匹配的晶体管对电路制造技术

一种布置在匹配的晶体管对中的传感器阵列，其具有形成在第一晶体管上的输出端和形成在匹配对的第二晶体管上的传感器。匹配对布置成使得通过匹配对中的第一晶体管的输出来读匹配对中的第二晶体管。匹配对中的第一晶体管被迫进入到饱和(有源)区域中以防止第二晶体管对第一晶体管的输出的干扰。获取输出端的样本。然后，第一晶体管置于线性区域中，以允许形成在第二晶体管上的传感器通过第一晶体管的输出端来读。样本从第二晶体管的传感器读数的输出来获得。两个样本的差异被形成。

【技术实现步骤摘要】
本案为分案申请。其母案的专利技术名称为“匹配的晶体管对电路”，申请日为2011年06月30日，申请号为201180056701.1。相关申请该申请请求享有2010年9月24日提交的美国临时专利申请序列第61/386,403号的权益，该申请的内容通过引用以其整体并入本文中。
技术介绍
当前公开的实施例涉及像素阵列，并且更具体地涉及像素阵列和读出电路内的部件的失配抑制和偏移消除。电子装置和部件已经在化学和生物(更普遍称为\生命科学\)中得到大量应用，尤其是用于探测和测量各种化学和生物反应以及识别，探测和测量各种化合物。一种此类电子装置称为离子敏感场效应晶体管，其在相关文献中常表示为\ISFET\(或pHFET)。ISFET通常主要在学术和研究团体中开发成便于测量溶液的氢离子浓度(通常表示为\pH\)。ISFET在这里更普遍地称为化学敏感传感器。更具体而言，ISFET为阻抗变换装置，其以类似于MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的方式工作，且被具体配置成用有选择地测量溶液中的离子活性(例如，溶液中的氢离子为\分析物\)。ISFET的详细工作原理在Sens. Actuators, 88(2003)的1至20页的P. Bergveld所著\Thirty years of ISFETOLOGY: what happened in the past 30 years and what may happen in the next 30 years\(\Bergveld \)一文中给出，该公开物通过引用以其整体并入本文中。在Rothberg等人的美国专利公开第2010/0301398号、Rothberg等人的美国专利公布第2010/0282617号、和Rothberg等人的美国专利公布2009/0026082中可以找到使用常规CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺制造ISFET的细节；这些专利公开共同称为\ Rothberg\，且它们全部都通过引用以其整体并入本文中。然而，除CMOS之外，还可使用双CMOS(即，双极型和CMOS)处理，诸如将包括具有外围上的双极结构的PMOS或NMOS FET阵列的处理。可替代地，可采用其它技术，其中传感元件可以三端子装置制成，其中感测的离子导致控制该三个端子之一的信号的形成；例如，此类技术还可包括GaAs和碳纳米管技术。以CMOS为例，P型ISFET制造基于P型或N型硅基底，其中形成晶体管\本体\的n型阱被形成。构成ISFET的源极和漏极的高度掺杂的P型(P+)区域S和D形成在n型阱内。高度掺杂的N型(N+)区域B也可形成在n型阱内，以提供与n型阱的传输本体(或\体\)连接。氧化层可设置在源极、漏极和本体连接区域之上，通过本体连接区域制作开口以(通过电导体)提供与这些区域的电连接。多晶硅栅（gate）可被形成在源极与漏极之间的N型阱的区域之上的位置处的氧化层之上。由于其设置在多晶硅栅和晶体管本体(即，N型阱)之间，故氧化层通常称为\栅氧化层\。另以CMOS为例，N型ISFET制造基于具有通常几微米厚的P外延区域的P+晶圆基底，其中产生晶体管\本体\的P型阱被形成。在阵列中的所有装置间分享P型阱，且P+基底用作体接触，使得在像素阵列处不需要其它接触。构成ISFET的源极和漏极的高度掺杂的N型(N+)区域S和D形成在P型阱内。氧化层可设置在源极、漏极和本体连接区域之上，通过该本体连接区域制作开口来(通过电导体)提供与这些区域的电连接。多晶硅栅可被形成在源极与漏极之间的N型阱的区域之上的位置处的氧化层之上。由于其设置在多晶硅栅和晶体管本体(即，P型阱)之间，故氧化层通常称为\栅氧化层\。类似于MOSFET，ISFET的工作基于对由MOS(金氧半导体)电容引起的电荷浓度(且因此沟道电导)的调制。该电容由多晶硅栅、栅氧化层和源极与漏极之间的阱(例如，N型阱)的区域构成。当横跨栅和源极区域施加负电压时，通过耗尽该区域的电子而在该区域与栅氧化层之间的界面处形成沟道。对于N型阱，沟道将为P沟道(且反之亦然)。在N型阱的情况下，P沟道将在源极与漏极之间延伸，且当栅源极电势为负足以将空穴从源极吸引到沟道时，电流传导穿过P沟道。沟道开始传导电流所处的栅源极电势称为晶体管的阈值电压VTH(当VGS具有大于阈值电压VTH的绝对值时晶体管进行传导)。源极如此命名是因为其为流过沟道的电荷载流子源(对于P沟道为空穴)；同样，漏极为电荷载流子离开沟道的位置。如在Rothberg中所述的那样，ISFET可制造成具有浮动栅结构，该浮动栅结构通过将多晶硅栅联接到设置在一个或多个附加氧化层内的多个金属层而形成，该一个或多个附加氧化层设置在栅氧化层之上。浮动栅结构如此命名是因为其与同ISFET相关联的其它导体电隔离；即，其夹在栅氧化层与钝化层之间，该钝化层设置在浮规（floating gage）的金属层(例如，顶部金属层)上。如在Rothberg中进一步描述的那样，ISFET钝化层构成离子敏感膜，其引起装置的离子灵敏度。与钝化层(特别是在可位于浮动栅结构之上的敏感区域中)接触的诸如分析物溶液(即，含有关注的分析物(包括离子)或测试关注的分析物的存在的溶液)中的离子的分析物的存在改变ISFET的电特性，从而调制流过ISFET的源极与漏极之间的沟道的电流。钝化层可包括多种不同材料中的任一种以便于对特定离子敏感；例如，包括氮化硅或氮氧化硅、以及如氧化硅、氧化铝或氧化钽的金属氧化物的钝化层一般提供对分析物溶液中的氢离子浓度(pH)的灵敏度，而包括含有缬氨霉素的聚氯乙烯的钝化层提供对分析物溶液中的钾离子浓度的灵敏度。适用于钝化层且对其它离子(诸如钠、银、铁、溴、碘、钙和硝酸盐)敏感的材料是已知的，且钝化层可包括各种材料(例如，金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物)。至于分析物溶液/钝化层界面处的化学反应，对于ISFET的钝化层所采用的给定材料的表面可包括可贡献出质子至分析物溶液或从分析物溶液接收质子的化学基团，在任何给定时间，在与分析物溶液的界面处的钝化层的表面上留下带负电荷的地点、带正电荷的地点和中性地点。关于离子灵敏度，通常称为\表面电势\的静电电势差作为由于化学反应(例如，通常涉及接近敏感区域的分析物溶液中的离子分解氧化物表面组合)引起的敏感区域中的离子浓度的函数而出现在钝化层与分析物溶液的固体/液体界面处。该表面电势继而又影响ISFET的阈值电压；因此，ISFET的阈值电压随接近敏感区域的分析物溶液中的离子浓度的变化而改变。如Rothberg中所述，由于ISFET的阈值电压VTH对离子浓度敏感，故源电压VS提供信号，该信号与接近ISFET的敏感区域的分析物溶液中的离子浓度直接相关。化学敏感FET(\chemFET\)或更具体是ISFET的阵列可用于基于监测分析物在反应期间的存在、生成或使用来监测反应——例如，包括核酸(例如，DNA)测序反应。更具体而言，包括较大chemFET阵列的阵列可用于探测和测量多种化学和/或生物过程(例如，生物或化学反应、细胞或组织培养或监测、神经活动、核酸测序等)中的多种分析物(例如，氢离子、其它离子、非离子分子或化合物等)的静态和/或动态量或浓度，其中可基于此类分析物测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有噪音和晶体管失配校正电路的传感器阵列，包括：布置成行和列的像素阵列，其中所述像素按行选择且经由列读出；所述像素中的每一个内的化学敏感传感器和选择晶体管布置成使得一旦通过到所述选择晶体管的行选择信号来选择所述像素，则用于所述像素中的每一个的传感器的输出通过所述选择晶体管；列采样电路，其配置成用以对所述像素进行采样，所述像素为所述列选择，以及列锁存器电路，其配置成生成用以保持来自与每一个列相关联的所述像素的样本的信号，所述列采样电路和所述列锁存器电路中的每一个均配置成置于复位状态和采样或锁存状态中；读出控制电路，其配置成导致复位电路使所述列采样电路和所述列锁存器电路在第一预定时间段期间复位，在第二预定时间段期间导致所述选择晶体管进入到饱和区域中，在处于饱和区域中时获取所述选择晶体管的第一样本，在第三时间段期间导致所述选择晶体管进入到线性区域中，在所述第三时间段期间，所述选择晶体管选择为通过所述选择晶体管读所述化学敏感传感器的第二样本；以及差分电路，其形成所述第一样本与所述第二样本之间的差异。

【技术特征摘要】
2010.09.24 US 61/3864031.一种具有噪音和晶体管失配校正电路的传感器阵列，包括：布置成行和列的像素阵列，其中所述像素按行选择且经由列读出；所述像素中的每一个内的化学敏感传感器和选择晶体管布置成使得一旦通过到所述选择晶体管的行选择信号来选择所述像素，则用于所述像素中的每一个的传感器的输出通过所述选择晶体管；列采样电路，其配置成用以对所述像素进行采样，所述像素为所述列选择，以及列锁存器电路，其配置成生成用以保持来自与每一个列相关联的所述像素的样本的信号，所述列采样电路和所述列锁存器电路中的每一个均配置成置于复位状态和采样或锁存状态中；读出控制电路，其配置成导致复位电路使所述列采样电路和所述列锁存器电路在第一预定时间段期间复位，在第二预定时间段期间导致所述选择晶体管进入到饱和区域中，在处于饱和区域中时获取所述选择晶体管的第一样本，在第三时间段期间导致所述选择晶体管进入到线性区域中，在所述第三时间段期间，所述选择晶体管选择为通过所述选择晶体管读所述化学敏感传感器的第二样本；以及差分电路，其形成所述第一样本与所述第二样本之间的差异。2.根据权利要求1所述的传感器阵列，其特征在于，所述化学敏感传感器形成在基底上的所述选择晶体管附近，以及所述选择晶体管和所述化学敏感传感器为相同大小和类型的晶体管。3.一种用于减轻电路部件的偏移和失配的方法，包括：将像素输出预充电至第一偏置电平，其中所述像素包括为匹配的晶体管对的化学敏感传感器和选择晶体管；从所述像素中的选择晶体管采样基准信号样本；消除来自于基准样本的偏移和失配...

【专利技术属性】
技术研发人员：KG费夫，
申请(专利权)人：生命科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US