[发明专利]用于具有可移动的栅极结构的场效应晶体管的分析处理电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于具有可移动的栅极结构的场效应晶体管、尤其是用于用作微机械传感器的场效应晶体管的分析处理电路。

背景技术

具有可移动的栅极结构的场效应晶体管、即所谓的“移动栅极（Moving Gate）”FET适合用于探测小移动。它们一般具有很好的信噪比并且因此例如可以用作惯性传感系统领域中的微型化传感器核中的加速度传感器。

具有可移动的栅极结构的场效应晶体管具有衬底，在该衬底中在漏极区和源极区之间引入n掺杂的或p掺杂的沟道。在沟道区上方施加绝缘层，在该绝缘层上方又布置栅极结构。栅极结构在此以可移动的方式构成，也即，作用于栅极结构的外力可以使栅极结构在与衬底表面垂直的方向上和/或在衬底表面的平面中的方向上偏转。通过该偏转，在栅极结构上施加栅极电压的情况下，沟道区中的载流子密度变化，这又导致漏极区和源极区之间的电阻变化。可以测量该电阻变化，其方式是，要么对栅极结构施加恒定的栅极电压，使漏极-源极电压保持恒定，并且测量流过场效应晶体管的电流或通过偏转引起的电流强度变化，要么将恒定的电流注入场效应晶体管中并且测量由于偏转引起的漏极-源极电压变化。

出版物US 2002/0005530 A1公开一种具有在平面的衬底上方的灵活安置的栅极电极的场效应晶体管，其中该场效应晶体管的加速度导致栅极电极相对于衬底偏转，由此可测量场效应晶体管的沟道区中电流强度的变化。

出版物EP 0 990 911 A1公开一种基于具有可移动的栅极的场效应晶体管的微机械传感器，该可移动的栅极的偏转引起场效应晶体管的由该栅极重叠的沟道区的变动。

出版物WO 2010/1244889 A2公开一种用于具有可移动的栅极的场效应晶体管的分析处理电路，该场效应晶体管与参考晶体管串联连接。在两个场效应晶体管之间的中间节点处可以量取可移动的栅极的非线性测量信号。

发明内容

因此，本发明提供一种用于具有可移动的栅极结构的晶体管的分析处理电路，所述分析处理电路具有测量电路，所述测量电路耦合在分析处理电路的供电电压端子和晶体管的漏极端子之间，并且所述测量电路被设计用于在测量端子上输出测量信号，所述测量信号与流过晶体管的电流的电流强度有关。

根据另一种实施方式，本发明提供一种具有场效应晶体管和根据本发明的分析处理电路的微机械传感器、尤其是加速度传感器，所述场效应晶体管具有可移动的栅极结构，所述场效应晶体管具有源极端子、漏极端子和栅极端子，所述源极端子与参考电势耦合，在所述栅极端子上施加恒定的栅极电压，所述根据本发明的分析处理电路与场效应晶体管的漏极端子耦合并且被设计用于在测量端子处输出第一测量信号，所述第一测量信号与流过场效应晶体管的电流的电流强度有关。

本发明的基本思想是，说明一种用于具有可移动的栅极的场效应晶体管的分析处理电路，其中，一方面，不再必须一起放大高多个数量级的（um Größenordnungen höhere）基本电流，并且另一方面，增大场效应晶体管的微分输出电阻。两个效应有助于分析处理电路的测量信号的信噪比的显著增大，由此，仅仅还须根据较小的动态范围设计分析处理电路。

在场效应晶体管的绝缘层上可以积聚表面电荷，通过所述表面电荷附加地影响沟道区中的载流子密度。可以有利地利用该分析处理电路排除根据栅极结构的偏转可变的载流子密度的失真，对于已经在制造具有可移动的栅极结构的各个场效应晶体管期间或即使在场效应晶体管的寿命和使用持续时间期间可能出现的表面电荷也如此。此外，可以根据周围环境温度或其他的周围环境参数，通过根据本发明的分析处理电路来均衡表面电荷的波动。

利用这种分析处理电路可能的是，使场效应晶体管的工作点的泄漏最小化。虽然基本电流的由表面电荷决定的波动可能处于微安范围中，而待测量的电流强度变化在皮安至纳安范围中移动，但因为在分析处理电路中可以有效地防止与实际测量信号相比很高的偏移电流的出现，所以可以有利地根据有限的动态范围设计分析处理电路。由此，使实际测量信号放大到所期望的约60至80dB的信号电平显著变得容易，因为不必一起放大可能很容易导致分析处理电路过载（Übersteuern）的偏移电流。