帶有通信發(fā)送接口的CMOS pH值和溫度集成傳感電路設(shè)計與研究.pdf

1、本文基于0.6μm雙層多晶硅雙層金屬N阱CMOS工藝設(shè)計了帶有通信發(fā)送接口的pH值和溫度集成傳感電路芯片。
　　 在不改變0.6μm N阱CMOS工藝流程和不違反設(shè)計規(guī)則的前提下，實現(xiàn)了與CMOS工藝完全兼容的具有島形多層懸浮柵場效應晶體管(MFGFET)結(jié)構(gòu)的pH值傳感單元設(shè)計。MFGFET pH值傳感單元具有由多晶硅柵和兩層金屬構(gòu)成的多層懸浮柵電極，并利用CMOS工藝中的Si3N4/SiO2復合鈍化層作為電解質(zhì)溶液的pH值敏

2、感膜。后工序化學鍍金處理后的環(huán)形金屬2層作為片上參考電極，有利于克服漏電流和溶液電阻及噪聲，使被測溶液區(qū)域參考電位穩(wěn)定，從而提高測量精度。闡述了具有Si3N4/SiO2復合鈍化層傳感懸浮柵結(jié)構(gòu)的MFGFET的器件物理模型和閾值電壓模型。與傳統(tǒng)裸柵ISFET相比，MFGFET閾值電壓的變化僅僅來自于多層浮柵結(jié)構(gòu)中的電荷，其閾值電壓值等于相應MOSFET的閾值電壓迭加一個恒定電壓值。
　　 片上同時兼容集成了pH值信號處理電路、具有

3、線性輸出和高低電平超溫告警開關(guān)信號輸出的CMOS溫度傳感電路?？梢詫崿F(xiàn)生物微環(huán)境中pH值和溫度的同時檢測功能。其中pH值傳感電路采用敏感單元和參考單元差分拓樸結(jié)構(gòu)，在恒流恒壓信號讀出電路控制下，得到與溶液pH值呈線性關(guān)系的電壓輸出，并可消除電路和環(huán)境噪聲的影響，提高測試精度。開關(guān)型溫度傳感電路可在室溫～95℃范圍內(nèi)設(shè)置可調(diào)的超溫報警溫度，線性溫度傳感電路可實現(xiàn)室溫～80℃溫區(qū)內(nèi)的線性溫度檢測。
　　 在5V CMOS工藝下，研究