生物传感器制造技术

一种生物传感器，包括：　　　　磁性隧道结（ＭＴＪ）器件，其包括自由铁磁层、隧道结层及固定铁磁层；　　　　开关器件，其形成于该ＭＴＪ器件的该固定铁磁层下，并配置来用于将该ＭＴＪ器件中所感测的电流输出至感测位线中；以及　　　　感测字线，其形成于该自由铁磁层上，用于将不同的偏置电压施加于该ＭＴＪ器件上，　　　　其中当该固定铁磁层的磁场穿透进入该自由铁磁层中时，使得自开关器件输出的电流根据磁通量密度而变化，该磁通量密度取决于邻近材料。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生物传感器及一种传感单元阵列，更具体地，涉及一种根据使用介电常数传感器获得的电特征以及磁化对检测传感器的磁化特征分析邻近材料的成分的技术。
技术介绍
大多数半导体存储器制造商近来已开发了使用铁磁材料的MTJ(磁性隧道结(magnetic tunnel junction))及GMR(巨磁阻(giant magneto resistive))器件。该MTJ器件包含由一绝缘层分离的两个磁性层，并利用自旋磁导现象(spin magnetic permeation phenomenon)。在该MTJ器件中，电流在两个磁性层中的自旋方向平行时比反平行时更好地穿过该绝缘层。该GMR器件包括由一非磁性层分离的两个磁性层，并利用一巨磁阻现象。在该GMR器件中，电阻在两个磁性层中的自旋方向反平行时比平行时差别更大。图1a及1b为说明传统MTJ器件的操作原理的示图。传统MTJ器件包括一自由铁磁层1、一隧道结层(tunnel junction layer)2及一固定铁磁层3。当固定铁磁层3中的磁场线通过邻近的材料穿透进入自由铁磁层1中时，磁阻根据邻近材料的磁化率而变化。磁通量密度(magnetic flux density)以B＝μH(此处μ＝磁化率，H＝磁通量)表示。磁通量密度B的值根据磁化率μ而变化。如图1a所示，如果具有高磁化率μ的材料存在于固定铁磁层3与自由铁磁层1之间，则自由铁磁层1的磁通量密度B增加。另一方面，如图1b所示，如果具有低磁化率μ的材料存在于固定铁磁层3与自由铁磁层1之间，则自由铁磁层1的磁通量密度B降低。因此，磁阻的值取决于固定铁磁层3与自由铁磁层1之间邻近材料的磁化率μ。图2为一分析表，说明取决于与MTJ器件邻近的材料成分的磁化率。磁化常数μ根据邻近材料的成分的种类与尺寸而变化。图3为一示图，说明一通用电容器的电容。该电容器包括一第一电极4与一第二电极5。该电容器具有一不同的介电常数ε，其取决于第一电极4与第二电极5之间的距离d以及电容器的面积S。即电容为C＝εS/d(此处S＝电容器的面积，且d＝两个电极间的距离)。电容C与介电常数ε及电容器的面积S成正比，且与距离d成反比。图4为一示图，说明该通用电容器的一电压传输特征。连接于一驱动极板线PL与一接地电压端子之间的两个电容器具有电容C1及C2。两个电容器之间的一节点电压为Vs。由该两个电容器供应至该极板线PL的驱动电压为驱动极板电压V_PL。此处，节点电压Vs＝{C1/(C1+C2)}×V_PL。该节点电压Vs与电容C1成正比，且与电容C2成反比。图5显示介电常数ε根据邻近材料的种类及尺寸而不同。由于生活环境的改善，人们对健康与延长寿命越来越感兴趣。威胁人类生命的疾病发生后，人们已加强防范已预期的疾病，而非简单地治愈该些疾病。而且，人们已努力控制环境污染。因此，需要用于检测各种引起疾病的因素、污染及有毒物质的系统。为顺应此趋势，邻近材料的分析方法相对于其他物理及化学传感器更加重视生物传感器。为了使用此些邻近材料检测系统检查人类疾病，需要感测方法用于分析血液成分、分析化合物成分或辨认皮肤。然而，传统感测方法取决于分析材料成分所用的物理或化学方法。因此，此类测试需要大型的设备以及高额的成本。因为此类测试所需时间较长，故难以分析各种邻近材料的成分。
技术实现思路
为了快速分析各种材料的成分，需要量化分析方法，以使用上述磁阻传感器或巨磁阻传感器来分析传感器周围、旁边或附近的材料(下文称为“邻近材料(adjacent material)”)的成分。而且，利用上述电容器的不同介电常数(其取决于邻近材料的种类及尺寸)的量化分析方法为一有用方法。因此，本专利技术的一目的是使用多个MTJ传感器和/或GMR传感器来区分磁化率及电性质，以量化地分析该些成分，藉此识别邻近材料的成分。本专利技术的另一目的是根据邻近材料成分的种类及尺寸感测介电常数的不同值，以将邻近材料的成分分析为电成分。在一项具体实施例中，一生物传感器包括一MTJ(磁性隧道结)器件，其耦接至一开关器件及一感测字线。该MTJ器件包括一自由铁磁层、一隧道结层及一固定铁磁层。该开关器件形成于该MTJ器件的固定铁磁层下，并将该MTJ器件中所感测的电流输入一感测位线。该感测字线形成于该自由铁磁层上，并将不同的偏置电压施加于该MTJ器件。当固定铁磁层的一磁场线穿透进入该自由铁磁层中时，从该开关器件所输出的电流根据磁通量密度(其取决于邻近材料)而变化。在一项具体实施例中，一生物传感器包括一GMR(巨磁阻)器件，其耦接至一开关器件及一感测字线。该GMR器件包括一自由铁磁层、一导电电阻器及一固定铁磁层。该开关器件形成于该GMR器件的固定铁磁层下，并将该GMR器件中所感测的电流输入一感测位线。连接至该导电电阻器的一电极的感测字线将不同的偏置电压施加于该GMR器件。当固定铁磁层的一磁场穿透进入该自由铁磁层中时，从该开关器件所输出的电流根据磁通量密度(其取决于邻近材料)而变化。在一项具体实施例中，使用生物传感器的传感单元阵列包括多个感测字线、多个感测位线、多个磁化对检测传感器以及多个感测放大器。多个感测字线平行于多个字线配置。多个感测位线垂直于多个感测字线及多个字线配置。多个磁化对检测传感器(其连接至多个感测字线、多个字线及多个感测位线)感测磁通量密度的不同值，其取决于邻近材料。多个感测放大器连接至多个感测位线。在一项具体实施例中，一生物传感器包括一MTJ器件、一铁磁材料及一开关器件。该MTJ器件包括一自由铁磁层以接收一感测字线电压，还包括一隧道结层及一固定铁磁层。形成于该自由铁磁层上的铁磁材料形成一磁场，其取决于与该自由铁磁层的磁性耦合。该开关器件形成于该MTJ器件的固定铁磁层下，并将该MTJ器件中所感测的电流输入一感测位线。此处，从该开关器件输出的电流根据磁阻值(其取决于邻近材料)而变化。在一项具体实施例中，一生物传感器包括一MTJ器件，其耦接至一电流线与一开关器件。该MTJ器件包括一自由铁磁层以接收一感测字线电压，还包括一隧道结层及一固定铁磁层。形成于该自由铁磁层上的电流线(current line)接收一供给字线电压，并形成一磁场，该磁场取决于与该自由铁磁层的磁性耦合。该开关器件形成于该MTJ器件的固定铁磁层下，并将该MTJ器件中所感测的电流输入一感测位线。此处，从该开关器件输出的电流根据磁阻值(其取决于邻近材料)而变化。在一项具体实施例中，使用生物传感器的传感单元阵列包括多个感测字线、多个感测位线、多个磁阻传感器以及多个感测放大器。多个感测字线平行于多个字线配置。多个感测位线垂直于多个感测字线及多个字线配置。多个磁阻传感器连接至多个感测字线、多个字线及多个感测位线。多个感测放大器连接至多个感测位线。此处，根据磁场(其由与磁性材料的磁性耦合所感应)中所形成的邻近材料的成分，每个磁阻传感器根据从该些磁性材料所产生的磁场感测不同的磁阻值。在一项具体实施例中，使用生物传感器的传感单元阵列包括多个感测字线、多个感测位线、多个磁阻传感器以及多个感测放大器。该多个感测位线平行于多个字线与多个供给字线配置。该多个感测位线垂直于该多个感测字线、该多个字线及该多个供给字线配置。连接于该多个感测字线、该多个字线、该多个供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜熙福，郑东允，林宰亨，朴泳震，李启南，张仁佑，李承锡，金昌锡，
申请(专利权)人：海力士半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：