具体实施方式

在一些实施方式中，如本文中所描述的，单个光刻/蚀刻过程之后是接合过程可以替换先前技术所需的难处理且昂贵的一系列步骤。例如，波导结构(例如，二维波导结构)可以由包括衬底层和在衬底层的顶部上的波导层的芯片形成。在一些实施方式中，衬底层可以由硅或其他合适的材料形成，并且波导层可以由一种或更多种氧化物(例如，低温氧化物、磷掺杂的氧化物、硅氮氧化物或其他合适的材料)形成。在一些实施方式中，波导层的厚度可以大于或等于1μm、5μm、10μm或20μm。在一些实施方式中，波导层的厚度可以小于或等于1μm、5μm、10μm或20μm。可以选择在波导层中使用的材料，使得材料有效地透射光并且可以形成固体芯波导的固体芯和流体通道的壁和/或流体芯波导的壁两者。

在将波导层设置(例如放置或沉积)在衬底层上之后，可以执行一个或更多个蚀刻步骤，以形成固体芯波导中的一个或更多个和流体通道(其在一些实施方式中也可以是流体芯波导)中的一个或更多个。为了形成流体通道，可以从波导层中蚀刻出该通道的中空芯。

在一些实施方式中，可以改变流体通道的尺寸以影响通过流体通道的流体的流动速度。在一些实施方式中，流体通过流体通道的流动可能是由真空、正压力、电渗透和/或电泳中的一种或更多种引起的。在一些实施方式中，流体通道的几何形状可以形成为经由鞘流(sheath flow)引起流聚焦。在一些实施方式中，通道流体通道的高度和/或宽度可以小于或等于0.25μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、250μm、500μm或1000μm。在一些实施方式中，通道流体通道的高度和/或宽度可以大于或等于0.25μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm、25μm、50μm、100μm、250μm、500μm或1000μm。在一些实施方式中，通过流体通道的流动速度可以小于或等于0.005μL/分钟、0.01μL/分钟、0.1μL/分钟、1μL/分钟、10μL/分钟、100μL/分钟或500μL/分钟。在一些实施方式中，通过流体通道的流动速度可以大于或等于0.005μL/分钟、0.01μL/分钟、0.1μL/分钟、1μL/分钟、10μL/分钟、100μL/分钟或500μL/分钟。

为了形成固体芯波导，可以在固体芯波导的每一侧从波导层中蚀刻出空气间隙，使得固体芯波导由留在空气间隙之间的波导层的剩余材料形成。在一些实施方式中，蚀刻步骤可以包括干法蚀刻，例如反应离子蚀刻、深度反应离子蚀刻和/或中性环路放电蚀刻；在一些实施方式中，蚀刻步骤可以包括湿法蚀刻，例如利用缓冲氢氟酸的蚀刻。在一些实施方式中，除了蚀刻空气间隙以限定在固体芯波导的每一侧的区域之外，蚀刻过程还可以包括：蚀刻在固体芯波导的端部处的区域，从而形成光波导的端部(例如，光学小面(opticalfacet))，光可以耦合到该光波导的端部中。

在蚀刻波导层以形成固体芯波导和流体通道之后，可以将覆盖层施加至该波导层的顶部以封闭该流体通道的敞开的顶部侧和/或封闭空气间隙中的一个或更多个。在一些实施方式中，覆盖层可以包括接合的玻璃、ARROW层或全内反射涂覆的材料(例如，低折射率材料如TEFLON AF)或金属涂覆的材料。在一些实施方式中，覆盖层的厚度可以小于或等于1μm、5μm、10μm、50μm、100μm、150μm或200μm、300μm或500μm。在一些实施方式中，覆盖层可以大于或等于1μm、5μm或10μm、50μm、100μm、150μm或200μm、300μm或500μm。在一些实施方式中，覆盖层可以通过永久或非永久接合、粘合剂胶合或其他合适的方式附接至波导层(或波导结构的另一层，如下文进一步讨论的)。

在完成覆盖层的蚀刻和附接之后，流体通道可以用流体(例如，气体和/或液体)填充，该流体例如为包含要被沿固体芯波导传播并且入射在流体通道上的激发光进行激发的分析物的气体或液体。在一些实施方式中，来自流体通道中的分析物的发射可以在平面外(例如，通过上方或下方的光电探测器)收集或在平面内(例如，当流体通道是流体芯波导时通过由流体通道引导至平面内光电检测器，或者在不使用流体芯波导的情况下通过由固体芯波导结构捕获所述发射)收集。

在一些实施方式中，可以通过减小壁厚度，通过减小包层材料的平均折射率或通过蚀刻掉通道下方的衬底层中的一些，来提高作为流体芯波导的流体通道的性能(例如，用于发射光的平面内检测)，如下面进一步讨论的那样。

图1A和图1B描绘了根据一些实施方式的波导结构100的两个示意图。图1A示出了从波导结构100的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角102的虚线划分。图1B示出了波导结构100的俯视图。

如图1A所示，波导层104可以由一个或更多个氧化物层形成。在一些实施方式中，低折射率氧化物层106可以被设置在衬底(例如，硅)层108的顶上，并且高折射率氧化物层110可以被设置在低折射率氧化物层106的顶上。两个氧化物层可以一起形成波导层104。当光112传播通过高折射率氧化物层110时，它可能会通过空气间隙116和/或低折射率氧化物层106沿固体芯波导114在内部反射。在一些实施方式中，低折射率氧化物层106和衬底层108两者都可以被低折射率衬底层替换。

如图1A所示，可以执行形成空气间隙116和流体通道118的蚀刻步骤，使得同时蚀刻到高折射率氧化物层110和低折射率氧化物层106中以及/或者穿过高折射率氧化物层110和低折射率氧化物层106。即，不是分开地蚀刻这些氧化物层并且然后将蚀刻到氧化物层中的间隙/通道对准，而是可以在这些层已经彼此接合之后执行蚀刻，从而实现自动对准。如在图1的示例中所示，在一些实施方式中，可以通过从上方完全蚀刻穿过高折射率氧化物层110并且从上方部分地蚀刻到低折射率氧化物层106中来形成通道118和/或空气间隙116。在一些实施方式中，波导结构100可以包括覆盖层120，该覆盖层120可以被施加至波导层104的顶部以封闭流体通道118的敞开的顶部侧和/或封闭一个或更多个空气间隙116。

在本文公开的任何波导结构的一些实施方式中，波导层中的一个或更多个可以被放置或沉积在这些层中的另一层的顶上。在一些实施方式中，可以经由溅射、旋涂、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、电子束蒸发和/或任何其他沉积方法来沉积一个或更多个层。

因为仅存在一个光刻步骤，因此使用该方法来创建更复杂的波导结构并且暴露用于该过程的各个管芯(例如，电子束限定的特征)会非常容易。此外，在该工作流程中，不需要在制造步骤之间对准掩模。

在波导结构100和/或本文讨论的其他波导结构的一些实施方式中，高折射率氧化物(例如，层110)的折射率可以小于或等于1、2、3或4。在图1和/或本文中讨论的其他波导结构的一些实施方式中，高折射率氧化物(例如，层110)的折射率可以大于或等于1、2、3或4。

在波导结构100和/或本文讨论的其他波导结构的一些实施方式中，低折射率氧化物(例如，层106)的折射率可以小于或等于1、2、3或4。在图1和/或本文讨论的其他波导结构的一些实施方式中，低折射率氧化物(例如，层106)的折射率可以大于或等于1、2、3或4。

在波导结构100和/或本文讨论的其他波导结构的一些实施方式(例如，参见下面的图15和图16)中，掺杂氧化物的折射率可以小于或等于1、2、3或4。在本文讨论的图1和/或其他波导结构的一些实施方式中，掺杂氧化物的折射率可以大于或等于1、2、3或4。

在一些实施方式中，与衬底层相邻的氧化物层(例如，低折射率氧化物层106)的厚度可以小于或等于0.05μm、0.1μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm或50μm。在一些实施方式中，与衬底层相邻的氧化物层(例如，低折射率氧化物层106)的厚度可以大于或等于0.05μm、0.1μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm或50μm。在一些实施方式中，与衬底层相邻的氧化物层(例如，低折射率氧化物层106)较厚可以改进波导的引导特性以及/或者减少来自相邻硅/衬底材料的背景光致发光。

在一些实施方式中，核心氧化物层(例如，高折射率氧化物层110)的厚度可以小于或等于0.5μm、1μm、2.5μm、5μm、7.5μm、10μm或15μm。在一些实施方式中，核心氧化物层(例如，高折射率氧化物层110)的厚度可以大于或等于0.5μm、1μm、2.5μm、5μm、7.5μm、10μm或15μm。

图2A和图2B描绘了根据一些实施方式的具有在接合的覆盖层220下方的低折射率层206的波导结构200的两个示意图。图2A示出了从波导结构200的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角202的虚线划分。图2B示出了波导结构200的俯视图。

图2所示的波导结构200可以与图1所示的波导结构100共同分享任何一个或更多个特性，并且可以与图1所示的结构100的不同之处在于：图2中的结构的波导层204可以包括在高折射率氧化物层210的顶上并且在覆盖层220下面的附加的低折射率氧化物层222。在一些实施方式中，第二低折射率氧化物层222可以在布置(例如，放置或沉积)其他氧化物层之后被设置(例如，放置或沉积)在其他氧化物层的顶上。当光212传播通过高折射率氧化物层210时，它可以通过空气间隙216、低折射率氧化物层206和/或附加的低折射率氧化物层222沿固体芯波导214在内部反射。

在一些实施方式中，第二低折射率氧化物层222的厚度可以小于或等于0.5μm、1μm、2.5μm、5μm、7.5μm、10μm或15μm。在一些实施方式中，第二低折射率氧化物层222的厚度可以大于或等于0.5μm、1μm、2.5μm、5μm、7.5μm、10μm或15μm。

在一些实施方式中，可以执行形成空气间隙216和流体通道218的蚀刻步骤，使得同时蚀刻到高折射率氧化物层210和两个低折射率氧化物层206、222中以及/或者穿过高折射率氧化物层210和两个低折射率氧化物层206、222。即，不是分开地蚀刻这些氧化物层并且然后将蚀刻到氧化物层中的间隙/通道对准，而是可以在这些层已经彼此接合之后执行蚀刻，从而实现自动对准。如波导结构200的示例中所示出的，在一些实施方式中，可以通过从上方完全蚀刻穿过上低折射率氧化物层222，从上方完全蚀刻穿过高折射率氧化物层210以及从上方部分地蚀刻到低折射率氧化物层206中来形成通道218和/或空气间隙216。在一些实施方式中，形成流体通道218的蚀刻可以完全切穿波导层204并且部分地切入衬底层208中(如由虚线轮廓224所示)。

底部低折射率层206和顶部低折射率层222(或替选地ARROW层)的存在可以创建良好限定的波导，并且覆盖层220可以使得能够使用任何类型的材料来密封液体通道218，而不会显著地干扰在固体芯波导214中以及在一些实施方式中的流体芯波导中进行波导所需的光学特性。

图3A和图3B描绘了根据一些实施方式的包括限定一个或更多个波导的低折射率掺杂区域326的波导结构300的两个示意图。图3A示出了从波导结构300的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角302的虚线划分。图3B示出了波导结构300的俯视图。

图3所示的波导结构300可以与图1所示的波导结构100共同分享任何一个或更多个特性，并且可以与图1所示的结构100的不同之处在于：作为通过蚀刻空气间隙316来限定固体芯波导314和/或流体芯波导的代替或替选，可以使用通过光掩模的掺杂剂扩散来在波导层304中限定折射率低于波导层304中的其他区域的区域326。

在一些实施方式中，掺杂剂扩散可以包括离子扩散、离子交换和/或离子注入。在一些实施方案中，用于掺杂剂扩散的离子可以包括He+、N+、O+、Si+、P+、Ti+、Ge+或在以下中指示的任何一种或更多种离子：Righini,GC&Chiappini,A.Glass optical waveguides:areview of fabrication techniques.OE,OPEGAR 53,071819(2014)；guez,O.等人的Optical Waveguides Fabricated by Ion Implantation/Irradiation：AReview.Ion implantation(InTech,2012)；和/或Chen F.,Wang,X.-L.&Wang，K.-M.Development of ion-implanted optical waveguides in optical materials：Areview.Optical Materials 29,1523–1542(2007)。因此，如图3b的俯视图中所示，固体芯波导314可以由两个掺杂区域326之间的区域来限定。在一些实施方式中，使用掺杂剂限定波导可以创建与依赖于蚀刻以形成固体芯波导314的结构相比具有光312的较少的折射和散射的结构300，这可以减小芯片的背景信号。

在一些实施方式中，波导层304中的掺杂剂扩散也可以用于限定波导的旁边、下方和/或上方的区域，包括固体芯波导314和/或流体芯波导。在一些实施方式中，波导层304包括低折射率氧化物层306和高折射率氧化物层310。低折射率氧化物层306可以被设置在衬底(例如，硅)层308的顶上，并且高折射率氧化物层310可以被设置在低折射率氧化物层306的顶上。在一些实施方式中，可以包括附加的掺杂区域328以限定波导中的特定模式或生成其他光学现象。附加掺杂区域328可以位于(被设置在衬底层308上的)低折射率氧化物层306内和/或位于(被设置在覆盖层320下方的)高折射率氧化物层310内。

在一些实施方式中，可以在一个或更多个蚀刻步骤之前执行掺杂剂扩散，并且在一些实施方式中，可以在一个或更多个蚀刻步骤之后执行掺杂剂扩散。

图4A和图4B描绘了根据一些实施方式的包括限定波导的高折射率掺杂区域的波导结构400的两个示意图。图4A示出了从波导结构400的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角402的虚线划分。图4B示出了波导结构400的俯视图。

图4中的波导结构400可以与图3中所示的波导结构300共同分享任何一个或更多个特性。像图3中所示的波导结构300一样，图4中所示的波导结构400可以包括由掺杂剂扩散(例如，通过光掩模的掺杂剂扩散)创建和限定的一个或更多个波导。尽管可以使用限定与周围区域相比具有较低折射率的掺杂区域326的掺杂剂扩散来创建图3中所示的结构300，但是替代地可以使用限定与周围区域相比具有较高折射率的掺杂区域的掺杂剂扩散来创建图4中所示的结构400。在一些实施方式中，锗或其他合适的离子(例如，以上指示的离子中的一种或更多种)可以用于经由掺杂创建高折射率区域。应当注意，在一些实施方式中，通过掺杂波导层404创建的折射率变化可以包括折射率的瞬时空间变化(例如，阶跃变化)和/或可以包括折射率的空间逐渐增大或减小。

因此，如图4B的俯视图所示，固体芯波导414可以由掺杂区域本身来限定，该掺杂区域可以与波导层404中的非掺杂氧化物相比具有较高的折射率。在一些实施方式中，使用掺杂剂限定波导可以创建与依赖于蚀刻以形成固体芯波导414的结构相比具有光412的较少的折射和散射的结构400，这可以减小芯片的背景信号。在一些实施方式中，波导层404可以包括被设置在衬底层408的顶上的氧化物层406。波导层404还可以包括空气间隙416和流体通道418。在一些实施方式中，覆盖层420可以被设置在波导层404顶部。

在一些实施方式中，可以在一个或更多个蚀刻步骤之前执行掺杂剂扩散，并且在一些实施方式中，可以在一个或更多个蚀刻步骤之后执行掺杂剂扩散。

图5A和图5B描绘了根据一些实施方式的包括ARROW层530的波导结构500的两个示意图。图5A示出了从波导结构500的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角502的虚线划分。图5B示出了波导结构500的俯视图。

图5所示的波导结构500可以与图1所示的波导结构100共同分享任何一个或更多个特性，并且可以与图1所示的结构100不同之处在于：结构500还包括在衬底508上方并且在波导层504下方的ARROW层530。在一些实施方式中，可以将ARROW层530设置(例如，放置或沉积)在衬底层508的顶部，并且然后可以将波导层504设置(例如，放置或沉积)在ARROW层530的顶上。在波导层504下方使用ARROW层530的一些实施方式中，波导层504可以具有从顶部到底部的恒定折射率，而不是由具有不同折射率的多个不同氧化物层组成。

如在图5A的截面图中所示，在一些实施方式中，可以通过在不完全蚀刻穿过的情况下部分地蚀刻到波导层504中来形成通道518和/或空气间隙516，以防止蚀刻到ARROW层530中并损害它们的光学性质。在一些实施方式中，可以通过蚀刻来限定固体芯波导514。在一些实施方式中，覆盖层520可以被设置在波导层504的顶上。

在一些实施方式中，ARROW层530的总厚度(例如，总堆叠厚度)可以小于或等于0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm或15μm。在一些实施方式中，ARROW层530的总厚度(例如，总堆叠厚度)可以大于或等于0.1μm、0.2μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm或15μm。ARROW层530的总厚度可以根据交替层的数量和/或期望的引导性质(例如，用于引导光512)而变化。

图6A和图6B描绘了根据一些实施方式的包括ARROW层630和蚀刻停止层632的波导结构600的两个示意图。图6A示出了从波导结构600的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角602的虚线划分。图6B示出了波导结构600的俯视图。

图6所示的波导结构600可以与图5所示的结构500的不同之处在于：结构600还包括在ARROW层630上方并且在波导层604下方的蚀刻停止层632。在一些实施方式中，蚀刻停止层632可以是定位在要被蚀刻掉以形成流体通道618的区域下方的局部蚀刻停止层。以这种方式，可以允许形成空气间隙616的蚀刻步骤完全蚀刻穿过波导层604，进入和/或穿过ARROW层630，并且进入衬底层608；然而，形成蚀刻流体通道618的蚀刻步骤可以通过蚀刻停止层632来防止蚀刻到ARROW层630中或穿过ARROW层630。因此，可以在流体通道618下方的位置处保护和保留ARROW层630，然而可以蚀刻穿过结构600上的其他位置处的ARROW层630。

在一些实施方式中，在蚀刻流体通道618的步骤之后，可以例如通过湿法蚀刻来溶解局部蚀刻停止层632，或者可以以其他方式去除局部蚀刻停止层632，使得流体通道618的中空芯直接与ARROW层630邻接。在一些实施方式中，例如当蚀刻停止层632与ARROW层630的期望的光学性质兼容时，蚀刻停止层632可以被留在原位。

在一些实施方式中，蚀刻停止层632可以包括金属、电介质材料、多晶材料和/或其他合适的材料。在一些实施方式中，可以选择用于蚀刻停止层632的材料，使得在与波导层604的一种或更多种材料的蚀刻速率相比时，该材料具有足够不同的蚀刻速率。

在一些实施方式中，蚀刻停止层632的厚度可以小于或等于0.05μm、0.1μm、0.5μm、1μm、2.5μm、5μm或10μm。在一些实施方式中，蚀刻停止层632的厚度可以大于或等于0.05μm、0.1μm、0.5μm、1μm、2.5μm、5μm或10μm。

图7A和图7B描绘了根据一些实施方式的包括ARROW层730并且使用湿法蚀刻加工技术形成的波导结构700的两个示意图。图7A示出了从波导结构700的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角702的虚线划分。图7B示出了波导结构700的俯视图。

图7所示的波导结构700可以与图5所示的波导结构500共同分享任何一个或更多个特性，并且可以与图5所示的结构500不同之处在于：对于每个空气间隙716和流体通道718，在第一蚀刻步骤(例如，粗略、深的蚀刻步骤)之后，可以执行第二蚀刻步骤，以完全蚀刻穿过波导层704并且向下蚀刻至ARROW层730(但不蚀刻到ARROW层730中)。在一些实施方式中，第一蚀刻步骤可以是深蚀刻，而第二蚀刻步骤可以是湿法蚀刻。在一些实施方式中，第二蚀刻步骤可以用于进一步向下蚀刻734和/或进一步蚀刻至所蚀刻的间隙716或通道718的侧面。在一些实施方式中，ARROW层730的最外层(例如，顶层或底层)可以是蚀刻停止ARROW，其被配置成防止湿法蚀刻步骤蚀刻到ARROW层730中并且损害ARROW层730。通过选择最外侧的ARROW层作为用于诸如湿法蚀刻的蚀刻过程的有效蚀刻停止件，并且通过在深蚀刻之后应用随后的湿法蚀刻，可以在流体通道718正下方获得未损坏的ARROW层730。

在一些实施方式中，为了获得通道718和/或空气间隙716的相对垂直的侧壁，可以进行蚀刻至相当的深度，使得通道718和/或空气间隙716的轮廓的顶部是相对竖直的。

图8描绘了根据一些实施方式的包括ARROW层830和可变深度蚀刻的波导结构800的示意图。图8示出了从波导结构800的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角802的虚线划分。

图8所示的波导结构800可以与图6所示的波导结构600共同分享任何一个或更多个特性，并且可以与图6所示的结构600不同之处在于：图8中的结构800可能不具有局部蚀刻停止层(或任何蚀刻停止层，例如层632)。因此，在蚀刻期间，即使蚀刻没有被蚀刻停止层(例如，层632)停止，形成液体通道818的蚀刻也可以在没有完全切割穿过波导层804并进入ARROW层830的情况下停止。

图9A和图9B描绘了根据一些实施方式的包括ARROW层930和位于多个沟槽下方的蚀刻停止层932的波导结构900的两个示意图。图9A示出了截面图。图9B示出了波导结构900的俯视图。

图9所示的波导结构900可以与图6所示的波导结构600共同分享任何一个或更多个特性，并且可以与图6所示的结构600的不同之处在于：在结构900中包括的蚀刻停止层932可以不仅仅定位于与流体通道918对应的位置。替代地，蚀刻停止层932可以延伸到一种或更多种其他蚀刻(例如，从波导层904蚀刻出的一个或更多个空气间隙916)下方的区域。因此，非局部蚀刻停止层932可以防止形成流体通道918的蚀刻以及形成一个或更多个空气间隙916的蚀刻延伸到ARROW层930中。

在一些实施方式中，在一个或更多个蚀刻步骤之后，蚀刻停止层932可以完全或部分地被溶解或以其他方式被去除。在一些实施方式中，蚀刻停止层932可以保持存在于固体芯波导914下方(例如，即使蚀刻停止层932从在流体通道918和空气间隙916处执行蚀刻的区域被移除)，因此，蚀刻停止层932可以是透明的，使得其不阻挡固体芯波导914中的光912传播到ARROW层930中。在一些实施方式中，透明蚀刻停止层932可以包括一种或更多种氧化物。(在一些实施方式中，不透明的蚀刻停止层932可以包括一种或更多种金属，在一些实施方式中，可以使用诸如附加蚀刻步骤的次级过程步骤从波导结构900中去除该不透明的蚀刻停止层932。)

在一些实施方式中，透明蚀刻停止层932的厚度可以小于或等于0.5μm、1μm、2.5μm、5μm、7.5μm、10μm或15μm。在一些实施方式中，透明蚀刻停止层932的厚度可以大于或等于0.5μm、1μm、2.5μm、5μm、7.5μm、10μm或15μm。

图10A和图10B描绘了根据一些实施方式的包括在衬底层1008中形成的空气间隙1036的波导结构1000的两个示意图。图10A示出了从波导结构1000的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角1002的虚线划分。图10B示出了波导结构1000的俯视图。

图10中所示的波导结构1000可以与图1中所示的波导结构100共同分享任何一个或更多个特性，并且可以与图1中所示的结构100不同之处在于：除了执行自顶向下的蚀刻以在波导层1004中形成流体通道1018和固体芯波导1014之外，还可以执行自底向上的蚀刻，以去除衬底层1008的一部分并且使波导层1004的下侧暴露于在流体通道1018和/或固体芯波导1014下方的一个或更多个空气间隙1036。通过在流体通道1018和/或固体芯波导1014下方创建一个或更多个空气间隙1036，可以消除对ARROW层(例如，层930)或低折射率氧化物层的需要，这是因为从衬底层1008刻出的空气间隙1036本身可以防止固体芯波导1014和/或流体通道1018(其可以用作流芯波导)中的光1012从波导1014/通道1018向下泄漏出去。

在一些实施方式中，可以附加地或替选地使用到衬底层1008中的蚀刻(例如，通过如图10所示的那样到衬底层1008的与波导层1004相对的一侧中的蚀刻)以形成一个或更多个流体通道和/或用于通过衬底层1008进行流体路由的其他结构。

在一些实施方式中，可以附加地或替选地使用到衬底层1008中的蚀刻(例如，通过如图10中所示的那样到衬底层1008的与波导层1004相对的一侧中的蚀刻)，以在波导结构1000上形成用于物理地定位波导结构1000的结构。在一些实施方式中，衬底1008的微制造可以用于形成一个或更多个运动学结构。在一些实施方式中，经由到衬底层1008中的蚀刻形成的一个或更多个结构可以用于与物理定位和/或对准系统附接和/或物理地交互。在一些实施方式中，经由到衬底层1008中的蚀刻形成的一个或更多个结构可以用磁性材料和/或一个或更多个磁性部件填充、可以接收磁性材料和/或一个或更多个磁性部件，以及/或者可以其他方式附接至磁性材料和/或一个或更多个磁性部件，以用于运动学应用。

图11A和图11B描绘了根据一些实施方式的包括在衬底层1108中形成的空气间隙1136并且包括用于光收集的透镜1138的波导结构1100的两个示意图。图11A示出了从波导结构1100的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角1102的虚线划分。图11B示出了波导结构1100的俯视图。

图11所示的波导结构1100可以与图10所示的波导结构1000共同分享任何一个或更多个特性，并且可以与图10所示的结构1000不同之处在于：结构1100还可以包括一个或更多个透镜，例如以用于平面外激发光收集。如所示的，可以例如通过粘合剂胶合、永久或非永久接合，或通过在覆盖层1120自身内制造将一个或更多个透镜(例如，透镜1138)包括在覆盖层1120中或附接至覆盖层1120，以用于在顶部收集来自流体通道1118的激发光1112。替选地或附加地，在从衬底1108蚀刻出下侧空气间隙1136之后，可以在流体通道1118的下面附接一个或更多个透镜(例如，透镜1140)，以用于在下侧收集来自流体通道1118的激发光112。在一些实施方式中，一个或更多个透镜1138、1140可以由聚合材料、电介质材料、玻璃或任何其他合适的材料形成。

图12A和图12B描绘了根据一些实施方式的包括在衬底层1208中形成的经底切的空气间隙1242的波导结构1200的两个示意图。图12A示出了从波导结构1200的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角1202的虚线划分。图12B示出了波导结构1200的俯视图。

图12中所示的波导结构1200可以与图10所示的波导结构1000共同分享任何一个或多个共同特性，并且可以与图10中所示的结构1000不同之处在于：流体通道1218和/或固体芯波导1214下方的空气间隙1242可以不是通过从下面蚀刻衬底层1208来创建的，而是通过执行下蚀刻(例如，氢氧化钾(KOH)蚀刻)以从最初蚀刻到波导层1204中的空气间隙1216切割到固体芯波导1214和/或流体通道1218中和下方来创建的。在一些实施方式中，可以在桥接部分中执行下蚀刻，例如以防止悬浮结构的塌陷。

图13A和图13B描绘了根据一些实施方式的包括光纤对准特征1344的波导结构1300的两个示意图。图13A示出了从波导结构1300的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角1302的虚线划分。图13B示出了波导结构1300的俯视图。

图13A和图13B所示的波导结构1300可以与图1所示的波导结构100共同分享任何一个或更多个特性，并且可以与图1所示的结构100不同之处在于：结构1300可以并入一个或更多个常规光纤，例如以用于引导激发光1312。例如，代替通过将空气间隙蚀刻到波导层1304中来创建固体芯波导，可以使用光纤1346将光1312引导至流体通道1318(其可以以与本文其他地方所讨论的方式相同的方式形成)。在一些实施方式中，光纤1346可以用于将激发光1312引导至如本文其他地方所讨论的那样形成的固体芯波导。

图14A至图14D描绘了根据一些实施方式的在基于CMP(化学机械抛光)的沟槽制造方法的各个阶段期间的波导结构1400的四个示意图。图14中所示的波导结构1400可以与图1中所示的波导结构100共同分享任何一个或更多个特性。与本文所讨论的一些其他实施方式不同，除了蚀刻到一个或更多个氧化物中之外或替换蚀刻到一个或更多个氧化物中，图14中所示的技术可以在很大程度上取决于将一个或更多个特征机械加工到硅衬底1408(或其他非氧化物衬底)中。在一些实施方式中，与主要或排外地取决于蚀刻到氧化物中的技术相比，取决于机械加工到硅或其他衬底材料中的波导结构制造技术可以是较简单、较快、较高效和较便宜的，因为与蚀刻到氧化物中相比，对硅进行机械加工可以是较简单和较标准化的过程。

如图14A所示，可以对硅衬底1408进行机械加工(例如，微机械加工)，以创建两个相交的沟槽(一个沟槽在90度角的右侧1448示出，而另一个沟槽在90度角1402的左侧1450示出)。然后可以在经机械加工的硅衬底1408上沉积一种或更多种氧化物，使得经机械加工的沟槽1448、1450可以用氧化物1406填充。在设置(例如，沉积或放置)氧化物1406之后，如90度角1402的右边所示的，可以将流体通道1418蚀刻到氧化物1406中。(替选地，在一些实施方式中，形成流体通道1418的氧化物部分可以通过使经蚀刻的硅沟槽1448氧化来形成，例如如下面参照图17和图18所讨论的)。

如图14B中所示，然后可以去除设置(例如，沉积或放置)在衬底1408上的下述氧化物1406：该氧化物1406不在衬底1406中机械加工的沟槽1448或1450之一内。在一些实施方式中，可以通过CMP去除氧化物1406，而在一些实施方式中，可以剥离氧化物1406。

如图14C中所示，然后可以例如通过KOH蚀刻去除围绕沟槽1448的硅衬底1408，流体通道1418被蚀刻到该沟槽1448中。在一些实施方式中，可以从区域1442蚀刻掉衬底1408，该区域1442可以包括形成流体通道1418的(例如，通过下蚀刻(under-etching))氧化物1406下面的区域的一侧或两侧和一部分。

如图14D所示，然后可以例如通过KOH蚀刻来去除围绕90度角1402的左侧的氧化物填充的沟槽1450的硅衬底1408。在一些实施方式中，可以从区域1452蚀刻掉衬底1408，该区域1452可以包括形成氧化物填充的沟槽1450的(例如，通过下蚀刻)氧化物1406下方的区域的一侧或两侧和一部分。

最后，如图14D所示，可以添加覆盖层1420以封闭流体通道1418。覆盖层1420可以与本文其他地方所讨论的其他覆盖层(例如，覆盖层120)分享任何一个或更多个特征。

因此，在90度角1402的左侧示出的氧化物1454可以用作针对光1412的固体芯波导，并且在90度角的右侧示出的已蚀刻出的氧化物1456可以用作流体通道1418和/或与固体芯波导(例如，氧化物1454)相交的流体芯波导。

图15A和图15B描绘了根据一些实施方式的包括经掺杂的氧化物衬底1508的波导结构1500的两个示意图。图15A示出了从波导结构1500的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角1502的虚线划分。图15B示出了波导结构1500的俯视图。

图15中所示的波导结构1500可以与图1中所示的波导结构100共同分享任何一个或更多个特征，并且可以与图1中所示的波导结构100和本文所示的其他波导结构(例如，结构200至1400)的不同之处在于：该结构可由整体式氧化物衬底1508(例如，石英玻璃晶片、Borofloat、BK7、熔融石英或单晶石英)形成，而不是包括与波导(例如，氧化物)层(例如，层104)不同的衬底(例如，硅)层(例如，层108)。在一些实施方式中，氧化物衬底1508可以被衬底1508的表面(例如，顶表面1558)附近的离子(例如，参见以上的离子掺杂的讨论)掺杂，以在氧化物中创建梯度折射率，使得在掺杂表面(例如，顶表面1558)附近的氧化物衬底1508中的折射率比在远离该掺杂表面(例如，顶表面1558)的氧化物衬底1508中的折射率高。在一些实施方式中，氧化物衬底1508的整个表面(例如，顶表面1558)可以经受毯式掺杂，而不是使用掩模以仅掺杂某些区域。然后可以通过蚀刻到氧化物衬底1508的掺杂表面(例如，顶表面1558)中以形成流体通道1518和空气间隙1516来执行如本文其他地方所讨论的蚀刻步骤。由于梯度折射率，可以防止在经蚀刻的空气间隙之间限定的流体芯波导(例如，流体通道1518)中的激发光1512向下泄漏到氧化物衬底1508的低折射率部分中。虽然以上讨论了梯度折射率，但在一些实施方式中，折射率还可以根据一个或更多个空间曲线以及/或者根据一个或更多个空间梯度而在一个或更多个空间阶跃函数中改变。

在图15和/或本文所讨论的其他波导结构的一些实施方式中，掺杂氧化物(例如，层1508)的折射率可以小于或等于1、2、3或4。在图15和/或本文所讨论的其他波导结构的一些实施方式中，掺杂氧化物(例如，层1508)的折射率可以大于或等于1、2、3或4。

在一些实施方式中，通过在整个氧化物衬底1508上使用毯式掺杂技术，由于纯波导材料，可以使沉积步骤最小化并且降低背景。此外，在一些实施方式中，使用掺杂剂来限定波导(例如，固体芯波导1514)可能潜在地引起光1512的较少的折射和散射，这会是在减少芯片的背景信号方面的优点。

在一些实施方式中，流体通道1518中的光1512可能能够从该通道泄漏出并向下泄漏到氧化物衬底1508中，因此流体通道1518可以仅用作通道而不用作流体芯波导。然而，在一些实施方式中，可以在衬底1508的下侧上执行深蚀刻(或者可以执行底切蚀刻)，以在流体通道1518下方创建空气间隙并且使流体通道1518充当作为流体芯波导。

图16A和图16B描绘了根据一些实施方式的包括经掺杂的氧化物衬底1608和在接合的覆盖层1620下方的封盖层1660的波导结构1600的两个示意图。图16A示出了从波导结构1600的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角1602的虚线划分。图16B示出了波导结构1600的俯视图。

图16所示的波导结构1600可以与图15所示的波导结构1500共同分享任何一个或更多个特性，并且可以与图15所示的结构1500不同之处在于：结构1600可以附加地包括在整体式氧化物衬底1608的顶上并且在覆盖层1620下方的保护层1660，该保护层1660可以光学地保护在整体式氧化物衬底1608中形成的波导(例如，固体芯波导1614、流体芯波导1618)。可以在执行氧化物衬底1608的掺杂之后在氧化物衬底1608上设置(例如，沉积或放置)保护层1660。在一些实施方式中，保护层1660可以包括一种或更多种氧化物。然后可以同时蚀刻到保护层1660和氧化物衬底1608中以及/或者蚀刻穿过保护层1660和氧化物衬底1608。

在图16和/或本文所讨论的其他波导结构的一些实施方式中，掺杂氧化物(例如，层1608)的折射率可以小于或等于1、2、3或4。在图16和/或本文所讨论的其他波导结构的一些实施方式中，掺杂氧化物(例如，层1608)的折射率可以大于或等于1、2、3或4。

图17A和图17B描绘了根据一些实施方式的通过对机械加工的衬底层1708进行氧化和掺杂以形成波导层XXX而形成的波导结构1700的两个示意图。图17A示出了从波导结构1700的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角1702的虚线划分。图17B示出了波导结构的俯视图。

图17中所示的波导结构1700可以与图1中所示的波导结构100共同分享任何一个或更多个特性。与本文所讨论的一些其他实施方式不同，除了蚀刻到一个或更多个氧化物中之外或替换蚀刻到一个或更多个氧化物中，图17中所示的技术可以在很大程度上取决于将一个或更多个特征机械加工到硅衬底1708(或其他非氧化物衬底)中。在一些实施方式中，与主要或排外地取决于蚀刻到氧化物中的技术相比，取决于机械加工到硅或其他衬底材料1708中的波导结构制造技术可以是较简单、较快、较高效和较便宜的，因为与蚀刻到氧化物中相比，对硅进行机械加工可以是较简单和较标准化的过程。

在一些实施方式中，可以从衬底1708机械加工(例如，微机械加工)与流体通道1718对应的沟槽，并且可以从衬底1708机械加工(例如，微机械加工)与围绕流体通道1718和相交的固体芯波导1714的空气间隙1716对应的沟槽。因此，可以复制如图1所示的蚀刻到氧化物106、110中的流体通道118和空气间隙116的几何形状，除了该几何形状可以在衬底1708(例如，硅晶片)中形成而不是在诸如氧化物的波导层104中形成。

在经由机械加工而在衬底1708中形成该几何形状之后，然后可以将经机械加工的衬底1708的部分1762(例如，在顶表面附近和/或在暴露于经机械加工的沟槽、通道或间隙的表面附近的部分)转换(例如，转变)为波导材料，以从衬底层1708的部分1762形成用于波导层1704的氧化物1706(例如，二氧化硅)。在一些实施方式中，经机械加工的衬底1708的部分1762可以经由氧化(例如，热氧化)被转换，以将硅转化为二氧化硅，并且从而在先前经机械加工的硅衬底1708的部分1762中形成用于波导层1704的二氧化硅1706。由衬底形成的二氧化硅1706可以模拟经机械加工的衬底1708的几何形状。因此，用于形成波导层1704的二氧化硅材料1706可以由经机械加工的衬底层1708形成，以包括由衬底层1708中的各自的经机械加工沟槽形成的流体通道1718和空气间隙1716。

在形成用于波导层1704的二氧化硅材料1706(例如，通过使硅衬底1708的部分1762氧化以形成二氧化硅波导层1704)之后，波导层1704可以在波导层1704的表面(例如，顶表面1758)附近被离子(例如，参见以上对离子掺杂的讨论)掺杂，以在掺杂表面(例如，顶表面1758)附近创建高折射率氧化物1710的一个或更多个区域，并且从而完成波导层1704的形成。以这种方式，在掺杂表面(例如，顶表面1758)附近的折射率可以比在远离掺杂表面(例如，顶表面1758)的折射率高。在一些实施方式中，波导层1704的整个表面可以经受毯式掺杂，并且因此，通过其从机械加工的衬底1708的形成在波导层1704中限定的掺杂特征1710可以限定固体芯波导1714和/或波导流体通道1718。在一些实施方式中，如由位于90度角1702的左边的氧化物1706的经掺杂的突出部分所示的那样形成固体芯波导1714。在一些实施方式中，如由位于90度角1702的右边的两个掺杂的突出通道壁氧化物部分1766之间的空间所示的那样，形成波导流体通道1718。由于较高的折射率，可以防止在位于空气间隙1716之间的掺杂壁部分1766之间限定的流体芯波导1718中的激发光1712向外和/或向下泄漏。

在一些实施方式中，对氧化物层1706的掺杂可以用于在氧化物层1706中的全部或一部分中创建梯度折射率，而在一些实施方式中，折射率可以根据一个或更多个空间曲线以及/或者根据一个或更多个空间梯度在一个或更多个空间阶跃函数中改变。

在一些实施方式中，可以在执行对层1706的掺杂之后在氧化物层1706上设置(例如，沉积或放置)保护层(保护层在图17A中未示出，但是在一些实施方式中其可以包括一种或更多种氧化物)。

最后，可以添加覆盖层1720以封闭流体通道1718。覆盖层1720可以与本文其他地方所讨论的其他覆盖层(例如，覆盖层120)分享任何一个或更多个特征。

图18A和图18B描绘了根据一些实施方式的通过对机械加工的衬底层1801进行氧化和掺杂以形成波导层1804而形成的波导结构1800的两个示意图。图18A示出了从波导结构1800的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角1802的虚线划分。图18B示出了波导结构1800的俯视图。

图18所示的波导结构1800可以与图17所示的波导结构1700共同分享任何一个或更多个特性，并且可以与以上关于图17讨论的波导结构1700不同之处在于：在波导层1804的二氧化硅部分中对氧化物1806进行掺杂以创建具有较高折射率的一个或更多个氧化物区域1810之后，并且在添加覆盖层1820之前，可以在掺杂的高折射率氧化物层1810的顶上设置(例如，沉积或放置)第二氧化物层1868。第二氧化物层1868可以例如通过保形涂覆来沉积。在一些实施方式中，第二氧化物层1868可以比第一氧化物层1806的掺杂部分1810具有较低的折射率。在一些实施方式中，添加第二氧化物层1868可以保护第一氧化物层1806的波导性质。

在沉积第二氧化物层1868之后，然后可以添加覆盖层1820以封闭流体通道1818。可以将覆盖层1820直接接合或附接至最上层的氧化物层(例如，层1868)，并且可以与本文其他地方所讨论的其他覆盖层(例如，覆盖层1720)分享任何一个或更多个特性。

图19描绘了根据一些实施方式的包括在衬底层1908中形成的空气间隙1916并且包括用于光收集的透镜1938和1940并且包括孔径层1970的波导结构1900的两个示意图。图19A示出了从波导结构1900的两个角度的截面图，其中这两个图由指示90°角1902的虚线划分。图19B示出了波导结构的俯视图。

图19中所示的波导结构1900可以与图11中所示的波导结构1100共同分享任何一个或更多个特性，并且可以与以上关于图11所讨论的波导结构1100的不同之处在于：结构1900还可以包括孔径层1970，该孔径层1970被配置成在阻挡其他光的同时允许来自信号的光穿过孔1972以进行收集。在一些实施方式中，在孔径层1970中形成的一个或更多个孔可以被定位在流体通道1918附近以及在嵌入衬底层1908中的透镜1940附近，以在阻挡不穿过孔1972而是被孔径层1970的不透明部分阻挡的背景光的同时允许信号光从流体通道1918穿过孔径层1970以及进入衬底1908中的透镜1940中以进行收集。

在一些实施方式中，孔径层1970可以包括一个或更多个相邻孔、不同形状的孔、形成一个或更多个图案的多个孔和/或光谱相关的孔(例如，在一些实施方式中，孔径层1970可以包括ARROW层的堆叠)。在一些实施方式中，孔径层1970中的一个或更多个孔可以用于对激发光进行空间滤波，使得例如入射在波导结构1900上的激发光束仅可以能够使其穿过孔径层1970中的一个或更多个孔。

如图19所示，孔径层1970可以被定位在衬底层1908(例如，硅层)和嵌入衬底层1908中的透镜1940上方，并且可以被定位在流体通道1918下方并且与流体通道1918相邻。在一些实施方式中，如在图19的示例中所示，可以例如通过将孔径层1970夹在两个不同的低折射率氧化物层之间来将孔径层1970嵌入波导层1904的一部分中。在一些实施方式中，如图19所示，包括围绕孔径层1970的两个低折射率氧化物层的三层夹心本身可以被夹在衬底层与高折射率氧化物层之间。

图19与图11之间的附加差异在于：图19的波导层1904既包括低折射率氧化物层(例如，层1906)又包括高折射率氧化物层(例如，层1910)。在一些实施方式中，将孔径层1970定位在两个低折射率氧化物层之间(以及/或者将孔径层悬置在单个低折射率氧化物层1906的中心)可以使孔径层1970与波导层1904中的波导光学隔离，从而防止孔径层1970从波导中吸收光。此外，将孔径层1970定位在两个低折射率氧化物层之间(以及/或者将孔径层悬置在单个低折射率氧化物层1906的中心)可以将孔径层1970与衬底层1908物理隔离以及/或者与波导层(例如，层1910)的上部部分物理隔离，从而允许在衬底层1908和/或波导层(例如，层1910)的上部部分上执行蚀刻和其他后处理步骤，而不会破坏或损害孔径层1970。

在一些实施方式中，孔径层1970可以包括铬、镍、另外的金属、一个或更多个ARROW层(例如，图案化的ARROW层)和/或被配置成阻挡背景光的另外的不透明材料。在一些实施方式中，可以微制造孔径层1970，使得可以使用微制造(例如，包括溅射、电子束蒸发、旋转涂覆和/或一种或更多种涂覆技术)来形成孔自身的一个或更多个特征。在一些实施方式中，可以用形成最下的低折射率氧化物层1906的光学透明材料的厚层(例如，大约等于或大于或等于2μm)来涂覆衬底层1908(例如，硅衬底层)(在一些实施方式中，该最下的低折射率氧化物层1906可以与本文讨论的其他最下的低折射率氧化物层具有相同或相似的尺寸)。然后可以使用微制造在图案化的吸收材料的薄(例如，大约等于或小于0.1μm)层中创建一个或更多个特征(例如，一个或更多个孔洞)以形成孔径层1970(在一些实施方式中，该孔径层1970可以与本文讨论的其他孔径层具有相同或相似的尺寸)。接下来，可以在孔径层的顶上沉积光学透明的低折射率材料的厚层(例如，大约等于或大于1μm、5μm或10μm)，以形成隔离孔径层的另一低折射率氧化物层(其中，在一些实施方式中，隔离孔径层的低折射率氧化物层可以与本文讨论的其他最下的或与衬底相邻的低折射率氧化物层具有相同或相似的尺寸)。然后可以在低折射率氧化物层的顶上沉积较高折射率的材料，以形成波导层的高折射率区域(其中，高折射率区域可以与本文讨论的其他高折射率氧化物层具有相同或相似的厚度)。然后可以使用单个光刻过程——其可以与吸收层的特征对准(例如，被对准以在孔径层1970中的孔的上方形成流体通道)——将流体芯波导1918和固体芯波导1914同时限定在波导层1904中。

在一些实施方式中，图19的波导结构1900的衬底1908可以包括低折射率材料，例如低折射率氧化物。在一些实施方式中，可以将与关于图19所描述的孔径层共同分享一个或更多个特性的孔径层1970并入到本文所述的其他非轴向检测波导结构中的任何一个或更多个中。

尽管本文中的公开内容已经讨论某些氧化物材料在波导结构的波导层中的使用，但是在一些实施方式中，本文所公开的结构的波导层可以(全部或部分地)由一种或更多种替选或附加的材料形成，包括但不限于使用气相沉积来沉积的材料(例如，经由等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或低压化学气相沉积(LPCVD)沉积的氧化物，例如二氧化钛)、经由热氧化形成的材料(例如，由硅的热氧化形成的二氧化硅)、旋涂玻璃、可以被选择或配置成用于背景减少的任何一种或更多种其他材料和/或一种或更多种塑料(例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP))。

在一些实施方式中，在根据本文所公开的任何一种或更多种制造技术制造波导结构之后，可以执行一个或更多个附加过程以进一步修改所制造的芯片，包括但不限于沉积、化学修改、表面化学改变和/或拓扑改变。在一些实施方式中，这些一个或更多个附加过程可以用于修改和/或增强所制造的结构的一个或更多个性质，例如所制造的结构的疏水性、平滑度和/或反应性。

出于说明的目的，已经参照具体实施方式描述了前述描述。然而，以上说明性讨论并非意在是穷举性的或者将本发明限制于所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化都是可以的。实施方式被选择和描述是为了最佳地解释技术的原理及其实际应用。从而使得本领域技术人员能够最佳地利用具有各种修改的技术和各种实施方式，以适于所设想的特定用途。

虽然已经参照附图充分描述了本公开内容和示例，但是应当注意，各种改变和修改对于本领域技术人员将变得明显。这样的改变和修改应被理解为包括在由权利要求书限定的本公开内容和示例的范围内。最终，本申请中提及的任何和所有专利和出版物的全部公开内容在此通过引用并入本文中。