匹配的晶體管對(duì)電路制造技術(shù)

一種布置在匹配的晶體管對(duì)中的傳感器陣列，其具有形成在第一晶體管上的輸出端和形成在匹配對(duì)的第二晶體管上的傳感器。匹配對(duì)布置成使得通過(guò)匹配對(duì)中的第一晶體管的輸出來(lái)讀匹配對(duì)中的第二晶體管。匹配對(duì)中的第一晶體管被迫進(jìn)入到飽和(有源)區(qū)域中以防止第二晶體管對(duì)第一晶體管的輸出的干擾。獲取輸出端的樣本。然后，第一晶體管置于線性區(qū)域中，以允許形成在第二晶體管上的傳感器通過(guò)第一晶體管的輸出端來(lái)讀。樣本從第二晶體管的傳感器讀數(shù)的輸出來(lái)獲得。兩個(gè)樣本的差異被形成。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本案為分案申請(qǐng)。其母案的專利技術(shù)名稱為“匹配的晶體管對(duì)電路”，申請(qǐng)日為2011年06月30日，申請(qǐng)?zhí)枮?01180056701.1。相關(guān)申請(qǐng)?jiān)撋暾?qǐng)請(qǐng)求享有2010年9月24日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列第61/386,403號(hào)的權(quán)益，該申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)引用以其整體并入本文中。
技術(shù)介紹
當(dāng)前公開(kāi)的實(shí)施例涉及像素陣列，并且更具體地涉及像素陣列和讀出電路內(nèi)的部件的失配抑制和偏移消除。電子裝置和部件已經(jīng)在化學(xué)和生物(更普遍稱為\生命科學(xué)\)中得到大量應(yīng)用，尤其是用于探測(cè)和測(cè)量各種化學(xué)和生物反應(yīng)以及識(shí)別，探測(cè)和測(cè)量各種化合物。一種此類電子裝置稱為離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其在相關(guān)文獻(xiàn)中常表示為\ISFET\(或pHFET)。ISFET通常主要在學(xué)術(shù)和研究團(tuán)體中開(kāi)發(fā)成便于測(cè)量溶液的氫離子濃度(通常表示為\pH\)。ISFET在這里更普遍地稱為化學(xué)敏感傳感器。更具體而言，ISFET為阻抗變換裝置，其以類似于MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的方式工作，且被具體配置成用有選擇地測(cè)量溶液中的離子活性(例如，溶液中的氫離子為\分析物\)。ISFET的詳細(xì)工作原理在Sens. Actuators, 88(2003)的1至20頁(yè)的P. Bergveld所著\Thirty years of ISFETOLOGY: what happened in the past 30 years and what may happen in the next 30 years\(\Bergveld \)一文中給出，該公開(kāi)物通過(guò)引用以其整體并入本文中。在Rothberg等人的美國(guó)專利公開(kāi)第2010/0301398號(hào)、Rothberg等人的美國(guó)專利公布第2010/0282617號(hào)、和Rothberg等人的美國(guó)專利公布2009/0026082中可以找到使用常規(guī)CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝制造ISFET的細(xì)節(jié)；這些專利公開(kāi)共同稱為\ Rothberg\，且它們?nèi)慷纪ㄟ^(guò)引用以其整體并入本文中。然而，除CMOS之外，還可使用雙CMOS(即，雙極型和CMOS)處理，諸如將包括具有外圍上的雙極結(jié)構(gòu)的PMOS或NMOS FET陣列的處理?？商娲?，可采用其它技術(shù)，其中傳感元件可以三端子裝置制成，其中感測(cè)的離子導(dǎo)致控制該三個(gè)端子之一的信號(hào)的形成；例如，此類技術(shù)還可包括GaAs和碳納米管技術(shù)。以CMOS為例，P型ISFET制造基于P型或N型硅基底，其中形成晶體管\本體\的n型阱被形成。構(gòu)成ISFET的源極和漏極的高度摻雜的P型(P+)區(qū)域S和D形成在n型阱內(nèi)。高度摻雜的N型(N+)區(qū)域B也可形成在n型阱內(nèi)，以提供與n型阱的傳輸本體(或\體\)連接。氧化層可設(shè)置在源極、漏極和本體連接區(qū)域之上，通過(guò)本體連接區(qū)域制作開(kāi)口以(通過(guò)電導(dǎo)體)提供與這些區(qū)域的電連接。多晶硅柵（gate）可被形成在源極與漏極之間的N型阱的區(qū)域之上的位置處的氧化層之上。由于其設(shè)置在多晶硅柵和晶體管本體(即，N型阱)之間，故氧化層通常稱為\柵氧化層\。另以CMOS為例，N型ISFET制造基于具有通常幾微米厚的P外延區(qū)域的P+晶圓基底，其中產(chǎn)生晶體管\本體\的P型阱被形成。在陣列中的所有裝置間分享P型阱，且P+基底用作體接觸，使得在像素陣列處不需要其它接觸。構(gòu)成ISFET的源極和漏極的高度摻雜的N型(N+)區(qū)域S和D形成在P型阱內(nèi)。氧化層可設(shè)置在源極、漏極和本體連接區(qū)域之上，通過(guò)該本體連接區(qū)域制作開(kāi)口來(lái)(通過(guò)電導(dǎo)體)提供與這些區(qū)域的電連接。多晶硅柵可被形成在源極與漏極之間的N型阱的區(qū)域之上的位置處的氧化層之上。由于其設(shè)置在多晶硅柵和晶體管本體(即，P型阱)之間，故氧化層通常稱為\柵氧化層\。類似于MOSFET，ISFET的工作基于對(duì)由MOS(金氧半導(dǎo)體)電容引起的電荷濃度(且因此溝道電導(dǎo))的調(diào)制。該電容由多晶硅柵、柵氧化層和源極與漏極之間的阱(例如，N型阱)的區(qū)域構(gòu)成。當(dāng)橫跨柵和源極區(qū)域施加負(fù)電壓時(shí)，通過(guò)耗盡該區(qū)域的電子而在該區(qū)域與柵氧化層之間的界面處形成溝道。對(duì)于N型阱，溝道將為P溝道(且反之亦然)。在N型阱的情況下，P溝道將在源極與漏極之間延伸，且當(dāng)柵源極電勢(shì)為負(fù)足以將空穴從源極吸引到溝道時(shí)，電流傳導(dǎo)穿過(guò)P溝道。溝道開(kāi)始傳導(dǎo)電流所處的柵源極電勢(shì)稱為晶體管的閾值電壓VTH(當(dāng)VGS具有大于閾值電壓VTH的絕對(duì)值時(shí)晶體管進(jìn)行傳導(dǎo))。源極如此命名是因?yàn)槠錇榱鬟^(guò)溝道的電荷載流子源(對(duì)于P溝道為空穴)；同樣，漏極為電荷載流子離開(kāi)溝道的位置。如在Rothberg中所述的那樣，ISFET可制造成具有浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)，該浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)通過(guò)將多晶硅柵聯(lián)接到設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)附加氧化層內(nèi)的多個(gè)金屬層而形成，該一個(gè)或多個(gè)附加氧化層設(shè)置在柵氧化層之上。浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)如此命名是因?yàn)槠渑c同ISFET相關(guān)聯(lián)的其它導(dǎo)體電隔離；即，其夾在柵氧化層與鈍化層之間，該鈍化層設(shè)置在浮規(guī)（floating gage）的金屬層(例如，頂部金屬層)上。如在Rothberg中進(jìn)一步描述的那樣，ISFET鈍化層構(gòu)成離子敏感膜，其引起裝置的離子靈敏度。與鈍化層(特別是在可位于浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)之上的敏感區(qū)域中)接觸的諸如分析物溶液(即，含有關(guān)注的分析物(包括離子)或測(cè)試關(guān)注的分析物的存在的溶液)中的離子的分析物的存在改變ISFET的電特性，從而調(diào)制流過(guò)ISFET的源極與漏極之間的溝道的電流。鈍化層可包括多種不同材料中的任一種以便于對(duì)特定離子敏感；例如，包括氮化硅或氮氧化硅、以及如氧化硅、氧化鋁或氧化鉭的金屬氧化物的鈍化層一般提供對(duì)分析物溶液中的氫離子濃度(pH)的靈敏度，而包括含有纈氨霉素的聚氯乙烯的鈍化層提供對(duì)分析物溶液中的鉀離子濃度的靈敏度。適用于鈍化層且對(duì)其它離子(諸如鈉、銀、鐵、溴、碘、鈣和硝酸鹽)敏感的材料是已知的，且鈍化層可包括各種材料(例如，金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氮氧化物)。至于分析物溶液/鈍化層界面處的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)于ISFET的鈍化層所采用的給定材料的表面可包括可貢獻(xiàn)出質(zhì)子至分析物溶液或從分析物溶液接收質(zhì)子的化學(xué)基團(tuán)，在任何給定時(shí)間，在與分析物溶液的界面處的鈍化層的表面上留下帶負(fù)電荷的地點(diǎn)、帶正電荷的地點(diǎn)和中性地點(diǎn)。關(guān)于離子靈敏度，通常稱為\表面電勢(shì)\的靜電電勢(shì)差作為由于化學(xué)反應(yīng)(例如，通常涉及接近敏感區(qū)域的分析物溶液中的離子分解氧化物表面組合)引起的敏感區(qū)域中的離子濃度的函數(shù)而出現(xiàn)在鈍化層與分析物溶液的固體/液體界面處。該表面電勢(shì)繼而又影響ISFET的閾值電壓；因此，ISFET的閾值電壓隨接近敏感區(qū)域的分析物溶液中的離子濃度的變化而改變。如Rothberg中所述，由于ISFET的閾值電壓VTH對(duì)離子濃度敏感，故源電壓VS提供信號(hào)，該信號(hào)與接近ISFET的敏感區(qū)域的分析物溶液中的離子濃度直接相關(guān)?；瘜W(xué)敏感FET(\chemFET\)或更具體是ISFET的陣列可用于基于監(jiān)測(cè)分析物在反應(yīng)期間的存在、生成或使用來(lái)監(jiān)測(cè)反應(yīng)——例如，包括核酸(例如，DNA)測(cè)序反應(yīng)。更具體而言，包括較大chemFET陣列的陣列可用于探測(cè)和測(cè)量多種化學(xué)和/或生物過(guò)程(例如，生物或化學(xué)反應(yīng)、細(xì)胞或組織培養(yǎng)或監(jiān)測(cè)、神經(jīng)活動(dòng)、核酸測(cè)序等)中的多種分析物(例如，氫離子、其它離子、非離子分子或化合物等)的靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)量或濃度，其中可基于此類分析物測(cè)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種具有噪音和晶體管失配校正電路的傳感器陣列，包括：布置成行和列的像素陣列，其中所述像素按行選擇且經(jīng)由列讀出；所述像素中的每一個(gè)內(nèi)的化學(xué)敏感傳感器和選擇晶體管布置成使得一旦通過(guò)到所述選擇晶體管的行選擇信號(hào)來(lái)選擇所述像素，則用于所述像素中的每一個(gè)的傳感器的輸出通過(guò)所述選擇晶體管；列采樣電路，其配置成用以對(duì)所述像素進(jìn)行采樣，所述像素為所述列選擇，以及列鎖存器電路，其配置成生成用以保持來(lái)自與每一個(gè)列相關(guān)聯(lián)的所述像素的樣本的信號(hào)，所述列采樣電路和所述列鎖存器電路中的每一個(gè)均配置成置于復(fù)位狀態(tài)和采樣或鎖存狀態(tài)中；讀出控制電路，其配置成導(dǎo)致復(fù)位電路使所述列采樣電路和所述列鎖存器電路在第一預(yù)定時(shí)間段期間復(fù)位，在第二預(yù)定時(shí)間段期間導(dǎo)致所述選擇晶體管進(jìn)入到飽和區(qū)域中，在處于飽和區(qū)域中時(shí)獲取所述選擇晶體管的第一樣本，在第三時(shí)間段期間導(dǎo)致所述選擇晶體管進(jìn)入到線性區(qū)域中，在所述第三時(shí)間段期間，所述選擇晶體管選擇為通過(guò)所述選擇晶體管讀所述化學(xué)敏感傳感器的第二樣本；以及差分電路，其形成所述第一樣本與所述第二樣本之間的差異。

【技術(shù)特征摘要】
2010.09.24 US 61/3864031.一種具有噪音和晶體管失配校正電路的傳感器陣列，包括：布置成行和列的像素陣列，其中所述像素按行選擇且經(jīng)由列讀出；所述像素中的每一個(gè)內(nèi)的化學(xué)敏感傳感器和選擇晶體管布置成使得一旦通過(guò)到所述選擇晶體管的行選擇信號(hào)來(lái)選擇所述像素，則用于所述像素中的每一個(gè)的傳感器的輸出通過(guò)所述選擇晶體管；列采樣電路，其配置成用以對(duì)所述像素進(jìn)行采樣，所述像素為所述列選擇，以及列鎖存器電路，其配置成生成用以保持來(lái)自與每一個(gè)列相關(guān)聯(lián)的所述像素的樣本的信號(hào)，所述列采樣電路和所述列鎖存器電路中的每一個(gè)均配置成置于復(fù)位狀態(tài)和采樣或鎖存狀態(tài)中；讀出控制電路，其配置成導(dǎo)致復(fù)位電路使所述列采樣電路和所述列鎖存器電路在第一預(yù)定時(shí)間段期間復(fù)位，在第二預(yù)定時(shí)間段期間導(dǎo)致所述選擇晶體管進(jìn)入到飽和區(qū)域中，在處于飽和區(qū)域中時(shí)獲取所述選擇晶體管的第一樣本，在第三時(shí)間段期間導(dǎo)致所述選擇晶體管進(jìn)入到線性區(qū)域中，在所述第三時(shí)間段期間，所述選擇晶體管選擇為通過(guò)所述選擇晶體管讀所述化學(xué)敏感傳感器的第二樣本；以及差分電路，其形成所述第一樣本與所述第二樣本之間的差異。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器陣列，其特征在于，所述化學(xué)敏感傳感器形成在基底上的所述選擇晶體管附近，以及所述選擇晶體管和所述化學(xué)敏感傳感器為相同大小和類型的晶體管。3.一種用于減輕電路部件的偏移和失配的方法，包括：將像素輸出預(yù)充電至第一偏置電平，其中所述像素包括為匹配的晶體管對(duì)的化學(xué)敏感傳感器和選擇晶體管；從所述像素中的選擇晶體管采樣基準(zhǔn)信號(hào)樣本；消除來(lái)自于基準(zhǔn)樣本的偏移和失配...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：KG費(fèi)夫，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：生命科技公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó);US