[发明专利]用于生物特征认证的微电子传感器

说明书

本发明提供一种用于对用户进行生物特征认证的微电子传感器，所述微电子传感器基于开栅伪导电高电子迁移率晶体管与安装在所述晶体管开栅区中的Vivaldi天线的组合。所述传感器能够传感由用户身体产生的亚太赫兹辐射，并且包括由交替堆叠的GaN/AlGaN单晶或多晶半导体材料层构成的异质结结构、以及包含形成在GaN/AlGaN层之间的界面处的二维电子气(2DEG)或二维空穴气(2DHG)的导电沟道。当源极触点与漏极触点之间开栅区中顶部凹陷层(GaN或AlGaN)的厚度为5‑9nm并且该顶层的表面粗糙度为约0.2nm或更小时，实现所述传感器的最高敏感度。

技术领域

本申请涉及基于高电子迁移率晶体管的微电子传感器的领域以及所述微电子传感器在检测和持续监测人体所产生的亚太赫兹范围的电信号中的使用。具体地讲，本申请涉及开栅伪导电高电子迁移率晶体管(PC-HEMT)及其在生物认证中的使用。

背景技术

如今，多种不同类型的生物特征认证系统用于智能手机、钥匙锁、机场和其他需要极高认证水平的高安全性场所。市售的认证系统可能包括指纹ID传感器、虹膜ID传感器或语音识别。但是，这些系统被证明安全级别相对较低。

2014年，Bionym推出了一种新型的基于心电图(ECG)的生物特征认证装置。被称为“Nymi”的该装置能够捕获人的独特心电图波形，并将其进一步映射到ECG模式。Nymi需要作为手环或腕带持续地佩戴在用户的手腕上，其使用学习算法来记住用户的ECG模式，以提高对用户的认证质量和水平。Bionym的WO 2012151680公开了一种用于对一个或多个个体进行认证的基于ECG信号分析的生物特征传感器。该传感器依赖于通过匹配(通过心电图传感器捕获的)用户ECG波形的整体形状进行的身份验证。

与其他认证方法(例如指纹扫描和虹膜识别)不同，Bionym的传感器只要佩戴者一直戴着腕带就能始终保持认证。通过Nymi进行认证时，用户戴上腕带并用一只手触摸顶部传感器，加上底部传感器接触其手腕，遂形成电气回路。这会生成用于认证其身份的ECG数据，腕带会通过蓝牙将ECG传输到用户附近的智能手机或其他外部装置上的相应的注册应用程序，从而验证佩戴者的身份。。

但是，诸如Nymi之类的生物特征认证装置以及类似的基于ECG的装置存在一些缺点。首先，它们使用单个数据源(ECG)来映射用户的唯一ID配置文件，这让它们成为信号克隆和类似的安全破坏技术的主要目标。其次，这些装置不是封闭式系统，不能提供单个封闭式集成芯片解决方案，这在硬件级别上可以被视为另一个篡改和安全违规问题。必须始终佩戴Nymi才能使用认证系统，这可能会对某些用户造成干扰。

另外，Nymi和类似的基于ECG的装置没有提供对用户进行简单认证的单一接触点，并且需要用户在每次使用之前完成相当复杂的步骤和程序来进行认证，例如，同时使用两只手来闭合电路并认证用户身份，这是每个用户必须每天执行的流程。因此，这些技术不能直接集成到端点装置(例如信用卡和移动电话)中进行单点认证。

但是，使用上述基于ECG的传感器有两个主要的缺点。其一，许多药物和各种心理状况都可以直接影响、改换和改变由传感器记录的心律周期，因此一般的认证系统有时可能会失败。其二，基于ECG的传感器或类似的感测心脏和肺部的血液动力学电信号的传感器需要一个、甚至两个完整的心动周期才能对用户进行认证。在实际应用中，与现有的电容式指纹传感器相比，这是一个巨大的缺点，因为与现有的一秒钟的认证时间相比，进行用户认证或例如解锁手机将花费很长时间。

鉴于以上所述，对基于记录用户的生理信号来开发新的生物特征认证传感器的需求由来已久，人们希望其能克服现有的测量心脏偶极周期的基于ECG的传感器的上述缺点。

亚太赫兹频谱