[实用新型]基于虚拟仪器的脉搏信号采集系统的传感器芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微型压力传感器，尤其是一种基于虚拟仪器的脉搏信号采集系统的传感器芯片。

背景技术

基于虚拟仪器的脉搏信号采集系统的芯片设计方法是把传感器电容设计到MOSFET器件栅的电介质中，如图1所示，MOSFET栅极作为传感器的可移动机械元件，在脉搏压力作用下，机械元件MOSFET器件的栅极向下移动，使MOS栅极电容改变，MOSFET输出电流随之改变，形成压力-电容-电流传感器。这种传感器主要优点是把压力信号直接转换为电流信号输出。

这种结构是一种新型MEMS传感器结构，机件上的电偏压是MOS浮栅的电容性，通过栅极控制传感器的电流输出。浮栅射频的改变可以改变传感器的阈值电压。制造传感器时使用一种工艺模块，这种工艺模块可以与CMOS工艺兼容。传感器结构和工艺模块是把一般CMOS器件按比例缩小或放大，因而与CMOS工艺具有良好的兼容性。

这种传感器结构的主要优点是直接把传感器信号转换为电信号输出，但是输出的信号非常微弱，如图2所示，必须加上复杂的处理电路，一般放大电路仍然是以晶体管为核心构成的，另外还需加外围电路，使放大尽可能线性化，不受工作电压、频率的影响，但会使电路结构非常复杂，不能突出显现该结构的优越性，甚至会使输出结果产生严重的误差。

从尺寸方面讲，它的尺寸已经达到微米级，短沟道效应非常明显。通过提高沟道区掺杂一定程度上可以降低短沟道效应，但其代价是电子迁移率降低、速度变慢，容易发生电子雪崩击穿；同时为了保持对短沟道的栅控，栅级介质的厚度也必须减小，需要开发使用高K介质材料。

发明内容

本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种可使电流放大且克服短沟道效应的基于虚拟仪器的脉搏信号采集系统的传感器芯片。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种基于虚拟仪器的脉搏信号采集系统的传感器芯片，包括MOSFET器件栅，MOSFET器件栅内设有电介质，MOSFET器件栅下设有氮化硅薄膜，氮化硅薄膜下设有沟道，沟道两侧一边为漏极，另一边为源极，电介质中设 有传感器电容，所述漏极和源极分别为P型掺杂和n型掺杂，沟道与源极内侧之间设有隧道结。

作为优选，所述氮化硅薄膜为正方形。使得膜片具有更高的灵敏度。

作为优选，采用SPICE中的标准多项式受控源形式和模态分析的方法，对传感器机电耦合关系式建立耦合部分的小信号等效电路，包括漏极和MOSFET器件栅之间连有一个齐纳击穿二极管，且并联有一个作为漏电流的电阻。

本实用新型有益的效果是：应用量子隧穿效应，使传感器漏极输出电流增力100倍，并克服了容件的短沟道效应，避免了使用高K介质材料。

附图说明

图1是现有传感器的结构示意图；

图2是传感器压力和输出电流的曲线图；

图3是本实用新型的结构示意图；

图4是不导通状态的优化后的微型压力传感器结构的能带图；

图5是导通状态的优化后的微型压力传感器结构的能带图；

图6是漏极区的接合处的穿通效应示意图；

图7是MOS器件电路等效模型；

图8是MOS器件n-沟道仿真结果；

附图标记说明：传感器电容1，MOSFET器件栅2，电介质3，氮化硅薄膜4，沟道5，漏极6，源极7，隧道结8。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

实施例：如图3，这种基于虚拟仪器的脉搏信号采集系统的传感器芯片，包括MOSFET器件栅2，MOSFET器件栅2内设有电介质3，MOSFET器件栅2下设有氮化硅薄膜4，氮化硅薄膜4下设有沟道5，沟道5两侧一边为漏极6，另一边为源极7，电介质3中设有传感器电容1，所述漏极6和源极7分别为P型掺杂和n型掺杂，在沟道5与源极7内侧之间设有隧道结8。沟道5的一边是高度简并的半导体，一边是弱简并的半导体，使得沟道5在向电 压作用时不出现隧道电流，在反向电压作用时出现隧道电流，构成所谓的二极管。

图4和图5显示了在导通和不导通情况下高灵敏度大信号输出的微型压力传感器结构的能带图，在不导通的微型压力传感器结构中，源极和漏极之问有反向二极管，使得器件在静态时具有极低的漏电流。当栅极加正偏压形成沟道时，齐纳隧道电流具备陡然接通特性，使器件在45nm-350mm的尺度范围内，具有很好的放大特性，在45mm尺度下，电路放大倍数可达110倍。