光学生物传感器、包括该光学生物传感器的生物感测系统和制造光学生物传感器的方法

摘要

本发明公开了一种光学生物传感器，包括：生物感测单元，该生物感测单元被配置为接收输入光学信号并产生感测光学信号，该感测光学信号的波长根据检测生物材料的结果而变化；和光谱仪，该光谱仪包括多个环形谐振器，所述多个环形谐振器用于根据波长划分感测光学信号并分别产生多个输出光学信号。

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请要求2012年11月2日向韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2012-0123741的权益，并且要求2012年3月23日递交的美国临时申请号61/614，705和2012年4月3日递交的61/619，703的基于35U.S.C.§119(e)的优先权权益，通过引用将它们的公开内容全部结合于此。 

技术领域

本发明构思涉及光学生物传感器，并且更具体地，涉及光学生物传感器、包括该光学生物传感器的生物感测系统、和制造光学生物传感器的方法。 

背景技术

生物传感器是测量处于液态或气态的有机或无机材料的浓度的装置。生物传感器可以包括的示例包括压电式生物传感器、光学生物传感器、机电式生物传感器等。光学生物传感器基于生物因素与将被检测的目标材料相互作用的光学现象测量生物材料的浓度。 

发明内容

根据本发明构思的一个方面，提供了一种光学生物传感器，包括：生物感测单元，该生物感测单元被配置为通过接收输入光学信号并产生具有根据生物材料变化的波长的感测光学信号而检测生物材料；和光谱仪，该光谱仪被配置为通过使感测光学信号通过具有不同的谐振波长的多个环形谐振器产生多个输出光学信号，所述多个输出光学信号具有基于生物材料变化的强度。 

感测光学信号可以为通过从输入光学信号的波长成分中提取谐振波长和通过从输入光学信号中去除所述谐振波长中的一种方式获得的信号，所述谐振波长根据生物材料的浓度变化。生物感测单元可以包括被配置为从输入光学信号的波长成分中提取谐振波长的环形谐振器。 

生物感测单元可以包括：被配置为接收输入光学信号的第一光波导；被配置为从输入光学信号的波长成分中提取谐振波长的环形谐振器，所述谐振波长是经由环形谐振器和第一光波导之间的间距提取的；和第二光波导，该第二光波导被配置为经由第二光波导和环形谐振器之间的间距将所述谐振波长作为所述感测光学信号提供至光谱仪。 

生物感测单元可以包括用于接收输入光学信号的光波导和环形谐振器，该环形谐振器用于通过经由环形谐振器和光波导之间的间距从输入光学信号的波长中去除所述谐振波长产生感测光学信号，并且将感测光学信号提供至光波导。 

生物感测单元可以包括：用于接收输入光学信号的第一光波导；空腔谐振器，该空腔谐振器用于从输入光学信号的波长中提取谐振波长，并提供所述谐振波长作为所述感测光学信号；和第二光波导，该第二光波导用于接收感测光学信号并将感测光学信号提供至光谱仪。 

光谱仪可以包括：用于接收感测光学信号的第一光波导；所述多个环形谐振器，所述多个环形谐振器用于经由所述多个环形谐振器和第一光波导之间的间距从感测光学信号的波长中提取多个谐振波长；和多个第二光波导，所述多个第二光波导用于经由所述多个第二光波导和所述多个环形谐振器之间的间距接收所述多个谐振波长，并且提供所述多个谐振波长作为所述多个输出光学信号。 

所述多个环形谐振器可以分别提取不同的谐振波长。 

光栅耦合器位于所述多个第二光波导的端部处。 

光谱仪可以包括N个环形谐振器，所述N个环形谐振器用于产生N个输出光学信号，所述N个输出光学信号具有分别与从感测光学信号的3dB带宽划分的N个相等的子带对应的输出波长成分。 

生物感测单元和光谱仪可以位于同一半导体衬底上。 

光学生物传感器还可以包括将所述多个输出光学信号转换成电信号 的检测单元。 

检测单元可以包括用于分别接收所述多个输出光学信号的多个检测器。 

所述多个检测器可以包括光电二极管、光电晶体管、飞行时间(TOF)传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器和电荷耦合器件(CCD)传感器中的至少一种。 

生物感测单元、光谱仪和检测单元形成在或被封装在同一半导体衬底上。 

光学生物传感器还可以包括用于基于从检测单元输出的电信号确定生物材料的浓度的信号处理器。 

光学生物传感器还可以包括用于将输入光学信号提供至生物感测单元的光源。 

根据本发明构思的另一个方面，提供了一种光学生物传感器，包括：被配置为从输入光学信号中提取感测光学信号的生物感测环形谐振器，感测光学信号具有根据生物材料的浓度变化的谐振波长；和被配置为从感测光学信号中提取多个输出光学信号的多个光谱环形谐振器，每个输出光学信号具有不同的波长。 

光学生物传感器还可以包括多个检测器，所述多个检测器用于通过将所述多个输出光学信号转换成电信号而提供用于指示所述多个输出光学信号的强度的信息。 

根据本发明构思的另一个方面，提供了一种生物感测系统，包括：流体通道，生物材料经由该流体通道流动；和生物传感器芯片，该生物传感器芯片被配置为基于生物材料的光学特性检测生物材料是否存在和生物材料的浓度中的至少一种，并基于所述检测输出电信号。该生物传感器芯片包括：邻近流体通道的开口；被配置为根据输入光学信号产生感测光学信号的生物感测单元，感测光学信号的波长根据生物材料是否存在和生物材料的浓度中的至少一种变化；和包括具有不同的谐振波长的多个环形谐振器的光谱仪，该光谱仪被配置为通过使感测光学信号通过所述多个环形谐振器而产生多个输出光学信号，所述多个输出光学信号具有基于生物材料变化的强度。 

生物传感器芯片还可以包括用于基于所述强度将所述多个输出光学信号转换成电信号的检测单元。 

生物感测单元、光谱仪和检测单元形成在或被封装在同一半导体衬底上。 

根据本发明构思的另一个方面，提供了一种制造光学生物传感器的方法，包括下述步骤：在衬底上形成覆层；在覆层上形成芯层；以及图案化芯层以获得生物感测环形谐振器、多个光谱环形谐振器和多个光波导。 

所述多个光波导可以包括：第一光波导，该第一光波导用于接收输入光学信号并将输入光学信号作为感测光学信号提供至生物感测环形谐振器；第二光波导，该第二光波导用于接收来自生物感测环形谐振器的感测光学信号并将感测光学信号提供至所述多个光谱环形谐振器；和多个第三光波导，所述多个第三光波导用于接收来自所述多个光谱环形谐振器的多个输出光学信号。 

该方法还可以包括在所述多个第三光波导的一个端部处形成多个检测器的步骤。 

根据本发明构思的另一个方面，提供了一种光学生物传感器，包括衬底，该衬底具有位于该衬底上的生物感测单元和光谱仪，生物感测单元被配置为基于生物材料产生感测光学信号，并且光谱仪被配置为将感测光学信号划分成多个输出光学信号，每个输出光学信号具有不同的波长。 

附图说明

根据接下来联系附图进行的详细描述，将更清楚地理解本发明构思的示例性实施例，在附图中： 

图1为根据本发明构思的示例性实施例的光学生物传感器的框图； 

图2具体地图示图1的光学生物传感器的框图的多个框的示例； 

图3具体地图示图2的光学生物传感器中包括的生物感测单元的展开图； 

图4A和4B图示图3的生物感测单元中包括的光波导的示例； 

图5A和5B为沿着图3的A-A′线截取的剖视图，其中图5A图示目标材料为抗体的情况，图5B图示目标材料为脱氧核糖核酸(DNA)的情况； 

图6A图示其中目标材料和探测材料还未被结合在图3的生物感测单元中的状态； 

图6B图示其中目标材料和探测材料已经被结合在图3的生物感测单元中的状态； 

图6C为图示图6A和6B中的感测光学信号的波长的曲线图； 

图7具体地图示图2的根据本发明构思的示例性实施例的光学生物传感器中包括的光谱仪的示例； 

图8为图示图7的光谱仪中的感测光学信号和多个输出光学信号的光谱的曲线图； 

图9具体地图示图2的根据本发明构思的示例性实施例的光学生物传感器中包括的光谱仪的另一个示例； 

图10为根据本发明构思的另一个示例性实施例的、包括图7中的光谱仪的光学生物传感器的一部分的透视图； 

图11为图示根据本发明构思的另一个示例性实施例的、采用如在图10中示出的光栅耦合器的的光栅耦合器的光学耦合原理的示意图； 

图12为根据本发明构思的另一个示例性实施例的、包括图7中的光谱仪的光学生物传感器的一部分的透视图； 

图13为图示由图2的、根据本发明构思的示例性实施例的光学生物传感器产生的输入光学信号感测光学信号和多个输出光学信号的光谱的曲线图； 

图14为图示在图2的、根据本发明构思的示例性实施例的光学生物传感器中产生的输出光学信号的强度根据其波长的变化的曲线图； 

图15图示图1的光学生物传感器的另一个示例； 

图16具体地图示图15的生物感测单元； 

图17为图示由图15的、根据本发明构思的另一个示例性实施例的光学生物传感器产生的输入光学信号、感测光学信号和多个输出光学信号的光谱的曲线图； 

图18图示图1的光学生物传感器的另一个示例； 

图19为根据本发明构思的另一个示例性实施例的光学生物传感器的框图； 

图20为根据本发明构思的示例性实施例的、图19中图示的信号处理器的详细框图； 

图21至24为顺序地图示根据本发明构思的示例性实施例的制造光学生物传感的方法的剖视图； 

图25为图示根据本发明构思的示例性实施例的制造光学生物传感器的方法的流程图；和 

图26为根据本发明构思的示例性实施例的生物感测系统的示意图。 

具体实施方式

以下，将参照附图详细描述本发明构思的示例性实施例。提供这些实施例以便本公开内容是充分的和完整的，并且将本发明构思的保护范围完全转达给本领域技术人员。因此，本发明构思可以被以多种不同的形式实施，并且不应当被解释为限于如在本文中提出的示例性实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且为清楚起见，可以夸大多个层和区域的长度和尺寸。 

本文中使用的术语仅是用于描述具体实施例的目的且不是意图限制本发明构思。如本文中使用的，单数形式‘一个（a或者an）’和‘所述（the）’意图还包括复数形式，除非上下文明确地给出相反的指示。进一步将理解，术语‘包括’和/或‘包含’在用在本说明书中时表示所声称的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。 

将会理解，虽然术语‘第一’，‘第二’，‘第三’等在本文中可以用来描述各种元件、部件、区域、层和/或段，但元件、部件、区域、层和/或段不应到受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或段与另一个区域、层或段区分开。因此，在不偏离本发明构思的教导的情况下，下文中讨论的第一元件、部件、区域、层或段可以称为第二元件、部件、区域、层或段。 

除非另有限定，本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明构思所属的技术领域中的本领域技术人员通常所理解的含义。进一步将会理解，诸如在常用词典中限定的术语应当被解释为具有与它们在相 关技术的背景中的含义一致的含义，并且将不被以理想化的或过度正式的含义进行解释，除非在此明确地进行了这种限定。 

如在本文中使用的，术语″和/或″包括所列出的相关联的项目中的一个或多个的任何和所有组合。位于元件列表之前时的诸如“至少一个”的表述修饰整个元件列表，而不修饰该列表中的单个元件。 

图1为根据本发明构思的示例性实施例的光学生物传感器1的框图。参照图1，光学生物传感器1可以包括生物感测单元20、光谱仪30和检测单元40。光学生物传感器1还可以包括光源10。光学生物传感器1可以基于由于生物材料，且特别地，由于诸如目标脱氧核糖核酸(DNA)或抗原之类的目标材料和诸如探测DNA或抗体之类的探测材料的结合，的相互作用而发生的光学现象检测生物材料是否存在或检测生物材料的浓度。 

光源10可以产生输入光学信号Lin并将输入光学信号Lin提供至生物感测单元20。生物感测单元20可以接收输入光学信号Lin并产生感测光学信号Ls，感测光学信号Ls的波长根据检测生物材料的结果变化。具体地，感测光学信号Ls可以为通过从输入光学信号Lin的波长成分中提取根据生物材料的浓度变化的谐振波长获得的光学信号，或者可以为通过从输入光学信号Lin中去除该谐振波长获得的光学信号。 

光谱仪30可以包括多个环形谐振器(未示出)。所述多个环形谐振器可以通过根据波长划分感测光学信号Ls而分别产生多个输出光学信号Lout1至LoutN。检测单元40可以包括多个光电检测器(未示出)，其可以将所述多个输出光学信号Lout1至LoutN分别转换成电信号Sout1至SoutN。 

根据本发明构思的示例性实施例，生物感测单元20和光谱仪30可以形成在或被封装在同一衬底上。根据本发明构思的另一个示例性实施例，生物感测单元20、光谱仪30和检测单元40可以形成在或被封装在同一衬底上。根据本发明构思的另一个示例性实施例，光源10、生物感测单元20、光谱仪30和检测单元40可以形成在或被封装在同一衬底上。 

通常，光学生物传感器通过分析通过基于光学特性检测生物材料获得的光学信号的波长确定生物材料的浓度。因此常规光学生物传感器例如需要单独的光谱仪来分析光学信号的波长。相反，根据本发明构思的示例性实施例，在光学生物传感器1中，光谱仪30是采用所述多个环形谐振器 实现的，并且可以与光学生物传感器1的另一个元件，如，生物感测单元20集成为一体。因此，可以制造光学生物传感器1，而不需要附加的设备，如光谱仪，从而可将光学生物传感器1制造紧凑。因此，光学生物传感器1可以与便携式智能装置等一起运行。 

图2具体地图示作为图1的光学生物传感器的示例的光学生物传感器1a。 

参照图2，光学生物传感器1a可以包括光源10a、生物感测单元20a、光谱仪30a和检测单元40a。 

光源10a可以产生输入光学信号Lin并将输入光学信号Lin提供至生物感测单元20a。具体地，输入光学信号Lin可以包括在期望的(或，可替换地，预定的)范围内的波长成分，如，从数十纳米到数百纳米的范围内的波长成分。例如，输入光学信号Lin的3dB波长可以为845nm和855nm。在该情况中，输入光学信号Lin的3dB带宽或半峰时全宽度(full width at half maximum,FWHM)可以为10nm。然而，本发明构思不限于此，并且可以将输入光学信号Lin的波形和波长范围设为其它值。 

根据本发明构思的示例性实施例，光源10a可以为放大自发射(amplified spontaneous emission,ASE)装置或超发光发光二极管(superluminescent light-emitting diode,SLED)。根据本发明构思的另一个示例性实施例，光源10a可以包括波长控制器(未示出)和波长变化光源(未示出)。波长变化光源例如为分布式反馈激光二极管(distributed feedback laser diode,DFD)。 

生物感测单元20a可以从输入光学信号Lin中产生感测光学信号Ls，感测光学信号Ls的波长根据是否存在生物材料或根据生物材料的浓度变化。具体地，感测光学信号Ls可以通过从输入光学信号Lin的波长成分中提取对应于生物材料的浓度的谐振波长获得的光学信号。根据本实施例，生物感测单元20a可以包括用于从输入光学信号Lin的波长成分中提取该谐振波长成分的环形谐振器RR0。以下将参照图3至6详细描述生物感测单元20a的结构。 

光谱仪30a可以包括多个环形振荡器RR1至RR11。所述多个环形振荡器RR1至RR11可以通过根据波长划分感测光学信号Ls而分别产生多 个输出光学信号Lout1至Lout11。在本实施例中，在光谱仪30a中包括11个环形振荡器RR1至RR11，但光谱仪30a中可以包括的环形振荡器的数量可以根据本发明构思的实施例变化。以下会参照图7至12详细描述光谱仪30a的结构。 

检测单元40a可以包括多个光电检测器PD1至PD11。所述多个光电检测器PD1至PD11可以将所述多个输出光学信号Lout11至Lout11分别转换成电信号Sout1至Sout11(未示出)。所述多个光电检测器PD1至PD11可以分别连接至所述多个环形振荡器RR1至RR11。光电检测器PD1至PD11的数量可以对应于环形振荡器RR1至RR1的数量。例如，所述多个光电检测器PD1至PD11可以包括光电二极管、光电晶体管、电荷耦合器件(CCD)图像传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器、飞行时间(TOF)传感器等。 

图3具体地图示图2的生物感测单元20a。 

参照图3，生物感测单元20a可以包括第一光波导PWG1、环形谐振器RR0和第二光波导PWG2。流体通道FLCH可以设置在第一光波导PWG1、环形谐振器RR0和第二光波导PWG2的上方。开口OP可以形成在环形谐振器RR0的上方，环形谐振器RR0经由所述开口OP在流体通道FLCH中露出。第一和第二光波导PWG1和PWG2可以为直线型光波导，环形谐振器RR0可以为具有圆形形状或跑道形状的光波导。 

环形谐振器RR0可以与第一光波导PWG1隔开第一间距d1，环形谐振器RR0可以与第二光波导PWG2隔开第二间距d2。根据本发明构思的示例性实施例，环形谐振器RR0可以与第一光波导PWG1水平地隔开第一间距d1，并且可以与第二光波导PWG2水平地隔开第二间距d2。根据本发明构思的另一个示例性实施例，环形谐振器RR0可以与第一光波导PWG1垂直地隔开第一间距d1，并且可以与第二光波导PWG2垂直地隔开第二间距d2。 

图4A和4B图示作为图3的生物感测单元20a中包括的第一和第二光波导PWG1和PWG2的示例的光波导PWG′和PWG″。 

参照图4A，光波导PWG′可以包括透射光学信号的芯层CORE和围绕芯层CORE的覆层CLD。芯层CORE的折射率n1高于覆层CLD的折射 率n2。因此，当光学信号以大于阈值的角度θt入射在芯层CORE上时，光学信号可以被全反射而不辐射到芯层CORE之外，并且在被限制在芯层CORE内的同时在芯层CORE内传播。 

参照图4B，光波导PWG″可以被实施为形成在半导体衬底SUB上的硅波导。也就是说，下覆层LCLD可以形成在半导体衬底SUB上，芯层CORE可以形成在下覆层LCLD上，上覆层UCLD可以形成为围绕芯层CORE。然而，本发明构思不限于此，可以以不同的方式确定光波导PWG″的结构，即这些层形成的顺序和这些层的形状。 

每个芯层CORE可以包括硅(Si)或硅基化合物，如，氮化硅(SiN)。下覆层LCLD和上覆层UCLD中的每一个可以包括氧化物(Ox)。硅(Si)的折射率约为3.5，氧化物(Ox)的折射率约为1.4。因此，芯层CORE的折射率高于下覆层和上覆层LCLD和UCLD的折射率。因此，当光学信号以大于阈值的角度入射在芯层CORE上时，全反射可以在芯层CORE与下覆层和上覆层LCLD和UCLD之间的边界处发生，并且因此可以经由芯层CORE传输光学信号。 

返回参照图3，满足环形谐振器RR0的谐振条件的波长，即，从光源10供给并被全反射以在第一光波导PWG1内传播的输入光学信号Lin的波长中的谐振波长λr被转移至环形谐振器RR0。随后，谐振波长λr经由环形谐振器RR0被传输，被转移至第二光波导PWG2，并且随后作为感测光学信号Ls输出。 

因此，由生物感测单元20a产生的感测光学信号Ls为通过从输入光学信号Lin中提取谐振波长λr获得的光学信号。在该情况中，谐振波长λr可以根据由生物感测单元20a检测的生物材料的浓度变化。因此，感测光学信号Ls的波长成分可以根据生物材料的浓度变化。 

更具体地，开口OP形成在环形谐振器RR0的上方，环形谐振器RR0经由开口OP可以接触外部材料，如，将被检测的生物材料。在半导体器件或电路形成在半导体衬底上之后，可以形成钝化层以保护半导体器件或电路免受外部材料的影响。在该情况中，可以通过不将钝化材料涂覆在环形谐振器RR0上而形成开口OP。包含生物材料的流体或气体可以经由设置在光学生物传感器1之外的流体通道FLCH流动并接触开口OP，并且 可以经由开口OP接触环形谐振器RR0。 

图5A和5B为沿着图3的A-A′线截取的剖视图，其中图5A图示目标材料为抗体的情况，图5B图示目标材料为DNA的情况。 

参照图5A，图3的对应的第一光波导PWG1、第二光波导PWG2和环形谐振器RR0的芯层CORE1、芯层CORE2和芯层CORE0可以水平地形成在同一层上。在该情况中，环形谐振器RR0可以与第一和第二光波导PWG1和PWG2水平地隔开期望的(或者可替换地，预定的)间距。钝化层PSV可以形成在第一和第二光波导PWG1和PWG2上，并且开口OP可以在不存在钝化层PSV的位置形成在环形谐振器RR0的上方。 

参照图5B，第一和第二光波导PWG1和PWG2的芯层CORE1和CORE2可以形成下层上，如，在下覆层LCLD中，环形谐振器RR0的芯层CORE0可以形成在上层上，如，在下覆层LCLD上。如上所述，第一和第二光波导PWG1和PWG2的芯层CORE1和CORE2，以及环形谐振器RR0的芯层CORE0可以垂直地形成在不同的层上。在该情况中，环形谐振器RR0可以与第一和第二光波导PWG1和PWG2垂直地隔开期望的(或者可替换地，预定的)间距。 

参照图5A和5B，将被测量的生物材料，即目标材料的受体，固定在环形谐振器RR0的芯层CORE0上。可以根据生物学或生化方法将受体固定在环形谐振器RR0的芯层CORE0上。参照图5A，目标材料为抗原(Ag)，受体因此为抗体(Ab)。参照图5B，目标材料为DNA(TDNA)，受体因此为探测DNA(PDNA)。 

当受体(Ab，PDAN)与目标材料，即，生物材料(Ag，TDNA)结合时，环形谐振器RR0的芯层CORE0的有效折射率可以变化，并且环形谐振器RR0的谐振波长λr可以因此根据芯层CORE0的有效折射率变化。谐振波长λr可以下述方程式1表示。 

[方程式1] 

λr＝neff2πR/m， 

其中‘neff’表示有效折射率，‘R’环形谐振器RR0的表示半径，‘m’表示整数。参照方程式1，谐振波长λr与有效折射率neff成比例。因此，当有效折射率neff增加或减小时，环形谐振器RR0的谐振波长λr也可以 增加或减小。 

例如，如果在受体(Ab，PDNA)和生物材料(Ag，TDNA)结合之前，环形谐振器RR0的有效折射率和谐振波长λr为n0和λ0，则在受体(Ab，PDNA)和生物材料(Ag，TDNA)结合时，环形谐振器RR0的有效折射率可以增加至n1，n2，n3，…，环形谐振器RR0的谐振波长λr可改变至λ0，λ2，λ3，…。受体(Ab，PDNA)和生物材料(Ag，TDNA)结合的程度可以根据生物材料(Ag，TDNA)的浓度改变。因此，谐振波长λr可以根据生物材料(Ag，TDNA)的浓度改变。 

图6A图示其中目标材料和探测材料还未被结合在图3的生物感测单元20a中的状态。图6B图示其中目标材料和探测材料已经被结合在图3的生物感测单元20a中的状态。图6C为图示图6A和6B中的感测光学信号Ls的波长的曲线图。 

参照图6A，当包括具有期望的(或者可替换地，预定的)的带宽的波长△λ的输入光学信号Lin入射在第一光波导PWG1上时，输入光学信号Lin在第一光波导PWG1内传播。在该情况中，具有期望的(或者可替换地，预定的)带宽的波长△λ的谐振波长λr0经由第一光波导PWG1和环形谐振器RR0之间的间距d1被传递至环形谐振器RR0。此外，谐振波长λr0经由环形谐振器RR0和第二光波导PWG2之间的间距d2被传递至第二光波导PWG2，并且随后作为感测光学信号Ls输出。在该情况中，环形谐振器RR0的谐振波长λr在PDNA和TDNA未结合时为λr0。 

参照图6B，在PDNA和TDNA结合时，环形谐振器RR0的折射率变化，并且因此将谐振波长从λr0改变至λr0′。在该情况中，环形谐振器RR0的折射率可以根据TDNA的浓度变化，从而改变谐振波长。 

参照图6C，当谐振波长由于PDNA和TDNA的结合而从λr0变化至λr0′时，感测光学信号Ls的波长从Lλr0变化至Lλr0′。 

图7具体地图示作为图2的光谱仪30的示例的光谱仪30a′。 

参照图7，光谱仪30a′可以包括第二光波导PWG2、多个环形振荡器RR1至RR11、以及多个第三光波导PWG3_1至PWG3_11。详细地，光谱仪30a′可以包括N个环形振荡器RR1至RR11，其产生N个输出光学信号，所述N个输出光学信号具有分别与从感测光学信号Ls的3dB带宽划分的 N个相等部分对应的输出波长成分。在本实施例中，N可以为‘11’，但本发明构思不限于此，并且可以将环形谐振器设置为其它值。 

第二光波导PWG2以及所述多个第三光波导PWG3_1至PWG3_11可以为直线型光波导，所述多个环形振荡器RR1至RR11可以每个具有圆形或跑道形状的光波导。在本实施例中，所述多个第三光波导PWG3_1至PWG3_11可以被设置为垂直于第二光波导PWG2。 

所述多个环形振荡器RR1至RR11可以与第二光波导PWG2隔开第三间距d3。然而，根据本发明构思的另一个示例性实施例，所述多个环形振荡器RR1至RR11可以分别与第二光波导PWG2隔开不同的间距。此外，所述多个环形振荡器RR1至RR11可以分别与对应的第三光波导PWG3_1至PWG3_11隔开第四间距d4。然而，根据本发明构思的另一个示例性实施例，所述多个环形振荡器RR1至RR11可以分别与对应的第三光波导PWG3_1至PWG3_11隔开不同的间距。 

根据本发明构思的示例性实施例，所述多个环形振荡器RR1至RR11可以与第二光波导PWG2水平地隔开第三间距d3，并且分别与对应的第三光波导PWG3_1至PWG3_11水平地隔开第四间距d4。根据本发明构思的另一个示例性实施例，所述多个环形振荡器RR1至RR11可以与第二光波导PWG2垂直地隔开第三间距d3，并且可以分别与对应的第三光波导PWG3_1至PWG3_11垂直地隔开第四间距d4。 

多个环形谐振器，即，第一至第十一环形振荡器RR1至RR11，可以具有不同的谐振波长。例如，第一环形谐振器RR1的谐振波长λr1可以最小，第十一环形谐振器RR11的谐振波长λr11可以最大。在该情况中，第一至第十一环形振荡器RR1至RR11中每两个相邻的环形谐振器的谐振波长之间的差异可以相同。 

图8为图示图7的光谱仪30a′中的感测光学信号Ls和多个输出光学信号Lout1至Lout11的光谱的曲线图。 

参照图8，光谱仪30a′可以通过基于感测光学信号Ls的3dB带宽划分感测光学信号Ls而产生所述多个输出光学信号Lout1至Lout11。具体地，光谱仪30a′可以通过将感测光学信号Ls的3dB带宽划分成(N-1)个相等的子带而产生N个输出光学信号Lout1至Lout11。通过连接N个输出光学 信号Lout1至Lout11的高斯波峰，可以获得对应于感测光学信号Ls的3dB带宽的波形。 

在本实施例中，感测光学信号Ls的3dB波长为849.75nm至850.25nm，感测光学信号Ls的3dB带宽为0.5nm。在这里，N可以为‘11’。在该情况中，通过将作为感测光学信号Ls的3dB带宽的0.5nm除以10(即，N-1)，光谱仪30a′可以产生第一至第十一输出光学信号Lout1至Lout11，波峰之间的距离可以为0.05nm。在该情况中，第一输出光学信号Lout1的波峰可以为849.75nm，第二输出光学信号Lout2的波峰可以为849.80nm，第十一输出光学信号Lout11的波峰可以为850.25nm。 

图9具体地图示作为图2的根据本发明构思的光谱仪30的另一个示例的光谱仪30a″。 

参照图9，光谱仪30a″可以包括第二光波导PWG2、多个环形振荡器RR1至RR11，以及多个第三光波导PWG3_1′至PWG3_11′。具体地，光谱仪30a″可以包括N个环形谐振器RR1至RR11，其产生N个输出光学信号，所述N个输出光学信号具有分别与从感测光学信号Ls的3dB带宽划分的N个相等的子带对应的输出波长成分。在本实施例中，‘N’可以为‘11’，当本发明构思不限于此，可以将环形谐振器的数量设置为其他值。 

第二光波导PWG2和所述多个第三光波导PWG3_1’至PWG3_11’可以为直线型光波导，所述多个环形振荡器RR1至RR11可以为每个具有圆形或跑道形状的光波导。在本实施例中，所述多个第三光波导PWG3_1’至PWG3_11’可以被设置为平行于第二光波导PWG2。 

所述多个环形振荡器RR1至RR11可以与第二光波导PWG2隔开第三间距d3。然而，根据本发明构思的另一个示例性实施例，所述多个环形振荡器RR1至RR11可以与第二光波导PWG2隔开不同的间距。另外，所述多个环形振荡器RR1至RR11可以与对应的第三光波导PWG3_1’至PWG3_11’隔开第四间距d4′。然而，根据本发明构思的另一个示例性实施例，所述多个环形振荡器RR1至RR11可以与对应的第三光波导PWG3_1’至PWG3_11’隔开不同的间距。 

根据本发明构思的一个实施例，所述多个环形振荡器RR1至RR11可 以与第二光波导PWG2水平地隔开第三间距d3，并且可以与对应的第三光波导PWG3_1’至PWG3_11’水平地隔开第四间距d4。根据本发明构思的另一个示例性实施例，所述多个环形振荡器RR1至RR11可以与第二光波导PWG2垂直地隔开第三间距d3，并且可以与对应的第三光波导PWG3_1’至PWG3_11’垂直地隔开第四间距d4。 

所述多个环形谐振器，即，第一至第十一环形振荡器RR1至RR11，可以具有不同的谐振波长。例如，第一环形谐振器RR1的谐振波长λr1可以最小，第十一环形谐振器RR11的谐振波长λr11可以最大。在该情况中，第一至第十一环形谐振器RR1至RR11中每两个相邻的环形谐振器的谐振波长之间的差异可以相同。多个输出光学信号Lout1至Lout11的光谱可以与图8中图示的所述多个输出光学信号Lout1至Lout11的光谱相同，并且因此在此不再对其进行描述。 

图10为根据本发明构思的另一个示例性实施例的包括图7中的光谱仪30a′的光学生物传感器1a′的一部分的透视图。 

参照图10，在光学生物传感器1a′中，多个光电检测器，如，光电二极管PD1和PD2，可以设置在衬底SUB的上部区域上，下覆层LCLD可以设置在衬底SUB的上部区域上，多个环形振荡器RR1和RR2的芯层和多个第三光波导PWG3_1和PWG3_2的芯层可以设置在下覆层LCLD上。以下，为便于说明，所述多个环形振荡器RR1和RR2的芯层将被称为多个环形振荡器RR1和RR2，所述多个第三光波导PWG3_1和PWG3_2的芯层将被称为多个第三光波导PWG3_1和PWG3_2。 

为便于说明，图3的生物感测单元20a中包括的第一和第二光波导PWG1和PWG2以及环形谐振器RR0在图10中未被图示。根据本发明构思的示例性实施例，第二光波导PWG2可以设置为垂直于所述多个第三光波导PWG3_1和PWG3_2。然而，本发明构思不限于此，可以其它它们方式布置第二光波导PWG2以及所述多个第三光波导PWG3_1和PWG3_2。 

在本实施例中，光栅耦合器G1和G2可以分别形成在所述多个第三光波导PWG3_1和PWG3_2的端部处。可以通过在所述多个第三光波导PWG3_1和PWG3_2的端部上形成光栅、即，格栅，制造光栅耦合器G1和G2。光栅耦合器G1和G2能够采用光在格栅处衍射的特征传输/接收光， 并通过控制格栅之间的距离对光进行滤波。 

被形成为制造光栅耦合器G1和G2的格栅的尺寸，即，格栅的间距，可以由入射在其上的光的宽度w和波矢(k-向量)确定。因此，通过恰当地形成用于制造光栅耦合器G1和G2的格栅，可以通过采用光栅耦合器G1和G2耦合入射光以具有高的光耦合效率。以下将参照图11描述采用光栅耦合器G1和G2耦合光的条件。 

图11为图示根据本发明构思的示例性实施例的采用如在图10中示出的光栅耦合器的光栅耦合器的光耦合原理的示意图。 

参照图11，首先，入射光束的相位应当相同，以便可以以高的光耦合效率将入射光束耦合至光栅耦合器G1和G2。这种相位匹配条件可以由下述方程式2表示。 

[方程式2] 

βν=β0+ν2π/Λ， 

其中‘ν’表示整数，‘Λ’表示光栅的间距，‘βν’表示第ν模光束的相位，‘β0’表示基模光束的相位。 

用于将入射光束限制在波导内的引导条件可以由下述方程式3表示。 

[方程式3] 

αm=κn3sinθm=2π/λ0n3 sinθm， 

其中‘m’表示整数，‘λ0’表示表示基模光束的波长，‘κ’表示与波长互逆的波。此外，‘αm’表示第m模光束的折射率的关系值，‘θm’表示第m模光束的入射角。在图11中，‘w’表示入射光束的宽度，‘n1’表示下覆层的折射率，‘n2’表示芯层的折射率，‘n3’表示波导的外侧或上覆层的折射率。为了沿着波导引导入射光束，应当满足κn3<αm<κn2。 

图12为根据本发明构思的另一个示例性实施例的包括图7中的光谱仪30a′的光学生物传感器1a″的一部分的透视图。 

参照图12，在光学生物传感器1a″中，下覆层LCLD可以设置在衬底SUB上，多个环形振荡器RR1和RR2的芯层以及多个第三光波导PWG3_1和PWG3_2的芯层可以设置在下覆层LCLD上。为了便于说明，所述多个环形振荡器RR1和RR2的芯层现在将被称为多个环形振荡器RR1和RR2，所述多个第三光波导PWG3_1和PWG3_2的芯层现在将被称为多个第三 光波导PWG3_1和PWG3_2。 

为了便于说明，在图12中未图示图3的生物感测单元20a中包括的第一和第二光波导PWG1和PWG2以及环形谐振器RR0。根据本发明构思的示例性实施例，第二光波导PWG2可以被设置为垂直于所述多个第三光波导PWG3_1和PWG3_2。然而，本发明构思不限于此，可以以其它方式设置第二光波导PWG2和所述多个第三光波导PWG3_1和PWG3_2。 

在本实施例中，光电检测器PD1和PD2可以分别设置在所述多个第三光波导PWG3_1和PWG3_2的端部处。根据本发明构思的示例性实施例，光电检测器PD1和PD2可以为根据PN结工作的光电二极管。根据本发明构思的另一个示例性实施例，光电检测器PD1和PD2可以为根据金属半导体结工作的肖特基二极管。根据本发明构思的另一个示例性实施例，光电检测器PD1和PD2可以为PIN光电二极管，其中I层插入P层和N层之间。然而，本发明构思不限于此，光电检测器PD1和PD2可以具有其它结构。 

图13为图示由图2的、根据本发明构思的示例性实施例的光学生物传感器1a产生的输入光学信号Lin、感测光学信号Ls和多个输出光学信号Lout1至Lout11的光谱的曲线图。 

参照图13，光源10a可以产生具有波长范围△λ的输入光学信号Lin，并将输入光学信号Lin提供至图3的第一光波导PWG1。例如，波长范围△λ可以为10nm，如，从845nm至855nm的范围。根据本发明构思的另一个示例性实施例，输入光学信号Lin可以为高斯波形。 

生物感测单元20a可以通过从输入光学信号Lin中提取环形谐振器RR0的谐振波长λr产生感测光学信号Ls，并将感测光学信号Ls提供至图3的第二光波导PWG2。例如，感测光学信号Ls的3dB波长可以为849.75nm和850.25nm，感测光学信号Ls的3dB带宽可以为0.5nm。 

光谱仪30a可以通过根据波长划分感测光学信号Ls产生多个输出光学信号Lout。详细地，光谱仪30a可以包括N个环形谐振器，其分别地产生N个输出光学信号，所述N个输出光学信号具有与从感测光学信号Ls的3dB带宽划分的N个相等的子带对应的输出波长成分。在该情况中，通过连接所述多个输出光学信号Lout的波峰，可以获得感测光学信号Ls 的波形。 

图14为图示在图2的、根据本发明构思的示例性实施例的光学生物传感器1a中产生的输出光学信号的强度根据其波长的变化的曲线图。 

参照图14，由于生物材料的相互作用，即，结合探测材料和目标材料，生物感测单元20a中包括的环形谐振器RR0的谐振波长λr可以变化△λ。因此，感测光学信号Ls的波长可以变化△λ，输出光学信号Lout的波长也可以变化△λ。因此，采用由检测单元40a检测的光强度的变化可以测量谐振波长λr的变化，并且采用谐振波长λr的变化可以确定生物材料的浓度。 

图15图示作为图1的光学生物传感器的另一个示例的光学生物传感器1b。 

参照图15，光学生物传感器1b可以包括光源10b、生物感测单元20b、光谱仪30b和检测单元40b。根据本实施例的光学生物传感器1b为图2的光学生物传感器1a的修改示例。 

光源10b可以产生输入光学信号Lin并将输入光学信号Lin提供至生物感测单元20b。具体地，输入光学信号Lin可以包括具有期望的(或者可替换地，预定的)范围的波长成分，如，从数十纳米到数百纳米的波长成分范围。例如，输入光学信号Lin的3dB波长可以为845nm和855nm。在该情况中，输入光学信号Lin的3dB带宽或FWHM可以为10nm。然而，本发明构思不限于此，可以将输入光学信号Lin以及输入光学信号Lin的波形和波长范围设置为其它值。 

生物感测单元20b可以根据输入光学信号Lin产生感测光学信号Ls，感测光学信号Ls的波长根据是否存在生物材料或根据生物材料的浓度变化。详细地，感测光学信号Ls可以为通过从输入光学信号Lin的波长成分中去除对应于生物材料的浓度的谐振波长获得的光学信号。在本实施例中，生物感测单元20b可以包括用于从输入光学信号Lin中去除谐振波长的环形谐振器RR0。以下将参照图16详细描述生物感测单元20b的结构。 

光谱仪30b可以包括多个环形振荡器RR1至RR11。所述多个环形振荡器RR1至RR11可以通过根据波长划分感测光学信号Ls分别产生多个输出光学信号Lout1至Lout11。在本实施例中，在光谱仪30b中包括11 个环形振荡器RR1至RR11，但光谱仪30b中可以包括的环形谐振器的数量可以根据本发明构思的实施例变化。 

检测单元40b可以包括多个光电检测器PD1至PD11。所述多个光电检测器PD1至PD11可以将所述多个输出光学信号Lout1至Lout11分别转换成电信号Sout1至Sout11。所述多个光电检测器PD1至PD11可以分别连接至所述多个环形振荡器RR1至RR11。光电检测器PD1至PD11的数量可以对应于环形振荡器RR1至RR1的数量。例如，所述多个光电检测器PD1至PD11可以包括光电二极管、光电晶体管、CCD图像传感器、CMOS图像传感器、TOF传感器等。 

图16具体地图示图15的生物感测单元20b。 

参照图16，生物感测单元20b可以包括第一波导PWG1和环形谐振器RR0。流体通道FLCH可以设置在第一光波导PWG1和环形谐振器RR0的上方。开口OP可以设置在环形谐振器RR0的上方，环形谐振器RR0可以经由开口OP暴露至流体通道FLCH。在该情况中，第一光波导PWG1可以为直线型光波导，环形谐振器RR0可以为具有圆形或跑道形状的光波导。 

环形谐振器RR0可以与第一光波导PWG1隔开第一间距d1。根据本发明构思的示例性实施例，环形谐振器RR0可以与第一光波导PWG1水平地隔开第一间距d1。根据本发明构思的另一个示例性实施例，环形谐振器RR0可以与第一光波导PWG1垂直地隔开第一间距d1。 

满足环形谐振器RR0的谐振条件的波，即谐振波长λr被传递至环形谐振器RR0并且因此从输入光学信号Lin的波长中去除（dissipate），输入光学信号Lin被从图15的光源10b供给并被全反射，从而由于全反射而在第一光波导PWG1内传播。通过从输入光学信号Lin的波长中去除谐振波长λr获得的光学信号在第一光波导PWG1内连续地传播，并且随后作为感测光学信号Ls输出。 

因此，由生物感测单元20b产生的感测光学信号Ls为通过从输入光学信号Lin中去除谐振波长λr获得的光学信号。谐振波长λr可以根据由生物感测单元20b检测的生物材料的浓度变化。因此，感测光学信号Ls的波长成分可以根据生物材料的浓度变化。 

图17为图示输入光学信号Lin、由图15的、根据本发明构思的另一个示例性实施例的光学生物传感器产生的输入光学信号Lin、感测光学信号Ls和多个输出光学信号Lout1至Lout11的光谱的曲线图。 

参照图17，光源10b产生具有波长范围△λ的输入光学信号Lin，并将输入光学信号Lin提供至第一光波导PWG1。例如，波长范围△λ可以为10nm，如，从845nm至855nm的范围。根据本发明构思的另一个示例性实施例，输入光学信号Lin可以具有高斯波形。 

生物感测单元20b可以产生通过从输入光学信号Lin中去除环形谐振器RR0的谐振波长λr获得的感测光学信号Ls。感测光学信号Ls可以在第一光波导PWG1内连续地传播。 

光谱仪30b可以通过根据波长划分感测光学信号Ls产生多个输出光学信号Lout。具体地，光谱仪30b可以包括N个环形谐振器，其产生N个输出光学信号，所述N个输出光学信号具有分别与从感测光学信号Ls的波长范围划分的N个相等的子带对应的输出波长成分。在该情况中，通过连接所述多个输出光学信号Lout的波峰可以获得感测光学信号Ls的波形。 

图18图示作为图1的光学生物传感器的另一个示例的光学生物传感器1c。 

参照图18，光学生物传感器1c可以包括光源10c、生物感测单元20c、光谱仪30c、检测单元40c。根据本实施例的光学生物传感器1c是图2的光学生物传感器1a的修改示例。 

光源10c可以产生输入光学信号Lin并将输入光学信号Lin提供至生物感测单元20c。详细地，输入光学信号Lin可以包括具有期望的(或者可替换地，预定的)范围，从数十纳米到数百纳米的波长成分范围，的波长成分。例如，输入光学信号Lin的3dB波长可以为845nm和855nm。在该情况中，输入光学信号Lin的3dB带宽或FWHM可以为10nm。然而，本发明构思不限于此，可以将输入光学信号Lin以及输入光学信号Lin的波形和波长范围设置为其它值。 

生物感测单元20c可以根据输入光学信号Lin产生感测光学信号Ls，感测光学信号Ls的波长根据是否存在生物材料或根据生物材料的浓度变 化。详细地，感测光学信号Ls可以为通过从输入光学信号Lin的波长成分中去除对应于生物材料的浓度的谐振波长获得的光学信号。 

在本实施例中，生物感测单元20c可以包括第一光波导PWG1、空腔谐振器CVRES和第二光波导PWG2。在该情况中，空腔谐振器CVRES可以仅从输入光学信号Lin的波长中提取谐振波长，并将提取的信号作为感测光学信号Ls提供至第二光波导PWG2。 

空腔谐振器CVRES可以包括两个分布式布拉格反射器DBR1和DBR2以及空腔CAV。分布式布拉格反射器DBR1和DBR2反射输入光学信号Lin的波长中的特定波长。因此，这两个分布式布拉格反射器DBR1和DBR2以及空腔CAV可以组合以用作谐振器。因此，仅满足谐振条件的谐振波长可以被产生作为感测光学信号Ls并且随后被输出至第二光波导PWG2。 

虽然未示出，开口可以形成在空腔CAV的上方。因此，当对应于将被检测的生物材料的受体连接至空腔CAV的上部并且受体与生物材料结合时，空腔谐振器CVRES的有效折射率可以根据结合的程度(即，生物材料的浓度)变化。因此，谐振波长根据生物材料的浓度变化，从而改变感测光学信号Ls的波长成分。 

光谱仪30c可以包括多个环形振荡器RR1至RR11。所述多个环形振荡器RR1至RR11可以分别通过根据波长划分感测光学信号Ls产生多个输出光学信号Lout1至Lout11。在本实施例中，在光谱仪30c中包括11个环形振荡器RR1至RR11，但光谱仪30c中可以包括的环形谐振器的数量可以根据本发明构思的多个实施例变化。 

检测单元40c可以包括多个光电检测器PD1至PD11。所述多个光电检测器PD1至PD11可以将所述多个输出光学信号Lout1至Lout11分别转换成电信号Sout1至Sout11。在该情况中，所述多个光电检测器PD1至PD11可以分别连接至所述多个环形振荡器RR1至RR11。光电检测器PD1至PD11的数量可以对应于环形振荡器RR1至RR1的数量。例如，所述多个光电检测器PD1至PD11可以包括光电二极管、光电晶体管、CCD图像传感器、CMOS图像传感器、TOF传感器等。 

图19为根据本发明构思的另一个示例性实施例的光学生物传感器1′ 的框图。 

参照图19，光学生物传感器1′可以包括光源10、生物感测单元20、光谱仪30、检测单元40和信号处理器50。根据本实施例的光学生物传感器1′为图1的光学生物传感器1的修改示例。根据本实施例的光学生物传感器1′的一些元件与图1的光学生物传感器1的元件相同。相同的元件由相同的附图标记表示，并且在此不再描述根据本实施例的光学生物传感器1′的与图1的光学生物传感器1的元件相同的元件。现在将通过基于在光学生物传感器1′和图1的光学生物传感器1之间的差异上描述根据本实施例的光学生物传感器1′。 

信号处理器50通过接收自检测单元40输出的电信号Sout1至SoutN确定生物材料的浓度。信号处理器50可以已经存储关于与生物材料的浓度一致的电信号的数据，并在测量生物材料的浓度时基于存储的数据确定被检测的生物材料的浓度。另外，可以基于生物感测单元20中包括的谐振器的特征和电信号Sout1至SoutN在受体和生物材料结合之前和之后的变化计算和确定生物材料的浓度。此外，可以基于电信号Sout1至SoutN以其它方式确定生物材料的浓度。 

图20为根据本发明构思的示例性实施例的图19中图示的信号处理器50的详细框图。 

参照图20，信号处理器50可以包括信号处理电路51和数据库52。 

信号处理电路51基于输入电信号Sout1至SoutN确定生物材料的浓度。数据库52为存储关于与生物材料的浓度一致的电信号的数据的程序块。在数据库52中，可以存储关于各种生物材料的数据。 

例如，当电信号Sout1至SoutN输入至信号处理电路51时，信号处理电路51将关于生物材料的类型的信号和关于电信号Sout1至SoutN的数据的信息传递至数据库52，并要求数据库52提供生物材料的浓度。另外，信号处理电路51可以要求数据库52提供关于特定生物材料的数据，并且基于从数据库52传递的数据和关于输入电信号Sout1至SoutN的数据确定生物材料的浓度。 

图21至24为顺序地图示根据本发明构思的示例性实施例的制造光学生物传感的方法的剖视图。 

参照图21，提供衬底100。衬底100可以被分成像素阵列区域(未示出)和外围电路区域。在像素阵列区域中，设置多个单位像素，每个单位像素包括光电二极管区域(未示出)和晶体管区域(未示出)。作为光接收单元的光电二极管形成在光电二极管区域中，晶体管，如传输晶体管、复位晶体管、驱动晶体管和选择晶体管，形成在晶体管区域中。在外围电路区域中，设置用于驱动像素阵列区域中包括的晶体管的驱动晶体管。在图21至24中，为了便于说明，仅图示了光电二极管区域的一部分。 

衬底100可以为半导体衬底。例如，半导体衬底可以包括硅、绝缘体上硅、蓝宝石上硅、锗、硅-锗、镓-砷中的一种。在本实施例中，衬底100可以为P型半导体衬底。在衬底100中，形成限定有源区的隔膜105。例如，可以浅沟槽隔离(STI)工艺形成隔膜105。 

具有PN结二极管子形状的光电二极管110是通过形成第一阱110a和第二阱110b获得的，第一阱110a是通过将N型杂质，如，磷(P)、砷(As)或锑(Sb)注入到衬底100的光电二极管区域中形成的，第二阱110b是通过将P型杂质，如，硼(B)、镓(Ga)和铟(In)，注入到光电二极管区域中形成的。然而，本发明构思不限于此，可以通过注入P型杂质形成第一阱110a，并且可以通过注入N型杂质形成第二阱110b。此外，可以改变形成第一阱110和第二阱110的顺序。 

参照图22，绝缘层120形成在其中形成光电二极管110的衬底100上。例如，绝缘层120可以为氧化层。在该情况中，绝缘层120可以对应于下覆层。 

参照图23，芯层130形成在绝缘层120上。例如，芯层130可以为硅层或氮化硅层。在该情况中，用来形成芯层130的材料应当被选择为使得芯层130的折射率大于绝缘层120的折射率。 

参照图24，图案化芯层130以获得多个环形振荡器RR1至RR3以及多个第三光波导PWG3_1至PWG3_3。虽然未示出，但可以图案化芯层130以获得图3的生物感测单元20中包括的N个环形谐振器RR0以及第一和第二光波导PWG1和PWG2。具体地，通过在芯层130上涂覆光致抗蚀剂，例如通过采用光掩模(未示出)将紫外线(UV)光辐射到光致抗蚀剂上，并在所产生的结构上进行刻蚀工艺，形成所述多个环形振荡器RR1至RR3 和所述多个第三光波导PWG3_1至PWG3_3。 

虽然未示出，光栅耦合器可以形成在第一至第三光波导PWG1，PWG2，以及PWG3_1至PWG3_11的端部处。光栅耦合器可以连接至光纤以传输/接收光学信号。 

根据本发明构思的另一个示例性实施例，多个检测器中的每一个可以形成在第三光波导PWG3_1至PWG3_11中的一个的一个端部上。例如，所述多个检测器可以包括光电二极管、光电晶体管、TOF传感器、CMOS传感器和CCD传感器中的至少一种。 

图25为图示根据本发明构思的示例性实施例的、制造光学生物传感器的方法的流程图。图25的根据本实施例的方法可以用来制造图1至24中图示的光学生物传感器1和1′。因此，关于图1至24中图示的光学生物传感器1和1′的描述也适用于图25的方法。 

在操作S110中，提供衬底。在本实施例中，衬底可以为半导体衬底。 

在操作S120中，覆层形成在其上形成检测装置的衬底上。在本实施例中，覆层可以包括其折射率小于芯层的折射率的材料。例如，覆层可以为氧化物层。 

在操作S130中，芯层形成在覆层上。例如，芯层可以为硅层或氮化硅层。 

在操作S140中，图案化芯层以获得生物感测环形谐振器、多个光谱环形谐振器和多个光波导。具体地，所述多个光波导可以包括接收输入光学信号并将输入光学信号提供至生物感测环形谐振器的第一光波导、接收来自生物感测环形谐振器的感测光学信号并将感测光学信号提供至所述多个光谱环形谐振器的第二光波导、以及分别接收来自所述多个光谱环形谐振器的多个输出光学信号的多个第三光波导。 

根据本发明构思的另一个示例性实施例，图25的方法还可以包括在形成覆层之前在衬底上形成多个检测器。根据本发明构思的另一个示例性实施例，图25的方法还可以包括在所述多个第三光波导中的一个的一个端部上形成多个检测器中的每一个。根据本发明构思的另一个示例性实施例，图25的方法还可以包括在所述多个第三光波导中的一个的一个端部上形成多个光栅耦合器中的每一个。 

图26为根据本发明构思的示例性实施例的生物感测系统1000的示意图。 

参照图26，生物感测系统1000可以包括生物传感器芯片1、流体通道2和信号处理器50。 

生物传感器芯片1基于光学特性检测生物材料的浓度，并将检测结果作为电信号输出。根据本实施例，生物传感器芯片1可以与图1的光学生物传感器1相同。因此，由于生物传感器芯片1能够通过产生光学信号并将检测结果作为电信号输出而检测生物材料的浓度，因此不需要附加的光源、光谱仪系统等。因此，生物感测系统1000可以被制造为是紧凑的、消耗低的功率，并且是便携的。 

流体通道2为生物材料在其中流动的通路。流体通道2设置在生物传感器芯片1上，并且特别地，设置在形成生物感测单元20的开口的位置处。当包含生物材料的流体或气体经由流体通道2流动时，生物材料可以经由该开口接触生物传感器芯片1。流体通道2可以为微流体通道，或者可以为形成在微流体芯片上的流体通道。虽然图26图示了直线形式的流体通道2，但流体通道2可以具有其它形状。 

信号处理器50基于从生物传感器芯片1输出的电信号确定生物材料的浓度。信号处理器50可以位于诸如计算机之类的处理系统中，以经由连接端子或连接线接收从生物传感器芯片1输出的电信号。另外，信号处理器50可以与生物传感器芯片1和流体通道2一起安装在独立的生物传感器系统中。 

虽然已经参照本发明构思的示例性实施例特别示出和描述了本发明构思，但将会理解，在不偏离下述权利要求的精神和范围的条件下，可以在形式和细节方面进行多种改变。