[发明专利]感测手指的指纹图案的指纹感测装置、方法和电子装置

说明书

本发明涉及感测手指的指纹图案的指纹感测装置、方法和电子装置。指纹感测装置包括半导体基板；以及形成在半导体基板上的感测元件的阵列，其中，每个感测元件包括：要由手指触摸的保护性介电顶层；以及被布置在顶层下方的导电的感测结构；其中，指纹感测装置还包括：至少一个放大器，被耦接至感测结构中的至少一个，感测结构用于提供指示手指与感测结构之间的电容性耦合的感测信号，放大器包括形成在半导体基板中的阱中的至少一个晶体管，阱与半导体基板之间的界面被配置成能够防止电流在阱与半导体基板之间流动；以及激励信号提供电路系统，被耦接至感测结构并且被配置成改变感测结构的电位，从而提供手指与感测结构之间的电位差的变化。

本申请是国家申请号为201580002035.1、进入中国国家阶段的日期为2016年3月29日、发明名称为“具有改善了的感测元件的电容式指纹感测器”的PCT申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及电容式指纹感测装置，并且涉及感测指纹图案的方法。

背景技术

为了提高安全性和/或增强用户的便利性，各种类型的生物测定系统被使用得越来越多。

具体地，归功于指纹感测系统的小的形状因子、高的性能以及用户可接受性，在例如消费类电子装置中采用了指纹感测系统。

在各种可用的指纹感测原理中(例如，电容式、光学式、热能式等)，电容式感测最为常用，尤其是在尺寸以及功耗为重要问题的应用中。

所有电容式指纹感测器皆提供表示几个感测结构中的每一个感测结构与放置在指纹感测器表面上的或移动跨越指纹感测器表面的手指之间的电容的度量。

某些电容式指纹感测器会无源地读出感测结构与手指之间的电容。然而，这需要相对大型的电容。所以，这样的无源电容式感测器通常设置有覆盖感测结构的非常薄的保护层，这会使得这样的感测器对刮擦和/或ESD(静电放电)相当敏感。

US 7 864 992公开了一种有源电容式指纹感测装置，其中，通过以下操作来将驱动信号注入手指：对布置在感测器阵列附近的导电驱动结构施以脉冲，并且对由感测器阵列中的感测结构所携载的电荷的最终变化进行测量。

尽管根据US 7 864 992的指纹感测系统提供了指纹图像品质和感测器保护的优异组合，但是，在某些应用中期望能够在不使用单独的导电驱动结构的情况下获得高品质的指纹图像。具体地，对于“困难”手指如干燥的手指，似有改善的空间。

在Kwang-Hyun Lee和Euisik Yoon的论文“A 500dpi Capacitive-Type CMOSFingerprint Sensor with Pixel-Level Adaptive Image Enhancement Scheme”(ISSCC2002/会议21/TD:Sensors and microsystems/21.3)中描述了一种替代性有源指纹感测装置。在此指纹感测装置中，激励脉冲被施加至每个像素的感测电极而非被施加至手指。假设手指的电位基本上恒定。

此指纹感测器看似无需单独的导电驱动结构即可使用。然而，在“A500dpiCapacitive-Type CMOS Fingerprint Sensor with Pixel-Level Adaptive ImageEnhancement Scheme”中描述的指纹感测器据说被配置成呈现相对于手指的在0fF至200fF范围中的电容(被测量的电容)。在指纹感测领域中，这是相对大型的电容，其表示设置在感测电极上的保护涂层非常薄。实际上，保护涂层指的是“钝化层”，其通常被理解为厚度大约是1μm的SiO层或SiN层。具有这样的薄保护涂层的指纹感测器在包括移动装置应用的许多重要的应用中会不够稳健。

因此，期望提供其中激励脉冲被施加至感测电极的更加稳健的电容式指纹感测装置，同时又能够实现高品质的指纹表示。

发明内容