CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯片

摘要

CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯片，包括芯片本体，所述的芯片本体包括硅胶衬底、SU-8厚胶、信号处理电路、光电传感阵列、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路，SU-8厚胶固定在所述的硅衬底上表面，SU-8厚胶上设置至少一个荧光反应池组，每个荧光反应池组由至少一个微反应池成；位于荧光反应池组正下方的硅胶衬底上铺设相应的信号处理电路、光电传感阵列、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路；信号处理电路的信号输出端与压焊块连接。本发明有益效果是：光电PN结二极管可将荧光转换成光电流；光电PN结二极管与有源信号处理电路单片集成，减少信号传递损耗和实现检测微型化；微反应池可进行单个或多个样品同时检测。

说明书

技术领域

本发明涉及一种CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯片。

背景技术

荧光检测方法在基因信息检测，病毒检测，DNA序列测试等方 面获得了广泛的应用，它是目前生物化学领域最重要，最方便的检测 技术之一。常用的用于荧光检测的探测器有光电倍增管（PMT）、雪 崩二极管（APD）和电荷耦合器件（CCD）等，探测器可将荧光转换 成光电流，并通过后续的I/V转换电路输出相应大小的电压值，分立 元件的检测和信号处理具有体积大、价格昂贵、工作电压大以及跟 CMOS工艺不兼容的特点。在CMOS工艺中，可以实现二极管、三 极管或光栅结构的感光器件，也可以将信号处理电路单片集成，这些 器件构成的检测设备具有低成本、低功耗、高集成度等优点，非常适 用于集成生物检测领域的应用。

目前荧光检测时将分立的荧光反应池置于荧光探测器上方，实现 的是非接触式的检测方法，荧光会在荧光反应池和荧光探测器之间产 生损耗，降低荧光检测的灵敏度。

发明内容

本发明针对目前的荧光检测装置测试时荧光会在荧光反应池和 荧光探测器之间产生损耗、降低荧光检测的灵敏度的问题，提出了一 种测试灵敏度高、损耗小的CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯 片。

本发明所述的CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯片，包括 芯片本体，其特征在于：所述的芯片本体包括硅衬底、SU-8厚胶、 信号处理电路、光电传感阵列、有源预处理放大阵列和异步时序控制 电路，所述的SU-8厚胶固定在所述的硅衬底上表面，所述的SU-8 厚胶上设置至少一个荧光反应池组，每个所述的荧光反应池组由至少 一个微反应池构成；位于荧光反应池组正下方的硅衬底上铺设相应的 信号处理电路、光电传感阵列、有源预处理放大阵列和异步时序控制 电路；所述的光电传感阵列的信号输入端与所述的异步时序控制电路 的信号输出端信号相连、所述的光电传感阵列的信号输出端与所述的 有源预处理放大阵列的信号输入端相连；所述的有源预处理放大阵列 的信号输出端与所述的信号处理电路的信号输入端信号连接、并且所 述的信号处理电路的信号输出端与压焊块连接。

所述的光电传感阵列与所述的信号处理电路之间设置金属屏蔽 层。

所述的光电传感阵列为与CMOS工艺兼容的PN结光电二极管形 成四通道光感阵列。

所述的SU-8厚胶上设有四个对称分布的荧光反应池组，并且每 个荧光反应池组均有四路微反应池对称排列。

所述的微反应池深度为100μm。

使用时，SU-8厚胶上的四路微反应池，微反应池中设计了四通 道光电传感阵列，信号处理电路采用异步时序和分时输出控制方式， 可读取四通道光电传感阵列的荧光衰减过程中的荧光强度信号电压， 芯片上检测信号通过压焊块引出。

本发明的有益效果是：1、与CMOS工艺兼容的光电PN结二极 管可以将微弱的荧光转换成光电流，光电PN结二极管可根据需要阵 列设计；2、光电PN结二极管可与后续的有源信号处理电路单片集 成，减少了信号传递损耗和实现了检测的微型化；3、片上集成的SU-8 微反应池，可进行单个或多个通道样品同时检测。本发明将荧光信号 产生、检测和处理用单片的传感芯片实现。

附图说明

图1是本发明的结构图（其中：箭头代表纳米级脉冲激发光的入 射方向；p⁺为P型源漏注入；n⁺为N型源漏注入；N-well为N型轻 掺杂阱）。

图2是本发明的内部结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1本发明所述的CMOS接触式荧光检测分析阵列传感芯 片，包括芯片本体1，所述的芯片本体包括硅衬底11、SU-8厚胶12、 信号处理电路13、光电传感阵列14、有源预处理放大阵列和异步时 序控制电路，所述的SU-8厚胶12固定在所述的硅衬底11上表面， 所述的SU-8厚胶12上设置至少一个荧光反应池组121，每个所述的 荧光反应池组121由至少一个微反应池1211构成；位于荧光反应池 组121正下方的硅衬底11上铺设相应的信号处理电路13、光电传感 阵列14、有源预处理放大阵列和异步时序控制电路；所述的光电传 感阵列14的信号输入端与所述的异步时序控制电路的信号输出端信 号相连、所述的光电传感阵列14的信号输出端与所述的有源预处理 放大阵列的信号输入端相连；所述的有源预处理放大阵列的信号输出 端与所述的信号处理电路13的信号输入端信号连接、并且所述的信 号处理电路13的信号输出端与压焊块15连接。

所述的光电传感阵列14与所述的信号处理电路13之间设置金属 屏蔽层16。

所述的光电传感阵列14为与CMOS工艺兼容的PN结光电二极 管形成四通道光感阵列。

所述的SU-8厚胶12上设有四个对称分布的荧光反应池组121， 并且每个荧光反应池组121均有四路微反应池对称排列。

所述的微反应池深度为100μm。

使用时，将被测样品2放置在荧光反应池组121的反应池内，然 后利用纳米级脉冲激发光3照射被测样品，此时SU-8厚胶12上的四 路微反应池，微反应池中设计了四通道光电传感阵列，信号处理电路 13采用异步时序和分时输出控制方式，可读取四通道光电传感阵列 的荧光衰减过程中的荧光强度信号电压，芯片上检测信号通过压焊块 引出。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列 举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形 式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够 想到的等同技术手段。