーユニット１００Ａおよびセンサーユニット１００Ｂのそれぞれに含まれるが、各センサーユニットにおけるフォトダイオード１０４の数はそれに限定されない。次の図に示される他の実施形態では、各センサーユニットは、１つ以上のフォトダイオード１０４を含み得る。
【0019】
フォトダイオード１０４は、基板１０２内に配置される。いくつかの実施形態では、基板１０２は、半導体基板、例えば、シリコン基板であり得る。さらに、いくつかの実施形態では、半導体基板は、ゲルマニウムを含む元素半導体、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、および／またはアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）を含む化合物半導体、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金、ガリウム砒素リン酸塩（ＧａＡｓＰ）合金、アルミニウムインジウム砒素（ＡｌＩｎＡｓ）合金、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）合金、ガリウムインジウム砒素（ＧａＩｎＡｓ）合金、ガリウムインジウムリン酸塩（ＧａＩｎＰ）合金、および／またはガリウムインジウム砒素リン酸塩（ＧａＩｎＡｓＰ）合金、またはそれらの組み合わせを含む合金半導体であってもよい。
【0020】
フォトダイオード１０４は、対象物またはバイオサンプルから反射または放出された光を検出するように構成され得る。フォトダイオード１０４は、測定された光を電流信号に変換することができ、電流を他のＭＯＳトランジスタなどの他の構成要素に伝送することができる、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタ（図示せず）のソースおよびドレインに接続されることができる。その他の構成要素は、リセットトランジスタ、電流源フォロワー（current source follower）、または電流をデジタル信号に変換するためのローセレクタ（ｒｏｗ ｓｅｌｅｃｔｏｒ）を含むことができるが、これらに限定されない。
【0021】
いくつかの実施形態では、中間層１０６は、基板１０２およびフォトダイオード１０４上に配置される。中間層１０６は、誘電体材料、半導体材料、任意の他の適切な材料、またはそれらの組み合わせを含み得る。例えば、誘電体材料は、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸炭化ケイ素（ＳｉＣＯ）、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、オキシ炭化ケイ素窒化物（ＳｉＯＣＮ）、またはそれらの組み合わせを含み得る。例えば、半導体材料は、シリコン、炭化ケイ素、任意の適切な半導体材料、またはそれらの組み合わせを含み得る。他の実施形態では、中間層１０６は、有機材料またはポリマー材料を含み得る。例えば、有機材料またはポリマー材料は、フォトレジスト、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリアミド、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、またはそれらの組み合わせを含み得る。
【0022】
いくつかの実施形態では、中間層１０６は、透明であり得る。より具体的には、中間層１０６の材料は、２００ｎｍ～１１００ｎｍの範囲の波長の光に対して、９０％以上、または好ましくは９５％以上の光透過率を有し得る。中間層１０６は、スピンオンコーティングプロセス、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、その他の適切な堆積方法、またはそれらの組み合わせなどの適切な堆積技術を用いて形成されてもよい。
【0023】
第１の開口機能部１０８は、フォトダイオード１０４の上方に配置され、中間層１０６上に配置される。センサーユニット１００Ａおよびセンサーユニット１００Ｂのそれぞれの第１の開口機能部１０８は、１つ以上の下部格子素子１０８Ａおよび１０８Ｂをそれぞれ含む。図１Ａに示されるように、下部格子素子１０８Ａおよび１０８Ｂのそれぞれは、１つのフォトダイオード１０４に対応する。センサーユニット１００Ａまたはセンサーユニット１００Ｂが、１つ以上の下部格子素子１０８Ａまたは１０８Ｂおよび１つ以上のフォトダイオード１０４を含む実施形態では、下部格子素子１０８Ａおよび下部格子素子１０８Ｂのそれぞれも１つのフォトダイオード１０４に対応し得る。
【0024】
中間層１０６は、第１の開口機能部１０８上にも配置され、第２の開口機能部１１０は、中間層１０６の一部が第１の開口機能部１０８と第２の開口機能部１１０との間に挟設されるように中間層１０６上に配置される。センサーユニット１００Ａおよびセンサーユニット１００Ｂのそれぞれの第２の開口機能部１１０は、上部格子素子１１０Ａおよび上部格子素子１１０Ｂをそれぞれ含む。同様に、センサーユニット１００Ａの上部格子素子１１０Ａおよびセンサーユニット１００Ｂの上部格子素子１１０Ｂは、１つのフォトダイオード１０４にそれぞれ対応する。センサーユニット１００Ａおよびセンサーユニット１００Ｂが、２つ以上のフォトダイオード１０４、例えば２つ、４つ、またはそれ以上のフォトダイオード１０４を含む実施形態では、センサーユニット１００Ａの上部格子素子１１０Ａおよびセンサーユニット１００Ｂの上部格子素子１１０Ｂは、センサーユニット１００Ａおよび１００Ｂの２つ、４つ、またはそれ以上のフォトダイオード１０４にそれぞれ対応し得る。
【0025】
いくつかの実施形態では、下部格子素子１０８Ａの格子周期は、下部格子素子１０８Ｂの格子周期と同じであり、上部格子素子１１０Ａの格子周期は、上部格子素子１１０Ｂの格子周期と同じである。しかしながら、他の実施形態では、下部格子素子１０８Ａの格子周期は、下部格子素子１０８Ｂの格子周期とは異なり、上部格子素子１１０Ａの格子周期は、上部格子素子１１０Ｂの格子周期とは異なる。
【0026】
さらに、上部格子素子１１０Ａおよび１１０Ｂの格子周期は、下部格子素子１０８Ａおよび１０８Ｂの格子周期以下である。センサーユニット１００Ａおよび１００Ｂが１つ以上の下部格子素子１０８Ａおよび１０８Ｂをそれぞれ有する実施形態では、上部格子素子１１０Ａおよび１１０Ｂの格子周期は、全ての下部格子素子１０８Ａおよび１０８Ｂの格子周期以下である。しかしながら、センサーユニット１００Ａおよび１００Ｂのそれぞれでは、それぞれの下部格子素子は、同じ格子周期または異なる格子周期を有してもよい。
【0027】
上部格子素子１１０Ａおよび１１０Ｂは、特定の格子周期を有し、特定の波長を有する光を通過させることができる。サンプルが励起光を用いて照射されるとき、上部格子素子１１０Ａおよび１１０Ｂは、上部格子素子１１０Ａおよび１１０Ｂを通過する励起光を部分的にブロックすることができる。さらに、下部格子素子１０８Ａおよび１０８Ｂは、上部格子素子１１０Ａおよび１１０Ｂの格子周期以上の格子周期を有して、残りの励起光をさらにブロックし、サンプルから放出または反射された光の特定のスペクトルを排除（ｓｃｒｅｅｎ）することができる。
【0028】
一般に、下部格子素子１０８Ａおよび１０８Ｂが、上部格子素子１１０Ａおよび１１０Ｂよりも大きい格子周期を有するように設計されているとき、より長い波長の入射光のみが、下部格子素子１０８Ａおよび１０８Ｂを通過することができる。従って、スペクトル選択性を得ることができる。
【0029】
更に、センサーユニット１００Ａの下部格子素子１０８Ａおよび上部格子素子１１０Ａの両方は、第１の偏光角を有し、センサーユニット１００Ａに隣接するセンサーユニット１００Ｂの下部格子素子１０８Ｂおよび上部格子素子１１０Ｂの両方は、第２の偏光角を有する。図１Ａに示されるように、下部格子素子１０８Ａと上部格子素子１１０Ａの第１の偏光角および下部格子素子１０８Ｂと上部格子素子１１０Ｂの第２の偏光角は互いに異なる。より具体的には、任意の隣接する２つのセンサーユニット（図１Ｃの上面図に示されるセンサーユニット１００Ａおよび１００Ｂなど）の下部格子素子および上部格子素子は、異なる偏光角を有する。
【0030】
本明細書で用いられる「偏光角」という用語は、偏光角に対して９０°または２７０°シフトする角度で偏光する光が、この偏光角を有する上部格子素子または下部格子素子を通過できないことを意味する。第１の偏光角と第２の偏光角との絶対値の差は、０°以上および１８０°以下、例えば０°、４５°、９０°、１３５°、または１８０°であることができる。いくつかの特定の実施形態では、第１の偏光角と第２の偏光角との絶対値の差は９０°である。この場合、センサーユニット１００Ａの下部格子素子１０８Ａおよび上部格子素子１１０Ａを通過する光の偏光方向は、センサーユニット１００Ｂの下部格子素子１０８Ｂおよび上部格子素子１１０Ｂを通過する光の偏光配向に垂直である。任意の隣接する２つのセンサーユニットの下部格子素子と上部格子素子の偏光角が異なるため、隣接するセンサーユニット間のクロストークは低減され、各センサーユニットは、それに応じて、対象物またはバイオサンプルからの光信号を高忠実度で検出することができる。
【0031】
いくつかの実施形態では、下部格子素子１０８Ａおよび１０８Ｂは、センサーユニット１００Ａおよびセンサーユニット１００Ｂの上面から見て、円形状、長方形状、正方形状、または六角形状を有し得る。いくつかの実施形態では、上部格子素子１１０Ａおよび１１０Ｂは、センサーユニット１００Ａおよびセンサーユニット１００Ｂの上面から見て、円形状、長方形状、正方形状、または六角形状を有し得る。１つ以上の下部格子素子１０８Ａおよび１つ以上の下部格子素子１０８Ｂをそれぞれ有するセンサーユニット１００Ａおよび１００Ｂの実施形態では、下部格子素子１０８Ａおよび１０８Ｂは、センサーユニット１００Ａおよびセンサーユニット１００Ｂの上面から見て、円形状、長方形状、正方形状、または六角形状を合わせて有し得る。さらに、いくつかの実施形態では、バイオセンサー１０の上面図において、下部格子素子１０８Ａおよび１０８Ｂは、ナノスリットアレイを形成することができ、上部格子素子１１０Ａおよび１１０Ｂも、ナノスリットアレイを形成することができる（図示せず）。
【0032】
第１の開口機能部１０８および第２の開口機能部１１０の材料は、金属材料、半導体材料、またはそれらの組み合わせを含み得る。例えば、金属材料は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｔｉ、またはそれらの合金を含むことができ、半導体材料は、ＳｉＣを含むことができる。第１の開口機能部１０８および第２の開口機能部１１０の材料は、互いに同じであっても異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、第１の開口機能部１０８の厚さは、約２５ｎｍ～約５００ｎｍの間、好ましくは約５０ｎｍ～約２５０ｎｍの間の範囲にある。いくつかの実施形態では、第２の開口機能部１１０の厚さは、約２５ｎｍ～約５００ｎｍの間、好ましくは約５０ｎｍ～約２５０ｎｍの間の範囲にある。
【0033】
本開示のもう１つの実施形態によれば、第１の開口機能部１０８および第２の開口機能部１１０は、金属層、絶縁体層、金属層のスタックをそれぞれ含み得る。金属層は、前述の任意の金属を含むことができ、絶縁体層は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、またはそれらの組み合わせを含むことができる。金属層、絶縁体層、金属層のスタックの各金属層は、約２０ｎｍ～約１５０ｎｍ、例えば約４０ｎｍの厚さを有し得る。金属－絶縁体－金属層のスタックの絶縁体層は、約６０ｎｍ～約２００ｎｍ、例えば約１００ｎｍの厚さを有し得る。金属層、絶縁体層、金属層のスタックの全体的な厚さは、約１００ｎｍ～約５００ｎｍの間、好ましくは約１００ｎｍ～約３００ｎｍの間の範囲である。
【0034】
パターニングプロセスは、第１の開口機能部１０８および第２の開口機能部１１０に対してそれぞれ行なわれ、所望の格子周期および偏光角を有する格子素子を形成することができる。パターニングプロセスは、フォトリソグラフィプロセスおよびエッチングプロセスを含み得る。いくつかの実施形態では、フォトリソグラフィプロセスは、フォトレジストコーティング、ソフトベーキング、ハードベーキング、マスクアラインメント、露光、露光後ベーキング、フォトレジストの現像、リンス、乾燥、または他の適切なプロセスを含み得る。いくつかの実施形態では、エッチングプロセスは、プラズマエッチング（ＰＥ）、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ－ＲＩＥ）、またはそれらの組み合わせなどのドライエッチングプロセスを含み得る。上記のように、下部格子素子１０８Ａ、１０８Ｂおよび上部格子素子１１０Ａ、１１０Ｂは、設計要件に応じて特定の格子周期をそれぞれ有することができるが、下部格子素子１０８Ａおよび１０８Ｂの格子周期は、上部格子素子１１０Ａおよび１１０Ｂの格子周期以上である。
【0035】
いくつかの実施形態では、第１の開口機能部１０８と第２の開口機能部１１０の間に配置された中間層１０６は、カラーフィルターを含み得る。例えば、カラーフィルターは、フォトダイオード１０４に入射する励起光をさらにフィルタリングすることができる除去フィルタであり得る。もう１つの実施形態では、カラーフィルターは、吸収フィルタ、干渉フィルタ、プラズモンメタ表面構造、誘電体メタ表面構造、またはそれらの組み合わせも含み得る。カラーフィルターは、単層構造でも多層構造でもよい。
【0036】
いくつかの特定の実施形態では、カラーフィルターは角度高感度（ａｎｇｌｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）フィルタである。入射光がより大きな入射角で角度高感度フィルタに入射すると、角度高感度フィルタに垂直な入射光の等価波長が短くなり、それにより入射光のスペクトルにブルーシフトが生じる。角度高感度フィルタは、高屈折率と低屈折率の誘電体材料を交互に堆積することによって形成された誘電体干渉フィルタであり得る。屈折率が可視光の波長範囲で約１．７より大きい場合、屈折率は高屈折率と見なされる。高屈折率を有する誘電体材料は、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＨ、またはそれらの組み合わせを含み得る。屈折率が可視光の波長範囲で約１．７より小さい場合、屈折率は低屈折率と見なされる。低屈折率の誘電体材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、有機ポリマー、空気、またはそれらの組み合わせを含み得る。あるいは、角度高感度フィルタは、プラズモンフィルターまたは誘電体メタ表面構造であり得る。
【0037】
さらに、いくつかの実施形態では、少なくとも１つのレンズが、第１の開口機能部１０８と第２の開口機能部１１０との間にある中間層１０６に配置され得る。サンプルからの放出光または反射光は、いくつかの層を通過した後の放出光または反射光が依然として検出に十分な光強度を保持できるように、レンズによって集束される。
【0038】
図１Ａに示すように、中間層１０６は、第２の開口機能部１１０上に配置され、導波路１１２は、第２の開口機能部１１０および中間層１０６の上方に配置されてもよい。光源（図示せず）から放出された光は、導波路１１２を介して、サンプルが配置または固定される位置に向かって伝播することができる。導波路１１２は、線形導波路または平面導波路であり得る。
【0039】
図１Ａに示されるように、本開示のいくつかの実施形態によれば、バイオセンサー１０のセンサーユニット１００Ａおよびセンサーユニット１００Ｂのそれぞれは、導波路１１２の上方に配置されたプラテン層１１４をさらに含み得る。プラテン層１１４は、指紋または対象物の輪郭の検出などの生体認証のための平坦な表面を提供することができる。
【0040】
いくつかの実施形態では、プラテン層１１４は、透明または半透明であり得る。より具体的には、プラテン層１１４が透明である実施形態では、プラテン層１１４の材料は、４００ｎｍ～７５０ｎｍの範囲の波長の光に対して、８５％以上、または好ましくは９２％以上の光透過率を有し得る。プラテン層１１４が半透明である実施形態では、プラテン層１１４の材料は、４００ｎｍ～７５０ｎｍの範囲の波長の光に対して２５％以上８５％以下の光透過率を有し得る。
【0041】
プラテン層１１４の材料は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、ポリマー、またはそれらの組み合わせを含み得る。例えば、ポリマーは、ビスベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、その他の適切な材料、またはそれらの組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。プラテン層１１４は、スパッタリング、蒸着、スピンコーティング、化学蒸着（ＣＶＤ）、分子線蒸着、任意のその他の適切なプロセス、またはそれらの組み合わせを用いて形成されることができる。例えば化学蒸着プロセスには、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）、低温化学蒸着（ＬＴＣＶＤ）、急速熱化学蒸着（ＲＴＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
【0042】
いくつかの実施形態では、プラテン層１１４の表面の一部は、修飾（ｍｏｄｉｆｉｅｄ）された部分のみが所望のバイオサンプルを捕捉することができるように修飾され得る。例えば、いくつかの所望のバイオサンプルは、プラテン層１１４の表面上のいくつかの官能基を修飾することによって捕捉され得る。さらに、プラテン層１１４の表面の上述の修飾された部分は、バイオサンプルの固定化を強化するためにさらに修飾され得る。例えば、いくつかの実施形態では、プラテン層１１４は、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）、機能性ポリマー、またはヒドロゲルでコーティングまたは処理されて、バイオサンプルを特定の位置に固定化して検出することができる。バイオサンプルは、その重量、サイズ、表面電荷、またはファンデルワールス力などに応じて、プラテン層１１４上に固定化され得る。
【0043】
図１Ｂに示すように、バイオセンサー１０のセンサーユニット１００Ａおよびセンサーユニット１００Ｂのそれぞれは、プラテン層１１４に形成されたナノウェル１１６を有する。検出されるバイオサンプルは、ナノウェル１１６に収容され得る。ナノウェル１１６は、プラテン層１１４を堆積させた後、プラテン層１１４に開口機能部を形成することによって形成されることができる。同様に、ナノウェル１１６の表面は、上述と同様の方法を用いて修飾され、バイオサンプルの固定化を強化することができる。
【0044】
次に、図１Ｃに示すように、図１Ｃは、図１Ｂに示されるバイオセンサー１０の上面図を示している。図１Ｂおよび次の図の上面図では、単に簡単にするために、ナノウェル１１６を除いて、第１の開口機能部１０８の上の層または構成要素が省略されることに留意されたい。いくつかの実施形態では、ナノウェル１１６は、センサーユニット１００Ａおよび１００Ｂのそれぞれの対称中心に配置され得る。しかしながら、他の実施形態では、ナノウェルは、センサーユニット１００Ａおよび１００Ｂのそれぞれの対称中心からオフセットされ得る。
【0045】
図２は、本開示のもう１つの実施形態による、１つ以上の下部格子素子１０８Ａを有するセンサーユニット１００Ａの上面図を示している。上記のように、センサーユニット１００Ａの第１の開口機能部１０８は、ｍ×ｎ個の格子アレイを定義する１つ以上の下部格子素子１０８Ａを含み得る。例えば、図２の左側では、センサーユニット１００Ａの第１の開口機能部１０８は、３×３の格子アレイを定義する９つの下部格子素子１０８Ａを含む。図２の右側では、センサーユニット１００Ａの第１の開口機能部１０８は、４×４の格子アレイを定義する１６個の下部格子素子１０８Ａを含む。さらに、ナノウェル１１６は、下部格子素子１０８Ａによって定義された格子アレイの対称中心に配置され得る。図２では、全ての下部格子素子１０８Ａが同じ格子周期を有するように示されているが、各センサーユニット１００Ａは、異なる格子周期を有するいくつかのより低い格子素子を含んでもよいことが理解され得る。
【0046】
下部格子素子１０８Ａは、図２において同じ格子周期を有するように示されているが、下部格子素子１０８Ａは、同じまたは異なることができるそれぞれの格子周期を有し得ることに留意されたい。これについては、詳細に説明する。
【0047】
図３Ａ～図３Ｄは、それぞれＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、およびＡｇからなり、さまざまな格子周期を有する下部格子素子または上部格子素子を通過する光の透過スペクトルである。図３Ａ～図３Ｄに示されるように、より大きな格子周期を有する上部または下部格子素子は、より長い波長の入射光を通過させ、より短い波長の入射光を遮断することができる。例えば、図３Ａでは、５００ｎｍを超える波長を有する入射光は、８０％を超える光透過率を有することができ、２５０ｎｍの格子周期を有する下部または上部格子素子を通過することができる。４００ｎｍの格子周期を有する下部または上部格子素子を用いるとき、６００ｎｍを超える波長の入射光のみが下部または上部格子素子を通過できる。また、異なる材料は、スペクトル選択性も異なる可能性がある。従って、所望のスペクトル選択性は、適切な材料を選択し、且つ下部および上部格子素子の格子周期を調整することによって達成することができる。
【0048】
図４Ａおよび図４Ｂは、本開示の他の実施形態によるバイオセンサー２０の断面図および上面図をそれぞれ示している。図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、センサーユニット１００Ａおよび１００Ｂは、２つの下部格子素子１０８Ａ１、１０８Ａ２および１０８Ｂ１、１０８Ｂ２をそれぞれ有する。２つの下部格子素子は、１つのセンサーユニットに１×２の格子アレイを定義する。例えば、下部格子素子１０８Ａ１および１０８Ａ２は、センサーユニット１００Ａ内に１×２の格子アレイを定義し、下部格子素子１０８Ｂ１および１０８Ｂ２は、センサーユニット１００Ｂ内に１×２の格子アレイを定義する。
【0049】
これらの実施形態では、下部格子素子１０８Ａ１の格子周期は、下部格子素子１０８Ａ２の格子周期以下であり、下部格子素子１０８Ｂ１の格子周期は、下部格子素子１０８Ｂ２の格子周期以下である。上部格子素子１１０Ａの格子周期は、下部格子素子１０８Ａ１の格子周期以下であり、上部格子素子１１０Ｂの格子周期は、下部格子素子１０８Ｂ１の格子周期以下である。各下部格子素子は、１つのフォトダイオード１０４に対応する。センサーユニット１００Ａおよび１００Ｂのそれぞれの２つの下部格子素子１０８Ａ１、１０８Ａ２または１０８Ｂ１、１０８Ｂ２を通過するバイオサンプルからの放出光または反射光は、Ｂは、２つのタイプのスペクトル分布を有する２つの部分に分割されることができ、各部分は、１つのフォトダイオード１０４によって検出されることができる。従って、より多くの情報が個々のセンサーユニット内を移動する放出光または反射光から得られることができる。
【0050】
また、センサーユニット１００Ａの上部格子素子１１０Ａおよび下部格子素子１０８Ａ１、１０８Ａ２は、センサーユニット１００Ｂの上部格子素子１１０Ｂおよび下部格子素子１０８Ｂ１、１０８Ｂ２の第２の偏光角とは異なる第１の偏光角を有する。隣接するセンサーユニット１００Ａと１００Ｂ間のクロストークは、それに応じて低減され得る。いくつかの特定の実施形態では、第１の偏光角と第２の偏光角間の絶対値の差は９０°である。
【0051】
図４Ｃおよび図４Ｄに示すように、図４Ｃおよび図４Ｄは、本開示の他の実施形態による、オフセットナノウェル１１６を有するバイオセンサー２０の断面図および上面図をそれぞれ示している。図４Ｃおよび図４Ｄに示された実施形態では、第１の開口機能部１０８と第２の開口機能部との間の中間層１０６は、角度高感度フィルタを含む。センサーユニット１００Ａおよび１００Ｂのそれぞれのナノウェル１１６は、下部格子素子１０８Ａ１、１０８Ａ２および１０８Ｂ１、１０８Ｂ２によって定義されたそれぞれの格子アレイの対称中心からオフセットされている。さらに、ナノウェル１１６は、下部格子素子１０８Ａ１または１０８Ｂ１よりも小さい格子周期を有する下部格子素子１０８Ａ２または１０８Ｂ２の近くに配置される。
【0052】
図４Ｅは、図４Ｃおよび図４Ｄに示されたバイオセンサー２０を用いたバイオサンプル１１８の検出を示している。導波路１１２を透過した光をバイオサンプル１１８に照射することにより、バイオサンプル１１８は、放出光を生成するか、または光を反射することができる。放出光または反射光の第１の部分Ｌ１は、第１の角度θ１で上部格子素子１１０Ａに入射し（即ち、第１の角度θ１で下部格子素子１０８Ａ１に入射する）、放出光または反射光の第２の部分Ｌ２は、第２の角度θ２で上部格子素子１１０Ａに入射し（即ち、第２の角度θ２で下部格子素子１０８Ａ２に入射する）。ナノウェル１１６がセンサーユニット１００Ａの格子アレイの対称中心からオフセットされており、下部格子素子１０８Ａ２に近いため、第１の角度θ１は、第２の角度θ２よりも大きい。
【0053】
第１の開口機能部１０８と第２の開口機能部１１０との間の中間層１０６の角度高感度フィルタを通過した後、放出光または反射光の第１の部分Ｌ１は、角度高感度フィルタにより引き起こされたブルーシフト現象により、より短い波長を有する。その結果、センサーユニット１００Ａの下部格子素子１０８Ａ１およびセンサーユニット１００Ｂの下部格子素子１０８Ｂ１などのスペクトル選択には、より小さな格子周期を有する下部格子素子が必要とされる。一方、角度高感度フィルタを通過した後、放出光または反射光の第２の部分Ｌ２は、第１の部分Ｌ１よりも長い波長を有する。従って、センサーユニット１００Ａの下部格子素子１０８Ａ２およびセンサーユニット１００Ｂの下部格子素子１０８Ｂ２など、より大きな格子周期を有する下部格子素子が必要とされる。
【0054】
図４Ｆ～図４Ｈは、さまざまな配置の下部格子素子を含むセンサーユニット１００Ａを示す上面図である。図４Ｆ～図４Ｈのセンサーユニット１００Ａは、図４Ｆのセンサーユニット１００Ａが２×２の格子アレイを定義する４つの下部格子素子を有することを除いて、図４Ｄに示された実施形態のセンサーユニット１００Ａと同様であり、図４Ｇおよび図４Ｈのセンサーユニット１００Ａは、３×３の格子アレイを定義する９つの下部格子素子を有する。
【0055】
センサーユニット１００Ａが１つ以上の下部格子素子を含む実施形態では、各下部格子素子の格子周期は、下部格子素子とナノウェル１１６との間の横方向の距離が増加するにつれて、減少する。本明細書で用いられる横方向の距離は、Ｘ方向またはＹ方向に沿った下部格子素子とナノウェル１１６との間の水平距離であり得る。図４Ｆでは、センサーユニット１００Ａは、１つの下部格子素子１０８Ａ１、２つの下部格子素子１０８Ａ２、および１つの下部格子素子１０８Ａ３を有する。下部格子素子１０８Ａ３の格子周期は、下部格子素子１０８Ａ２の格子周期以下であり、下部格子素子１０８Ａ２の回折周期は、下部格子素子１０８Ａ１の回折周期以下である。
【0056】
より大きな入射角で下部格子素子に入射する放出光または反射光は、より弱い光強度を有し得る。従って、下部格子素子とナノウェル１１６との間の横方向の距離が増加するにつれて、より小さな格子周期を有するより多くの低部格子素子が必要とされ、分析に十分な光強度を得る。全ての下部格子素子の中で、下部格子素子１０８Ａ４は、ナノウェル１１６から最も遠く、従って、最小の格子周期を有する。対照的に、下部格子素子１０８Ａ１は、ナノウェル１１６に最も近く、従って、最大の格子周期を有する。
【0057】
図４Ｈでは、センサーユニット１００Ａは、３つの下部格子素子１０８Ａ６、２つの下部格子素子１０８Ａ５、１つの下部格子素子１０８Ａ４、１つの下部格子素子１０８Ａ３、１つの下部格子素子１０８Ａ２、および１つの下部格子素子１０８Ａ４を含む。図４Ｈに示される実施形態では、ナノウェル１１６は、下部格子素子１０８Ａ１、１０８Ａ２、１０８Ａ３、および１０８Ａ４によって定義された格子アレイの中心に配置される。下部格子素子１０８Ａ１～１０８Ａ４は、互いに異なるそれぞれの格子周期を有する。同様に、ナノウェル１１６から最も遠い下部格子素子１０８Ａ６は、最小の格子周期を有し、下部格子素子１０８Ａ６よりもナノウェル１１６に近い下部格子素子１０８Ａ５は、下部格子素子１０８Ａ６以上の格子周期を有する。下部格子素子１０８Ａ１～１０８Ａ４は、異なる格子周期を有し、より多様なスペクトル選択を可能にするように形成され得る。さらに、下部格子素子１０８Ａ１～１０８Ａ４の配置は、図４Ｈに示されたものに限定されない。下部格子素子１０８Ａ１～１０８Ａ４は、それらが２×２に配置され、ナノウェル１１６の真下に配置されている限り、任意に配置され得る。
【0058】
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、図５Ａおよび図５Ｂは、本開示の他の実施形態によるバイオセンサー３０の断面図および上面図をそれぞれ示している。図５Ａおよび図５Ｂに示されたバイオセンサー３０は、各センサーユニット１００Ａおよび１００Ｂが、２×２に配置された４つの下部格子素子を有すること以外は、図４Ａおよび図４Ｂに示されたバイオセンサー２０と同様である。バイオセンサー３０のセンサーユニット１００Ａおよびセンサーユニット１００Ｂの断面は、それぞれ、線Ａ－Ａ’およびＢ－Ｂ’に沿って取られている。図５Ｂは、センサーユニット１００Ａおよび１００ＢがＸ方向に沿って交互のパターンでどのように配置されるかを示しているが、センサーユニット１００Ａおよび１００Ｂも同じ方法であるが、Ｙ方向に沿って配置され得ることに留意されたい。
【0059】
いくつかの実施形態では、下部格子素子１０８Ａ１～１０８Ａ４は、徐々に増加するそれぞれの格子周期を有ることができ、下部格子素子１０８Ａ１～１０８Ａ４のそれぞれの格子周期は、上部格子素子１１０Ａの格子周期以下である。もう１つの実施形態では、１つ以上の下部格子素子１０８Ａ１～１０８Ａ４は、上部格子素子１１０Ａと同じ格子周期を有し得る。上述のように、センサーユニット１００Ａにおける下部格子素子１０８Ａ１～１０８Ａ４および上部格子素子１１０Ａの第１の偏光角は、センサーユニット１００Ｂにおける下部格子素子１０８Ｂ１～１０８Ｂ４および上部格子素子１１０Ｂの第２の偏光角と異なる。さらに、図５Ａおよび図５Ｂに示される実施形態では、ナノウェル１１６は、下部格子素子１０８Ａ１～１０８Ａ４または１０８Ｂ１～１０８Ｂ４によって定義された２×２の格子アレイの対称中心に配置される。
【0060】
１つ、２つ、および４つの下部格子素子は、前述の図に示されているが、各センサーユニットの下部格子素子の数はそれに限定されないことを理解されたい。もう１つの実施形態では、各センサーユニットは、ｍ×ｎ個の格子アレイを定義する複数の下部格子素子を有することができ、ｍおよびｎは正の整数であり、同じまたは異なってもよい。
【0061】
要約すると、本開示のいくつかの実施形態によれば、バイオセンサーの各センサーユニットは、１つの上部格子素子および１つ以上の下部格子素子を有することができる。センサーユニットのうちの１つにおける上部および下部格子素子の第１の偏光角は、隣接するセンサーユニットにおける上部および下部格子素子の第２の偏光角と異なる。従って、隣接するセンサーユニット間のクロストークは、低減され得る。さらに、下部格子素子は、徐々に増加され、上部格子素子の格子周期以上であるそれぞれの格子周期を有し得る。このような下部格子素子を用いれば、バイオセンサーは、対象物またはバイオサンプルを正確な方法で検出することができ、さまざまな対象物またはバイオサンプル間の違いを容易に区別することができる。
【0062】
本開示およびそれらの利点の一部の実施形態が詳細に説明されてきたが、添付の請求の範囲によって定義されるように、本開示の精神および範囲を逸脱せずに、本明細書において種々の変更、置換、および代替をすることができることを理解すべきである。例えば、本明細書で述べられる特徴、機能、プロセス、および材料の多くが本開示の範囲を逸脱することなく変更できることが当業者にとっては容易に理解されるだろう。また、本出願の範囲は、本明細書中に述べられたプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、およびステップの特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。当業者が本開示の開示から容易に理解するように、本明細書で述べられた対応する実施形態と、実質的に同様の機能を実行するか、または実質的に同様の結果を達成する、現存の、または後に開発される、開示、プロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、またはステップが本開示に従って利用され得る。よって、添付の特許請求の範囲は、上述のプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、またはステップを含むように意図される。
【符号の説明】
【0063】
１０、２０、３０ バイオセンサー
１００Ａ、１００Ｂ センサーユニット
１０２ 基板
１０４ フォトダイオード
１０６ 中間層
１０８ 第１の開口機能部
１０８Ａ、１０８Ａ１、１０８Ａ２、１０８Ａ３、１０８Ａ４、１０８Ａ５、１０８Ａ６、１０８Ｂ、１０８Ｂ１、１０８Ｂ２、１０８Ｂ３、１０８Ｂ４ 下部格子素子
１１０ 第２の開口機能部
１１０Ａ、１１０Ｂ 上部格子素子
１１２ 導波路
１１４ プラテン層
１１６ ナノウェル
１１８ バイオサンプル
Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’ 線
Ｌ１ 第１の部分
Ｌ２ 第２の部分
θ１ 第１の角度
θ２ 第２の角度
１００Ａ、１００Ｂ センサーユニット
１０２ 基板
１０４ フォトダイオード
１０６ 中間層
１０８ 第１の開口機能部
１０８Ａ、１０８Ａ１、１０８Ａ２、１０８Ａ３、１０８Ａ４、１０８Ａ５、１０８Ａ６、１０８Ｂ、１０８Ｂ１、１０８Ｂ２、１０８Ｂ３、１０８Ｂ４ 下部格子素子
１１０ 第２の開口機能部
１１０Ａ、１１０Ｂ 上部格子素子
１１２ 導波路
１１４ プラテン層
１１６ ナノウェル
１１８ バイオサンプル
Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’ 線
Ｌ１ 第１の部分
Ｌ２ 第２の部分
θ１ 第１の角度
θ２ 第２の角度
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図4G】
【図4H】
【図5A】
【図5B】