專利名稱：凹凸檢測傳感器、指紋對照裝置和個(gè)人判別裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把指紋之類的物體的凹凸形狀作為電容值分布進(jìn)行獲取，并電學(xué)式地檢測其分布的傳感器。
作為用來檢測物體的凹凸形狀的指紋傳感器，已在WO97/40744號公報(bào)中公開。圖31示出了在該系統(tǒng)中所使用的指紋傳感器的主要部分。該電路以陣列狀構(gòu)成指紋傳感器。在圖中，12是探測器件，由與設(shè)置在上邊的指紋之間形成電容的探測電極14構(gòu)成。在本例中，僅僅在傳感器上邊存在著指紋的時(shí)候，在指紋和探測電極之間才會(huì)產(chǎn)生電容。在掃描之前，通過開關(guān)器件16，由第1掃描線18產(chǎn)生的電容內(nèi)貯存電荷。然后在掃描時(shí)，第2開關(guān)器件17進(jìn)行動(dòng)作，使得該電荷向第2電容線(輸出線)20輸出。這時(shí)，由于和探測電極14之間的距離不同，故電容值因指紋的凹凸而異。因此，由于在電容中貯存的電荷量不同，故采用掃描第1和第2掃描線18、20的辦法，2維地測定該電荷量，就可以得到指紋的凹凸圖形。由于由指紋和探測電極構(gòu)成的電容小，故所能保持的電荷量小。因此，在這里，在輸出線20的前邊設(shè)置電荷放大器來放大電荷，以提高S/N比。
但是，在該構(gòu)成中，為了讀取微小的電荷量必須要有高性能的讀取電荷量的電路。此外，還易于受輸出線上的噪聲的影響。再者說，還存在著傳感器因人體靜電的影響而被破壞的可能。
于是，本發(fā)明的第1目的是提供S/N比更高的凹凸傳感器。
此外，本發(fā)明的第2目的是提供集成度高、分辨率好、制造工藝簡單并且可以低價(jià)格化的傳感器。
另外，本發(fā)明的第3目的是提供確實(shí)難于破壞的個(gè)人判別裝置。
根據(jù)本發(fā)明，第1，可以提供如下的凹凸檢測傳感器。該傳感器具備探測器件陣列，其構(gòu)成為把由探測電極，把在該探測電極附近的物體與上述探測電極之間形成的電容變換成電壓或電流的變換電路構(gòu)成的探測器件，配置成縱N行×橫M列的陣列，形成探測器件陣列；掃描線，沿著上述探測器件陣列的各列進(jìn)行配置；輸出線，沿著上述探測器件陣列的各行進(jìn)行配置，上述探測器件分別連接到上述掃描線和輸出線上。
在這里，上述變換電路由一個(gè)MOS晶體管構(gòu)成，該MOS晶體管的柵極電極，在上述感測電極上，述MOS晶體管的漏極電極和源極電極的一方的電極和另一方的電極也可以分別連接到上述掃描線和上述輸出線上。
還可以把上述MOS晶體管作成為無定形硅制造的MOS晶體管或多晶硅制造的MOS晶體管。
還可以在連接上述MOS晶體管和輸出線的布線上設(shè)置二極管，使得從上述MOS晶體管的端子朝向上述輸出線的方向變成為正向。
還可以在連接上述MOS晶體管和輸出線的布線上，設(shè)置與上述晶體管不同的另一MOS晶體管，使得從上述MOS晶體管的端子朝向上述輸出線的方向變成為正向。
上述凹凸檢測傳感器，還具備沿著上述探測器件陣列的各列配置的復(fù)位線，上述探測器件，還具有一端連接到上述探測電極和上述變換電路之間的連接點(diǎn)上，另一端連接到上述復(fù)位線上的開關(guān)。
上述凹凸檢測傳感器，還可以具備沿著上述探測器件陣列的各行配置的控制線，上述開關(guān)是具有控制端子的3端器件，并把該控制端子連接到控制線上。
上述開關(guān)也可以是2端子的二極管，或使柵極電極和漏極電極短路后變成為二極管連接的MOS晶體管。
也可以由在行方向上相鄰的排列的探測器件共用上述掃描線。
上述掃描線也可以兼做上述控制線。
上述探測器件還分別具備二極管，該二極管由2端子的二極管或使柵極電極和漏極電極短路后變成為二極管連接的MOS晶體管構(gòu)成，也可以使該二極管的一端連接到上述探測電極與上述變換電路之間的連接點(diǎn)上，使上述二極管的另一端連接到上述掃描線上，并連接為在該掃描線上加有掃描信號的時(shí)候，上述二極管變成為截止的方向。
也可以使處理來自探測器件的數(shù)據(jù)的信號處理電路和上述探測器件形成于同一基板上。
也可以使上述探測電極的形狀作成為正方形或長方形，使配置成陣列狀的上述探測器件的間距變成為50微米以下。
在上述縱N行×橫M列的陣列中，也可以在N/M大于1的情況下，在行方向上對陣列進(jìn)行掃描，在N/M小于1的情況下，在列方向上對陣列進(jìn)行掃描。
還可以在上述探測電極上邊淀積電介質(zhì)。
還可以在電介質(zhì)基板上邊形成上述探測器件和信號處理電路。
還可以在與變換電路和布線不同的另外的層上形成上述探測電極，而且在接近物體的一側(cè)配置上述探測電極。
上述凹凸檢測傳感器還具備圖象顯示裝置，還可以使該圖象顯示裝置與上述探測器件和信號處理電路形成于同一基板上。
倘根據(jù)本發(fā)明，則第2，可以提供一種對至少一個(gè)人的被識別的指紋進(jìn)行互相對照的指紋對照裝置，該裝置具備凹凸檢測傳感器。該凹凸檢測傳感器具備探測器件陣列，其構(gòu)成為把由探測電極和在該探測電極附近的物體與上述探測電極之間形成的電容變換成電壓或電流的變換電路構(gòu)成的探測器件，配置成縱N行×橫M列的陣列；掃描線，沿著上述探測器件陣列的各列進(jìn)行配置；輸出線，沿著上述探測器件陣列的各行進(jìn)行配置，上述探測器件分別連接到上述掃描線和輸出線上。
倘根據(jù)本發(fā)明，則第3，可以提供如下的個(gè)人判別裝置具備具有凹凸檢測傳感器的指紋對照裝置，該凹凸檢測傳感器具備探測器件陣列，其構(gòu)成為把由探測電極和在該探測電極附近的物體與上述探測電極之間形成的電容變換成電壓或電流的變換電路構(gòu)成的探測器件，配置成縱N行×橫M列的陣列；掃描線，沿著上述探測器件陣列的各列進(jìn)行配置；輸出線，沿著上述探測器件陣列的各行進(jìn)行配置，上述探測器件分別連接到上述掃描線和輸出線上。
本發(fā)明的第1方面所述的凹凸檢測傳感器，把在探測電極和該探測電極附近的物體之間形成的電容變換成電壓或電流的變換電路，和由上述探測電極構(gòu)成的探測器件配置成縱N行×橫M列的陣列狀，使上述探測器件和沿著上述陣列的各列配置的掃描線連接，沿著上述陣列的各行配置的輸出線連接，故可以得到S/N比高的凹凸檢測傳感器。
本發(fā)明的第2方面所述的凹凸檢測傳感器，用一個(gè)MOS晶體管構(gòu)成，并采用把該MOS晶體管的柵極電極連接到探測電極上，把漏極電極和源極電極中的一方的電極連接到掃描線上，把另一方的電極連接到輸出線上的辦法，可以減少探測器件的占有面積，提高分辨率。此外，還大幅度地提高S/N比。
本發(fā)明的第3方面所述的凹凸檢測傳感器，由于把MOS晶體管換成了用無定形硅制造的MOS晶體管或有多晶硅制造的MOS晶體管，故可以得到提高了輸出動(dòng)態(tài)范圍的凹凸檢測傳感器。
本發(fā)明的第4方面所述的的凹凸檢測傳感器，由于在把MOS晶體管和輸出線連接起來的布線上，設(shè)置二極管，使得從上述MOS晶體管的端子向上述輸出線的方向變成為正向，故可以使輸出線的輸出信號振幅變成為MOS晶體管的閾值以上，可以提高輸出動(dòng)態(tài)范圍。
本發(fā)明的第5方面所述的凹凸檢測傳感器，由于在把MOS晶體管和輸出線連接起來的布線上，設(shè)置與上述MOS晶體管不同的另外的MOS晶體管，使得從上述MOS晶體管的端子向上述輸出線的方向變成為正向，故可以使輸出線的輸出信號振幅變成為MOS晶體管的閾值以上，可以提高輸出動(dòng)態(tài)范圍。
本發(fā)明的第6方面所述的凹凸檢測傳感器，由于在探測電極與變換電路之間的連接點(diǎn)上連接開關(guān)的一端，把該開關(guān)的另一端連接到沿著各列配置的復(fù)位線上，因?yàn)榭梢允乖咎幱趹腋顟B(tài)的連接點(diǎn)復(fù)位到任意的規(guī)定電位，故可以提高S/N比。
本發(fā)明的第7方面所述的凹凸檢測傳感器，由于把開關(guān)換成為具有控制端子的3端器件，且把該控制端子連接到沿著各行配置的控制線上，故可以確實(shí)地復(fù)位。
本發(fā)明的第8方面所述的凹凸檢測傳感器，由于把開關(guān)換成了2端子的二極管或進(jìn)行二極管連接的MOS晶體管，故構(gòu)造簡單且可以確實(shí)地復(fù)位。在開關(guān)的控制中使用掃描信號。采用本構(gòu)成，傳感器的集成度會(huì)提高，S/N比會(huì)改善。
本發(fā)明的第9方面所述的凹凸檢測傳感器，由于使在行方向上相鄰的排列的探測器件共用復(fù)位線，故可以提高傳感器的集成度，此外還可以防止S/N比的降低。
本發(fā)明的第10方面所述的凹凸檢測傳感器，由于使掃描線兼做控制線，故可以提高傳感器的集成度，此外還可以防止S/N比的降低。
本發(fā)明的第11方面所述的凹凸檢測傳感器，由于把2端子的二極管或由進(jìn)行二極管連接的MOS晶體管構(gòu)成的二極管的一端連接到探測電極和變換電路之間的連接點(diǎn)上，把該二極管的另一端連接到掃描線上，在未加掃描信號時(shí)使上述二極管變成為OFF方向地把二極管連接到該掃描線上，因?yàn)椴辉傩枰獜?fù)位電位線，故可以提高傳感器的集成度。
本發(fā)明的第12方面所述的凹凸檢測傳感器，由于在和變換電路與布線不同的層上形成探測電極，且在與物體接近的一側(cè)配置上述探測電極，故因物體所具有的電荷而產(chǎn)生的瞬時(shí)電流得以被這些層遮擋，故可以防止變換電路或外圍電路等的絕緣破壞。此外，還可以得到可以縮小陣列間距的效果。
本發(fā)明的第13方面所述的凹凸檢測傳感器，由于上述凹凸檢測傳感器和信號處理電路及圖象顯示裝置形成在同一基板上，故可以降低成本。
本發(fā)明的第14方面所述的指紋對照裝置，由于把第1到第12方面中的任何一個(gè)方面所述的凹凸檢測傳感器用做檢測指紋的傳感器，故即便是在其它的與運(yùn)算系統(tǒng)隔離開來的場所下也可以使用，此外還可以提供難以被破壞的指紋對照裝置。
本發(fā)明的第15方面所述的個(gè)人判別裝置，由于具備第14方面所述的指紋對照裝置，故借助于對指紋這種身體特征進(jìn)行識別，可以進(jìn)一步飛躍地提高安全性。此外還可以提供難以破壞的個(gè)人判別裝置。


圖1的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例1的凹凸檢測傳感器的主要部分的構(gòu)成。
圖2的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例2的凹凸檢測傳感器的主要部分的構(gòu)成。
圖3的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例3的凹凸檢測傳感器的主要部分的構(gòu)成。
圖4的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例4的凹凸檢測傳感器的主要部分的構(gòu)成。
圖5的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例5的凹凸檢測傳感器的主要部分的構(gòu)成。
圖6的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例6的凹凸檢測傳感器的主要部分的構(gòu)成。
圖7的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例6的凹凸檢測傳感器的主要部分的另一構(gòu)成。
圖8的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例7的凹凸檢測傳感器的主要部分的構(gòu)成。
圖9的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例7的凹凸檢測傳感器的主要部分的另一構(gòu)成。
圖10的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例8的凹凸檢測傳感器的主要部分的構(gòu)成。
圖11的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例8的凹凸檢測傳感器的主要部分的另一構(gòu)成。
圖12的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例8的凹凸檢測傳感器的主要部分的再一構(gòu)成。
圖13的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例8的凹凸檢測傳感器的主要部分的再一構(gòu)成。
圖14的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例9的凹凸檢測傳感器的主要部分的構(gòu)成。
圖15的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例9的凹凸檢測傳感器的主要部分的另一構(gòu)成。
圖16的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例9的凹凸檢測傳感器的主要部分的再一構(gòu)成。
圖17的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例9的凹凸檢測傳感器的主要部分的再一構(gòu)成。
圖18示出了復(fù)位時(shí)的連接點(diǎn)1000的電位變化。
圖19的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例10的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成。
圖20的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例10的凹凸檢測傳感器的主要部分的另一構(gòu)成。
圖21的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例11的凹凸檢測傳感器的主要部分的構(gòu)成。
圖22的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例11的凹凸檢測傳感器的主要部分的另一構(gòu)成。
圖23的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例12的凹凸檢測傳感器。
圖24的電路圖示出了圖23所示的信號處理電路的構(gòu)成。
圖25的電路圖示出了圖23所示的信號處理電路的另一構(gòu)成。
圖26A是說明本發(fā)明的實(shí)施例17的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成的說明圖。
圖26B是說明作為比較對照的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成的說明圖。
圖27示出了本發(fā)明的實(shí)施例18的凹凸檢測裝置的構(gòu)成。
圖28示出了本發(fā)明的實(shí)施例19的指紋對照裝置的構(gòu)成。
圖29的電路圖示出了現(xiàn)有的凹凸檢測傳感器的主要部分。
實(shí)施例1圖1的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例1的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成。其中，1是探測電極，2是電容量-電壓變換電路或電容量-電流變換電路。用探測電極1和變換電路2構(gòu)成一個(gè)探測器件10，該探測器件10排列成縱N行×橫M列的陣列，構(gòu)成探測器件陣列2000。掃描線100沿著該探測器件陣列的各列配置，輸出線200則沿著各行配置。
借助于物體的凹凸，產(chǎn)生在探測電極1和物體之間填充有空氣等的間隙。即，在探測電極1和物體之間將發(fā)生具有依賴于凹凸的電容值(探測電容)。
為了測定電容值，就需要有電容-電壓變換電路或電容-電流變換電路。在這里，若為了減小因寄生電容而產(chǎn)生的影響，把這些變換電路2組裝到各個(gè)探測器件10中去，則可以提高S/N比。此外，采用把放大功能組裝到些變換電路2中去的辦法，與現(xiàn)有技術(shù)比，可以大幅度地提高S/N比。因此，采用對掃描線100和輸出線200進(jìn)行電掃描的辦法就可以測定各自的電容值，可以2維地得到物體的凹凸。
以往，在陣列外讀取貯存在陣列內(nèi)的探測電容上的電荷。但是由于若探測電容小則所能保持的電荷少，故將因引線的寄生電容和探測電容而產(chǎn)生電容的轉(zhuǎn)移，使S/N比減小。采用本實(shí)施例這樣把電容的變換電路組裝進(jìn)各個(gè)陣列中的辦法，就可以得到使引線的寄生電容不會(huì)產(chǎn)生問題的那種輸出信號。
實(shí)施例2圖2的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例2的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成。其中，3是MOS晶體管。MOS晶體管3的柵極電極連接到探測電極1上。此外，漏極電極、源極電極中的一方的電極連接到掃描線100上，另一方的電極則連接到輸出線200上。在這里，由于MOS晶體管3具有電容(晶體管電容)，故若把MOS晶體管3的柵極電極和探測電極1連接起來，則探測電容和晶體管電容將變成為串聯(lián)連接。例如，設(shè)探測電容的電容值為Cf、晶體管電容的電容值為Ct、掃描信號線的導(dǎo)通(ON)時(shí)的信號電平為VON、截止(OFF)時(shí)的信號電平為Voff、物體表面的電位為Vf，晶體管3的柵極電壓為VG。則將變成為VG＝Cf(Vf-VON)/(Ct+Cf)(導(dǎo)通時(shí))＝Cf(Vf-Voff)/(Ct+Cf) (截止時(shí))(1)借助于此，由于晶體管3的柵極電壓VG因探測電容Cf而異，故晶體管的輸出電流依賴于探測電容。即，將變成為電容-電流變換電路。
此外，若把電容等連接到該晶體管3的輸出端上，則可以貯存與輸出電流對應(yīng)的電荷。即，可以得到依賴于探測電容的輸出電壓。即，將變成為電容-電壓變換電路。采用對掃描線100和輸出線200進(jìn)行掃描的辦法，就可以2維地測定輸出電壓，就可以通過進(jìn)行解析來檢測物體的2維狀的凹凸。
通常，要構(gòu)成電容-電壓變換電路或電容-電流變換電路，就需要放大器或電容等若干元器件，構(gòu)成是復(fù)雜的。但是，在本構(gòu)成中，由于只需要一個(gè)晶體管3就可以具有電容-電流變換功能，故構(gòu)成簡單，可以減少探測器件的占有面積。
此外，在本構(gòu)成中，主要的特征是向晶體管3的柵極電極輸入電容變化的信號并進(jìn)行放大。在本構(gòu)成中，由于使電容變化的信號放大后輸出，故與現(xiàn)有方法的向晶體管的漏極電極輸入電容變化信號的方法比較，可以大幅度地提高S/N比。
實(shí)施例3圖3的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例3的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成。其中，3a、3b是P型MOS晶體管，且假定它們的閾值電壓相同，是Vth。
作為初始狀態(tài)輸出線Hn是0V。此外，在某一掃描線Vn變成為大于HIGH以上(例如3V以上)時(shí)，其它的掃描線為LOW(例如0V)。
現(xiàn)在，設(shè)掃描線Vn已變成為HIGH。這時(shí)，P型MOS晶體管3a的源極端將變成為連接到掃描線Vn上的一方的端子，連接到輸出線Hn上的另一方的端子則作為漏極端起作用。這時(shí)，根據(jù)公式(1)，P型MOS晶體管3a的柵極電壓VGa將取某一有限值。然后，當(dāng)P型MOS晶體管3a的柵極電極和源極電極的電位差VGSa滿足VGSa＝|Vga-Vn|≥|Vth|時(shí)，則P型MOS晶體管3a將變成為ON狀態(tài)，電流開始向輸出線Hn流動(dòng)。輸出線Hn的電位VHn因該電流而不斷上升。
此外，在P型MOS晶體管3b中，由于一方的端子的電位Vn+1為0V，另一方的端子的電位VHn將變成為有限值(＞0V)，故P型MOS晶體管3b的源極端變成為連接到輸出線Hn上的端子，漏極端將變成為連接到掃描線Vn+1上的端子。
另一方面，隨著輸出線Hn的電位上升，P型MOS晶體管3b的柵極電壓VGb，將變成為與P型MOS晶體管3a一樣取某一有限值。柵極電位VGb將隨著輸出線Hn的電位上升而不斷上升，當(dāng)P型MOS晶體管3b的柵極電極和源極電極的電位差VGSb滿足VGSb＝|VGb-VHn|≥|Vth|時(shí)，P型MOS晶體管3b將變成為ON狀態(tài)。
本傳感器的輸出可以向別的處理電路輸入。但是，由于通常該處理電路的輸入阻抗與已變成為ON狀態(tài)的P型MOS晶體管3b的輸入阻抗比足夠地高，故在VGSb≥|Vth|時(shí)，從P型MOS晶體管3a流出的電流，通過P型MOS晶體管3b流入電位固定在LOW的掃描線Vn+1因此，掃描線Hn的電位VHn不會(huì)變成為P型MOS晶體管3b的使電流開始流動(dòng)的電位以上。在通常的動(dòng)作下輸出線Hn所能夠取的電位的范圍為0＜VHn＜|Vth|。
如上所述，本傳感器的輸出動(dòng)態(tài)范圍受P型MOS晶體管3a、3b的限制，當(dāng)閾值電壓Vth大時(shí)輸出動(dòng)態(tài)范圍變大，而當(dāng)閾值電壓Vth小時(shí)則變小。
于是，當(dāng)用由單晶硅(Si)制造的MOS晶體管構(gòu)成本傳感器的情況下，P型MOS晶體管的閾值電壓通常下降到Vth＝0.7V左右。
因此，采用例如離子注入，在N溝中向柵極氧化膜的下邊的半導(dǎo)體表面上導(dǎo)入硼，使得加大輸出動(dòng)態(tài)范圍的辦法，通過故意地把閾值電壓控制得大(例如變成為0.8V以上)，就可以提高S/N比。
此外，如果在制造工藝中僅僅加大配置在陣列部分中的MOS晶體管的閾值電壓Vth，則可以提高輸出動(dòng)態(tài)范圍而不改變配置在外圍電路部分上的MOS晶體管的工作頻率。
另一方面，用單晶硅Si制造的MOS晶體管以外的器件，例如無定形硅Si制造的MOS晶體管或用低溫多晶硅Si制造的MOS晶體管或用高溫多晶硅Si制造的MOS晶體管等，則存在著閾值電壓原本就大(2V＜|Vth|＜5V)的問題。但是，在本實(shí)施例中，如果使用這樣的閾值電壓Vth大的器件，則可以制作比用單晶硅Si制造的MOS晶體管輸出動(dòng)態(tài)范圍還大的凹凸檢測傳感器。
另外，在上述說明中作為一個(gè)例子雖然說明的是P型MOS晶體管，但變更為N型MOS晶體管也可以得到同樣的效果。
實(shí)施例4圖4的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例4的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成。
在上述的實(shí)施例3中示出了本傳感器的輸出動(dòng)態(tài)范圍受P型MOS晶體管的閾值束縛的情況。
于是，在本實(shí)施例中，如圖4所示，在連接P型MOS晶體管3和輸出線200的布線上設(shè)置二極管9使得從P型MOS晶體管3的端子朝向輸出線200的方向變成為正向。
借助于此，就不會(huì)從輸出線200通過其它的未進(jìn)行掃描的P型MOS晶體管向掃描線100流出電流。
因此，輸出線200的電位可以上升到P型MOS晶體管的閾值以上，故可以加大輸出動(dòng)態(tài)范圍而不受P型MOS晶體管的閾值的限制。
另外，在上述說明中，作為一個(gè)例子，雖然把MOS晶體管定為P型MOS晶體管，但是，即便是變更為N型MOS晶體管，也可以得到同樣的效果。
實(shí)施例5圖5的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例5的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成。在圖中，11是N型MOS晶體管。
在本實(shí)施例中，如圖5所示，在連接3和輸出線200的布線上設(shè)置N型MOS晶體管11，使得從P型MOS晶體管3的端子朝向輸出線200的方向變成為正向。就是說，使N型MOS晶體管11的柵極端子連接到掃描線100上，N型晶體管的2個(gè)端子分別連接到輸出線200和P型MOS晶體管3上。
如果這樣地連接N型MOS晶體管11，則只有與所掃描的線，例如Vn相連的陣列的N型MOS晶體管11才導(dǎo)通，與其它的沒有連接的掃描線，例如，與Vn+1連接的陣列的N型MOS晶體管11則不導(dǎo)通。
因此，P型MOS晶體管3流出的電流僅僅流入輸出線200，故輸出線200的電位，可以上升到P型MOS晶體管的閾值以上，故可以加大輸出動(dòng)態(tài)范圍而不受P型MOS晶體管的閾值的限制。
此外，采用本實(shí)施例，則僅僅用MOS晶體管就可以構(gòu)筑傳感器，而不需要使用實(shí)施例4那樣的二極管。
另外，即便是P型MOS晶體管和N型MOS晶體管11是相反的，此外，即便是同型的MOS晶體管，采用與每者對應(yīng)的起來把用做變換電路的MOS晶體管和輸出線200連接起來的布線上連接另外的MOS晶體管，使得從該MOS晶體管的端子，朝向輸出線200的方向變成為正向的辦法，也可以得到同樣的效果。
實(shí)施例6圖6和圖7的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例6發(fā)凹凸檢測傳感器的構(gòu)成。圖6是在圖1的電路中設(shè)置了開關(guān)的構(gòu)成。圖7是圖2的電路中設(shè)置了開關(guān)的構(gòu)成。在這里，300是沿著探測器件的陣列的列配置的復(fù)位線，4是開關(guān)。
在探測電極1和電容-電壓變換電路或電容-電流變換電路2的連接點(diǎn)1000上，在測定了探測電容后，如果經(jīng)過足夠的時(shí)間，有時(shí)候會(huì)產(chǎn)生剩余電荷。由于該剩余電荷可以使S/N比惡化，故設(shè)置圖6和圖7那樣的連接到復(fù)位線300上的開關(guān)就可以用最佳的復(fù)位定時(shí)使之消去。應(yīng)用本構(gòu)成，可以消除剩余電荷的影響，可以提高S/N比。
實(shí)施例7圖8和圖9的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例7的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成。圖8相對于復(fù)位線300上下對稱地配置圖6的探測器件。圖9相對于復(fù)位線300上下對稱地配置圖7的探測器件。
由于若設(shè)置開關(guān)4將變成為需要復(fù)位線300，故陣列整體的面積將變大。于是，若如圖所示，在相鄰的2個(gè)探測器件間共有復(fù)位線300，則與實(shí)施例5比，復(fù)位線的條數(shù)可以減少到一半。應(yīng)用本構(gòu)成，除去傳感器的集成度將提高所削減的布線的面積相應(yīng)的量那么大的量以外，還可以防止因這些布線而產(chǎn)生的寄生電容等引起的S/N比的降低。
實(shí)施例8圖10、圖11、圖12和圖13的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例8的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成。圖10、圖11、圖12和圖13分別是在圖6、圖7、圖8和圖9中指定了開關(guān)的控制端子的構(gòu)成圖，400表示設(shè)置在開關(guān)41上的控制端子。
由于如果設(shè)置開關(guān)41則需要控制開關(guān)42的控制線，故陣列整體的面積將變大。復(fù)位可以在未掃描探測器件時(shí)進(jìn)行。如圖10到圖13所示，如果把開關(guān)41的控制端子400連接到掃描線100上，則在進(jìn)行掃描時(shí)，如果在開關(guān)控制中使用掃描信號，則開關(guān)41的控制線就不需要另外設(shè)置。即，采用使用在進(jìn)行掃描時(shí)變成為OFF，在未進(jìn)行掃描時(shí)變成為ON這樣的開關(guān)特性的開關(guān)41的辦法，就可以復(fù)位。
采用本構(gòu)成，由于不需要開關(guān)41的控制線，故傳感器的集成度可以提高。此外，由于不需要開關(guān)41的控制線，故可以大幅度地降低噪聲，因而提高S/N比。
實(shí)施例9圖14、圖15、圖16和圖17的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例9的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成。圖14、圖15、圖16和圖17分別是使圖6、圖7、圖8和圖9的開關(guān)4變成為二極管的構(gòu)成，5是二極管。
在這里，圖18示出了復(fù)位時(shí)的探測器件的各個(gè)節(jié)點(diǎn)電位的變化。假定VH＞Vth，VL＜Vth，復(fù)位線300的最高電位為VH，復(fù)位時(shí)的復(fù)位線300的電位為VL，正向地加在二極管5上的電壓為VD，二極管5的閾值電壓為Vth(在這里為了簡單起見，設(shè)VL＝0V)。連接點(diǎn)1000的電位V1000為0≤V1000≤VH。若給二極管5正向地加上閾值電壓Vth以上的電壓則導(dǎo)通，若是該閾值電壓以下的電壓或反向地加上的電壓則不導(dǎo)通。
首先，在尚未復(fù)位時(shí)，由于VD＝V1000-VH≤0，故二極管不導(dǎo)通，輸出與電容對應(yīng)的信號。在這里，由于進(jìn)行復(fù)位時(shí)變成為VD＝V1000-VL＝V1000，故如例1所示若V1000＞Vth，則二極管導(dǎo)通，變成為V1000＝Vth。此外，如例2所示，若V1000＜Vth，則二極管不導(dǎo)通，V1000保持原來的電位不變。因此，倘采用本構(gòu)成，則在復(fù)位后連接到1000的電位V1000并不一定要變成為V1000＜Vth。
采用本構(gòu)成，由于陣列內(nèi)的全部探測器件的連接點(diǎn)1000上的電位肯定已標(biāo)準(zhǔn)化為Vth以下的電位，故將提高S/N比。此外，采用把開關(guān)換成為二極管的辦法，不再需要開關(guān)的控制線，故可以提高分辨率。
實(shí)施例10
圖19和圖20的電路圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例10的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成。圖19和圖20是在圖1和圖2中分別設(shè)置二極管的構(gòu)成，5是二極管。在實(shí)施例10中，不設(shè)置復(fù)位線而代之以把二極管5連接到掃描線100上。采用在連接點(diǎn)1000和掃描線100之間，把二極管5連接為在掃描信號電平變成為ON時(shí)二極管5變成為OFF，而在掃描電平變成為0FF時(shí)二極管5變成為ON這樣的整流方向的辦法，就可以不要復(fù)位線。
采用本構(gòu)成，由于不再需要復(fù)位線，故可以提高S/N比，可以提高集成度。
實(shí)施例11圖21和圖22的電路圖示出了實(shí)施例11的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成。二極管采用作成為把MOS晶體管的柵極電極和漏極電極連接起來的二極管而不是通常的使用PN結(jié)等的二極管的辦法，僅僅用MOS晶體管就可以制造傳感器。圖21是在作為電容-電流變換電路使用MOS晶體管的電路中，設(shè)置把開關(guān)換成P型MOS晶體管6的構(gòu)成的構(gòu)成，圖22是在作為電容-電流變換電路使用MOS晶體管的電路中，把開關(guān)換成N型MOS晶體管7的構(gòu)成。
到底是使用N型MOS晶體管7還是使用P型MOS晶體管6，要借助于控制信號和輸出信號之差來選擇最合適的一方。通常，N型MOS晶體管7與P型MOS晶體管6比，由于可以在短時(shí)間內(nèi)流以大的電流，故復(fù)位得以更快地結(jié)束。
倘采用本構(gòu)成，由于僅僅用MOS工藝就可以制造傳感器而不需要用來制造二極管的工藝，故可以減少成本。
實(shí)施例12采用向傳感器內(nèi)部組裝測定來自探測器件陣列的數(shù)據(jù)的信號處理電路的辦法，在可以容易地設(shè)計(jì)傳感器以外的外圍電路的同時(shí)，還可以采用在芯片內(nèi)部進(jìn)行信號處理的辦法來提高S/N比。
圖3示出了已組裝進(jìn)外圍電路的框圖的一個(gè)例子。100、200和300分別表示迄今為止的實(shí)施例中示出的掃描線、輸出線和復(fù)位線。2001是掃描信號產(chǎn)生電路，2002是信號處理電路，2000是探測器件陣列。圖24和圖25是信號處理電路的一個(gè)例子，8是讀出開關(guān)，500是信號輸出線，3000、3001是信號變換電路。如圖24所示，如果在各條引線上各設(shè)一個(gè)信號變換電路1000，則具有可以減小信號變換電路的動(dòng)作頻率的優(yōu)點(diǎn)。但是，在這種情況下，芯片占有面積將增大。此外，如圖25所示，如果在信號輸出線上500上各設(shè)置一個(gè)信號變換電路3001，則具有可以減小信號變換電路的芯片占有面積的優(yōu)點(diǎn)。但是，在這種情況下，工作頻率將變高。
實(shí)施例13在把上述各實(shí)施例的凹凸檢測傳感器當(dāng)作指紋傳感器來利用的情況下，從在其特性上說指紋的凹凸將以恒定的周期連續(xù)地出現(xiàn)。采用把探測電極的形狀作成為正方形或長方形而不是圓形或臺形的辦法，可以有效地增加對以恒定的周期連續(xù)的凹凸的設(shè)置面積。在這里，由于指紋的間距在兒童的情況下?lián)f為100微米，故探測電極的間隔如果是50微米以下。則具有可以充分判別指紋的分辨率。
實(shí)施例14此外，在考慮探測器件陣列的縱橫比就是說在縱N行×橫M列的陣列中，還可以考慮N/M的值，作成為使在1以上的時(shí)候，在行(橫)方向上掃描陣列，在1以下的情況下，在列(縱)方向上掃描陣列這樣的構(gòu)成。來自探測器件的信號通過引線送往信號處理電路。引線在陣列內(nèi)肯定要產(chǎn)生恰好與掃描信號線和掃描信號線條數(shù)那么多的量相應(yīng)的量的交叉部分。此外，有時(shí)還產(chǎn)生與各種布線交叉的部分。由于這樣的交叉部分將變成為寄生電容，故S/N比將惡化。因此，考慮到要測定的物體的縱橫比采用把引線構(gòu)成為使得與各種布線進(jìn)行交叉的次數(shù)減小的構(gòu)成的辦法，可以提高S/N比。
實(shí)施例15此外，還可以作成為在探測電極上邊淀積電介質(zhì)的構(gòu)成。在陣列整體的面積不能取得大的情況下，由空氣的介電系數(shù)決定的探測電容的變動(dòng)小。于是，若附加上與探測電容串聯(lián)連接的電容，則由于可以以良好的靈敏度檢測探測電容的變動(dòng)，故可以改善傳感器的S/N比。此外還具有保護(hù)探測電極免予劣化的效果。
實(shí)施例16再有，還可以作成為在電介質(zhì)基板上邊而不是在Si制作的基板上邊制作傳感器的構(gòu)成。Si制造的基板由于具有導(dǎo)電性，故會(huì)在基板和電路之間產(chǎn)生寄生電容，從而使S/N比惡化。由于不能忽視處于浮置狀態(tài)的電容，故采用在電介質(zhì)基板上邊制作傳感器的辦法，可以改善S/N比。作為基板，由于可以不用昂貴的Si，故可以降低成本。
實(shí)施例17圖26是用來說明本發(fā)明的實(shí)施例17的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成的說明圖，圖26A的剖面圖示出了本實(shí)施例的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成，圖26B的剖面圖示出了比較例的凹凸檢測傳感器的構(gòu)成。在圖中，101是掃描線或輸出線等的布線，11000是基板，12000是保護(hù)膜，13000是絕緣材料。
在本實(shí)施例中，如圖26A所示，在基板11000上邊形成把電容變換成電壓或電流的變換電路2和布線101，再在其上邊中間存在絕緣材料13000地形成探測電極1，再在其上邊形成保護(hù)膜12000。就是說，探測電極1和變換電路2與布線101形成在不同的層上，并在與將成為被測物體的物體接近的一側(cè)配置探測電極1。
在在基板11000上邊實(shí)際上形成在上述個(gè)實(shí)施例1～16中所示的凹凸檢測傳感器的情況下，通常，如圖26B所示，可以考慮這樣的構(gòu)成在基板11000上邊的同一層上形成探測電極1和變換電路2和布線101。但是，若是這樣的構(gòu)成，結(jié)果就變成為變換電路2或布線101中間僅僅存在保護(hù)膜12000地與表面即與作為被測物體的物體相連接。
因此，在要檢測凹凸的物體(被測物體)已具有電荷的情況下，在物體接觸傳感器的表面的瞬間，瞬時(shí)電流就通過保護(hù)膜12000流入傳感器，通過變換電路2本身或布線101使外圍電路遭受絕緣破壞。
此外，在作為變換電路2使用MOS晶體管的情況下，用通常的工藝制作的單晶硅Si制造的MOS晶體管的尺寸雖然小，但是用其它的方式制造的MOS晶體管，例如用無定形硅Si制作的MOS晶體管或用低溫多晶硅Si制作的MOS晶體管或用高溫多晶硅Si制作的MOS晶體管等，為了得到與用單晶硅Si制作的MOS晶體管大體上相同的性能，就必須加大晶體管的尺寸。
此外，在陣列中使用的探測電極1，為了檢測凹凸需要某種程度的面積。
因此，如果在同一層上制作變換電路2和探測電極1，則陣列間距就要增大，分辨率就會(huì)惡化。
對此，倘采用本實(shí)施例，則如圖26A所示，由于在不同的層上形成探測電極1和變換電路2和布線101，并把探測電極1配置在與將成為被測物體的物體接近的一側(cè)，故結(jié)果就變成為變換電路2或布線101中間存在絕緣材料13000、探測電極1和保護(hù)膜12000地連接到表面上，由于被測物體所具有的電荷所形成的電流，被這些層遮擋起來，故可以防止變換電路2和外圍電路等的絕緣破壞。
再者，采用本實(shí)施例，還可以得到可以縮小陣列芯片面積的效果。
另外，在圖26A中，雖然示出的是變換電路2和布線102配置在同一層上的情況，但是不言而喻也可以配置在不同的層上。
實(shí)施例18再有，還可以把傳感器與圖象顯示裝置制作在一起制作成圖27中的凹凸檢測裝置。在圖27中，10000是TFT之類的圖象顯示裝置，4000是凹凸檢測傳感器，這些在一塊基板上形成。在利用者根據(jù)畫面顯示輸入信息的方法中，以往，由于在圖象顯示裝置上邊貼上薄片狀的傳感器，故價(jià)格很高。在本構(gòu)成中，由于和圖象顯示裝置的輸入輸出基板共用向傳感器輸入輸出的輸入輸出基板，故可以降低成本。
實(shí)施例19此外，還可以作成為這樣的裝置具備傳感器、存儲器、電源和微處理器等，單獨(dú)地對至少可以識別一個(gè)人的指紋進(jìn)行對照。例如，如圖28所示，采用把圖象顯示裝置10000、凹凸檢測傳感器4000、運(yùn)算系統(tǒng)30000構(gòu)成為一個(gè)指紋對照裝置12000的辦法，即便是在其它的與運(yùn)算系統(tǒng)隔離開來的場所也可以使用。例如，門等等。此外，由于沒有與外部之間的連接，故難于影響信息的授受。因此，會(huì)提高安全性。
實(shí)施例20在上述的實(shí)施例中示出的凹凸檢測傳感器，可以在現(xiàn)金自動(dòng)存取機(jī)或信用卡認(rèn)證機(jī)等的個(gè)人判別裝置中使用。以前僅僅用密碼對本人進(jìn)行確認(rèn)，但采用對指紋等的身體特征進(jìn)行識別的辦法，可以使安全性飛躍地提高。
權(quán)利要求
1.一種凹凸檢測傳感器，其特征是具備探測器件陣列，其構(gòu)成為把由探測電極和把在該探測電極附近的物體與上述探測電極之間形成的電容變換成電壓或電流的變換電路構(gòu)成的探測器件，配置成縱N行×橫M列的陣列；掃描線，沿著上述探測器件陣列的各列進(jìn)行配置；輸出線，沿著上述探測器件陣列的各行進(jìn)行配置，上述探測器件分別連接到上述掃描線和輸出線上。
2.權(quán)利要求1所述的凹凸檢測傳感器，其特征是上述變換電路由一個(gè)MOS晶體管構(gòu)成，該MOS晶體管的柵極電極在上述感測電極上，上述MOS晶體管的漏極電極和源極電極之內(nèi)的一方的電極和另一方的電極分別連接到上述掃描線和上述輸出線上。
3.權(quán)利要求2所述的凹凸檢測傳感器，其特征是把上述MOS晶體管作成為無定形硅制造的MOS晶體管或多晶硅制造的MOS晶體管。
4.權(quán)利要求2所述的凹凸檢測傳感器，其特征是在連接上述MOS晶體管和輸出線的布線上設(shè)置二極管，使得從上述MOS晶體管的端子朝向上述輸出線的方向變成為正向。
5.權(quán)利要求2所述的凹凸檢測傳感器，其特征是在連接上述MOS晶體管和輸出線的布線上，設(shè)置與上述晶體管不同的另一MOS晶體管，使得從上述MOS晶體管的端子朝向上述輸出線的方向變成為正向。
6.權(quán)利要求1～5中的任何一項(xiàng)所述的凹凸檢測傳感器，其特征是還具備沿著上述探測器件陣列的各列配置的復(fù)位線，上述探測器件，具有一端連接到上述探測電極和上述變換電路之間的連接點(diǎn)上，另一端連接到上述復(fù)位線上的開關(guān)。
7.權(quán)利要求6所述的凹凸檢測傳感器，其特征是還具備沿著上述探測器件陣列的各列配置的控制線，上述開關(guān)是具有控制端子的3端器件，并把該控制端子連接到控制線上。
8.權(quán)利要求6所述的凹凸檢測傳感器，其特征是上述開關(guān)是2端子的二極管，或使柵極電極和漏極電極短路后變成為二極管連接的MOS晶體管。
9.權(quán)利要求6所述的凹凸檢測傳感器，其特征是由在列方向上相鄰地排列的探測器件共用上述復(fù)位線。
10.權(quán)利要求1～5中的任何一項(xiàng)所述的凹凸檢測傳感器，其特征是上述探測器件還分別具備二極管，該二極管由2端子的二極管或使柵極電極和漏極電極短路后變成為二極管連接的MOS晶體管構(gòu)成，使該二極管的一端連接到上述探測電極與上述變換電路之間的連接點(diǎn)上，使上述二極管的另一端連接到上述掃描線上，并把上述二極管連接為在該掃描線上加有掃描信號的時(shí)候變成為截止的方向。
11.權(quán)利要求1～5中的任何一項(xiàng)所述的凹凸檢測傳感器，其特征是在上述探測電極上邊淀積電介質(zhì)。
12.權(quán)利要求1～5中的任何一項(xiàng)所述的凹凸檢測傳感器，其特征是在電介質(zhì)基板上邊形成上述探測器件和處理來自該探測器件的數(shù)據(jù)的處理電路。
13.權(quán)利要求1～5中的任何一項(xiàng)所述的凹凸檢測傳感器，其特征是在與變換電路和布線不同的層上形成上述探測電極，且把上述探測電極配置在與物體接近的一側(cè)。
14.一種對至少一個(gè)人的被識別的指紋進(jìn)行互相對照的指紋對照裝置，該裝置具備凹凸檢測傳感器，其特征是該凹凸檢測傳感器具備探測器件陣列，其構(gòu)成為把由探測電極和在該探測電極附近的物體與上述探測電極之間形成的電容變換成電壓或電流的變換電路構(gòu)成的探測器件，配置成縱N行×橫M列的陣列；掃描線，沿著上述探測器件陣列的各列進(jìn)行配置；輸出線，沿著上述探測器件陣列的各行進(jìn)行配置，上述探測器件分別連接到上述掃描線和輸出線上。
15.一種個(gè)人判別裝置，具備具有凹凸檢測傳感器的指紋對照裝置，其特征是該凹凸檢測傳感器具備探測器件陣列，其構(gòu)成為把由探測電極和在該探測電極附近的物體與上述探測電極之間形成的電容變換成電壓或電流的變換電路構(gòu)成的探測器件，配置成縱N行×橫M列的陣列；掃描線，沿著上述探測器件陣列的各列進(jìn)行配置；輸出線，沿著上述探測器件陣列的各行進(jìn)行配置，上述探測器件分別連接到上述掃描線和輸出線上。
全文摘要
本發(fā)明提供S/N比高的凹凸檢測傳感器。把由探測電極1和在該探測電極附近的物體與上述探測電極之間形成的電容變換成電壓或電流的變換電路2構(gòu)成的探測器件10,配置成縱N行×橫M列的陣列狀,使上述探測器件與沿著上述陣列的各列配置的掃描線100及沿著上述陣列的各行配置的輸出線200進(jìn)行連接。
文檔編號A61B5/117GK1268719SQ0010533
公開日2000年10月4日 申請日期2000年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月31日
發(fā)明者橋戶隆一, 浦壁隆浩, 鈴木昭弘, 巖田明彥 申請人:三菱電機(jī)株式會(huì)社