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制造技术

本发明专利技术涉及一种用于具有可移动的栅极结构的场效应晶体管（11）的分析处理电路（1），所述分析处理电路具有测量电路（12），所述测量电路耦合在所述分析处理电路（1）的供电电压端子（VDD）和所述场效应晶体管（11）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（Iout）处输出测量信号，所述测量信号与流过所述场效应晶体管（11）的电流的电流强度有关。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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
本专利技术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。
技术介绍
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（MovingGate）”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US2002/0005530A1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EP0990911A1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WO2010/1244889A2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。
技术实现思路
因此，本专利技术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，本专利技术提供一种具有场效应晶体管和根据本专利技术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，所述根据本专利技术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。本专利技术的基本思想是，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（umGrößenordnungenhöhere）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，通过根据本专利技术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。在一种优选的实施方式中，分析处理电路具有带有参考电压端子的阻抗变换电路，所述阻抗变换电路耦合在测量电路和场效应晶体管的漏极端子之间并且被设计用于，使场效应晶体管的漏极端子保持在施加在参考电压端子上的参考电压的电势上。这可以优选通过源极跟随器晶体管（Sourcefolgertransistor）和运算放大器实现，所述源极跟随器晶体管耦合在测量电路和场效应晶体管的漏极端子之间。由此，产生以下优点：场效应晶体管的源极-漏极电压被保持恒定并且由此场效应晶体管的有效微分输出电阻增大。因此，尤其在线性测量区域中可以实现信号位移（Signalhub）的显著上升。此外，有利地可以通过参考电压的变动从输出电流的变化推断出场效应晶体管的灵敏度。在一种优选的实施方式中，分析处理电路具有带有偏移信号馈入端子的偏移校正电路，所述偏移校正电路耦合在供电电压端子和场效应晶体管的漏极端子之间，并且被设计用于通过在偏移信号馈入端子上馈入的偏移校正信号来补偿出现在场效应晶体管的漏极端子处的基本电流。这有利地通过具有很高的输出电阻——例如电流镜像电路或共射-共基放大电路的电流源电路实现，所述电流镜像电路或共射-共基放大电路具有两个输入端子、第一输出端子和第二输出端子，所述两个输入端子分别与供电电压端子连接，所述第一输出端子与场效应晶体管的漏极端子耦合，所述第二输出端子与偏移信号馈入端子耦合。这提供以下优点：可以显著更好地放大实际测量信号，而不必一起放大基本电流。由此分析处理电路的动态范围变得与基本电流无关。尤其是不再必须通过分析处理电路一起放大场效应晶体管的沟道区中通过波动的表面电荷引起的变动，由此不再出现分析处理电路的过载。附图说明本专利技术的实施方式的其他特征和优点从以下参考附图的描述中得出。图1至5示出根据本专利技术的实施方式的、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的示意图；图6示出根据本专利技术的另一种实施方式的、用于具有可移动的栅极结构的两个场效应晶体管的伪微分分析处理电路的示意图；图7示出根据本专利技术的另一种实施方式的、用于具有可移动的栅极结构的两个场效应晶体管的全微分分析处理电路的示意图；图8至11示出根据本专利技术的另一种实施方式的、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的示意图；图12示出根据本专利技术的另一种实施方式的、用于具有可移动的栅极结构的两个场效应晶体管的伪微分分析处理电路的示意图；以及图13示出根据本专利技术的另一种实施方式的、用于具有可移动的栅极结构的两个场效应晶体管的全微分分析处理电路的示意图。具体实施方式图1示出用于具有可移动的栅极结构的场效应晶体管（FET）11的分析处理电路1的示意图。FET11可以是例如n沟道MOSFET。FET11具有源极端子，所述源极端子与参考电势VSS——例如接地电势连接。FET11还具有栅极端子，可以在所述栅极端子上施加栅极电压VCDS。栅极电压VCDS在此可以例如是恒定的电压。此外，FET11具有漏极端子，所述漏极端子与测量电路12耦合。对于技术人员清楚的是，同样可以使用p沟道MOSFET本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于具有可移动的栅极结构的场效应晶体管（11）的分析处理电路（1；10；40），具有：测量电路（12），所述测量电路耦合在所述分析处理电路（1；10；40）的供电电压端子（VDD）和所述场效应晶体管（11）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（Sout）处输出测量信号（Iout；Vout），所述测量信号与流过所述场效应晶体管（11）的电流的电流强度有关。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.10 DE 102011075541.11.具有可移动的栅极结构的场效应晶体管（11）用的分析处理电路（1；10；40），具有：测量电路（12），所述测量电路耦合在所述分析处理电路（1；10；40）的供电电压端子（VDD）和所述场效应晶体管（11）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（Sout）处输出测量信号（Iout；Vout），所述测量信号与流过所述场效应晶体管（11）的电流的电流强度有关，其中所述测量电路（12）包括由第一晶体管（12a）和第二晶体管（12b）组成的电流镜像电路，所述第一晶体管和第二晶体管分别经由其输入端子与所述供电电压端子（VDD）连接，其中所述第一晶体管（12a）的输出端子与所述场效应晶体管（11）的所述漏极端子耦合，并且所述第二晶体管（12b）的输出端子与所述测量端子（Sout）耦合；偏移校正电路（42），所述偏移校正电路具有偏移信号馈入端子（Soff），所述偏移校正电路耦合在所述供电电压端子（VDD）和所述场效应晶体管（11）的所述漏极端子（43）之间，并且所述偏移校正电路被设计用于通过在所述偏移信号馈入端子（Soff）处馈入的偏移校正信号来补偿出现在所述场效应晶体管（11）的所述漏极端子（43）处的基本电流。2.根据权利要求1所述的分析处理电路（1；10；40），其中在所述测量电路（12）中通过分流电阻（12c）代替所述电流镜像电路，并且其中所述测量信号包括跨所述分流电阻（12c）下降的电压（Vout）。3.根据权利要求1所述的分析处理电路（1；10；40），其中在所述测量电路（12）中通过共射-共基放大电路代替所述电流镜像电路，所述共射-共基放大电路具有两个输入端子、第一输出端子和第二输出端子，所述两个输入端子分别与所述供电电压端子（VDD）连接，所述第一输出端子与所述场效应晶体管（11）的所述漏极端子连接，所述第二输出端子与所述测量端子（Sout）耦合。4.根据权利要求1至3中任一项所述的分析处理电路（10），此外具有：阻抗变换电路（13），所述阻抗变换电路具有参考电压端子（Vref），所述阻抗变换电路耦合在所述测量电路（12）和所述场效应晶体管（11）的漏极端子（13c）之间，并且所述阻抗变换电路被设计用于，使所述场效应晶体管（11）的所述漏极端子（13c）保持在施加在所述参考电压端子（Vref）上的参考电压的电势上。5.根据权利要求4所述的分析处...

【专利技术属性】
技术研发人员：A布曼，F亨里齐，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：
国别省市：