本發(fā)明涉及指紋感測(cè)
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種改良電容式指紋感測(cè)單元、獲取指紋的方法以及指紋傳感器。
背景技術(shù)：
：為了安全目的，有許多人的生理特征可用來作為人員識(shí)別，這些特征諸如指紋、視網(wǎng)膜、虹膜、DNA甚至是臉部特征。對(duì)那些能夠區(qū)分眾人的某些生理特征的裝置而言，指紋傳感器具有最低的成本與復(fù)雜度，而鑒別結(jié)果一般都還不錯(cuò)。此外，存儲(chǔ)一個(gè)指紋的細(xì)節(jié)所需要的數(shù)據(jù)量不多(從120字節(jié)到2K字節(jié))。這點(diǎn)使得指紋辨識(shí)裝置在許多領(lǐng)域中都廣泛地接受與使用?，F(xiàn)有許多種類的感測(cè)技術(shù)可用于取得指紋，目前常見的是光學(xué)式和電容式的感測(cè)技術(shù)。光學(xué)式指紋感測(cè)模塊利用來自手指?jìng)蓽y(cè)面反射光的強(qiáng)度，辨別在手指的接觸部分何處是脊部，何處是谷部。光學(xué)式技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可靠性和低成本。然而，由于嵌入式光學(xué)式透鏡的尺寸的限制，使得光學(xué)式指紋感測(cè)模塊的外形無法縮小，這樣光學(xué)式傳感器就很難嵌設(shè)于便攜設(shè)備中。另一方面，電容式指紋辨識(shí)模塊是由硅芯片所組成，能制造得非常緊致。在某些情形下，當(dāng)一個(gè)指紋影像能通過滑動(dòng)掃描取得時(shí)，指紋傳感器就也能變得更薄與更小了。電容式指紋辨識(shí)模塊的小外型使得它適用于攜帶式應(yīng)用產(chǎn)品中，諸如門禁臂章、銀行卡、手機(jī)、平板計(jì)算機(jī)或USB適配器等。電容式指紋傳感器的原理是基于一個(gè)兩層平行金屬板電容器的電容值反比于兩板間距離的物理現(xiàn)象。電容式指紋傳感器包括數(shù)組感測(cè)單元，每一個(gè)感測(cè)單元包含感測(cè)平板。感測(cè)平板作為兩層平行金屬板電容器的其中一層平板，而人體表皮組織作為另一片平板，手指的脊部與谷部能由量測(cè)不同的電容值而定位出來。有許多關(guān)于電容式指紋辨識(shí)模塊的前案，例如，美國專利第6114862號(hào)揭露一種距離傳感器，它具有一個(gè)電容式單元，該電容式單元交替地具有第一電容器平板，第一電容器平板面對(duì)第二電容器平板設(shè)置，而第二電容器平板的 距離可以被量測(cè)得到。在采取指紋的情況下，第二電容器平板由手指的皮膚表面直接定義。該傳感器包括一個(gè)反相放大器，介于電容式單元連接處的輸入與輸出之間，以形成負(fù)回饋支路。通過將電荷階差作為反相放大器的輸入，電壓階差直接正比于量測(cè)的距離，并在反相放大器的輸出處獲得。雖然該傳感器的架構(gòu)簡單，但是放大器遭遇到均勻性問題，且其能源效率并不好。另一前案揭露于美國專利第7663380號(hào)中，請(qǐng)參閱圖1與圖2。電容式指紋傳感器包含指紋電容器CF、參考電容器CS、第一晶體管33、第二晶體管34、第三晶體管35與第四晶體管36。指紋電容器CF具有電容，該電容是個(gè)谷部電容CFV或脊部電容CFR。參考電容器CS具有電容CS，CFV<CS<CFR。第一晶體管33被配置以對(duì)參考電容器CS預(yù)充電，第二晶體管34配置以對(duì)指紋電容器CF預(yù)充電，第三晶體管35被配置以重分配參考電容器CS與指紋電容器CF內(nèi)的電荷。第四晶體管36配置以在重分配之后，輸出參考電容器的CS電壓。圖1進(jìn)一步提出了在預(yù)充電階段指紋傳感器的等效電路。在預(yù)充電階段對(duì)指紋傳感器而言，讀出選擇線Cm+1宣告，第一晶體管33與第二晶體管34啟動(dòng)，且電壓VA與VB各自對(duì)參考電容器CS與指紋電容器CF預(yù)充電。圖2顯示在評(píng)估階段同樣的電路。在評(píng)估階段對(duì)指紋傳感器而言，讀出選擇線Cm+1宣告，第三晶體管35啟動(dòng)，且儲(chǔ)存在參考電容器CS與指紋電容器CF中的電荷重新分配。此刻，掃描線仍宣告，第四晶體管36啟動(dòng)，讀出選擇線是根據(jù)哪一部分人的指紋，即脊部或谷部，被偵測(cè)到并輸出電壓。表面上看來，如果脊部被偵測(cè)到，讀出選擇線的輸出電壓較大，如果谷部被偵測(cè)到，輸出電壓值較小。因而，指紋能基于輸出的電壓而映像出，而電壓是隨著手指的部位而變化。然而，實(shí)際上，由這樣電容式指紋傳感器所制成的指紋感測(cè)裝置，其靈敏度不高。當(dāng)有一層保護(hù)層在距離傳感器的頂部，或該距離傳感器封裝在一個(gè)模子外殼中時(shí)，取出圖像的質(zhì)量會(huì)變差。因此，為了解決以上所述的問題，需要一種改良的電容式指紋感測(cè)單元、獲取指紋的方法以及指紋傳感器。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種改良電容式指紋感測(cè)單元、獲取指紋的方法以及指紋傳感器，通過連接第三金屬層到瞬時(shí)電壓抑制裝置，可獲得防靜電放電功效。通過增加第一金屬間介電層與第二金屬間介電層的厚度，改良電容式指紋感測(cè)單元的靈敏度可獲得改善。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種改良電容式指紋感測(cè)單元，包含：基底架構(gòu)和指紋感測(cè)架構(gòu)，所述基底架構(gòu)具有至少一個(gè)第一金屬層并形成充電電路與操作電路，用于交替地接收充電電壓，及分派來自所述充電電路的電荷到所述操作電路的電容中并同時(shí)停止接收所述充電電壓；所述指紋感測(cè)架構(gòu)設(shè)置在所述基底架構(gòu)上，包含第一金屬間介電層、第二金屬層、第二金屬間介電層、第三金屬層和鈍化層；所述第一金屬間介電層具有第一深度，所述第一深度大于3μm；所述第二金屬層設(shè)置在所述第一金屬間介電層上，且形成感應(yīng)金屬板；所述第二金屬間介電層設(shè)置在所述第二金屬層上且環(huán)繞所述第二金屬層，覆蓋所述感應(yīng)金屬板并具有第二深度，所述第二深度大于3μm；所述第三金屬層設(shè)置在所述第二金屬間介電層上，通過位于所述感應(yīng)金屬板上的開口形成方形格子，并連接至瞬時(shí)電壓抑制器裝置，用于接收第一電壓與第二電壓；所述鈍化層，覆蓋所述第三金屬層。其中，觸發(fā)所述瞬時(shí)電壓抑制裝置限界電壓值比所述第一電壓和/或所述第二電壓高；所述基底架構(gòu)也分派來自所述充電電路的電荷到所述指紋感測(cè)架構(gòu)的電容中，所述充電電路并同時(shí)停止接收所述充電電壓。在其中一個(gè)實(shí)施例中，充電電容器設(shè)置在所述充電電路中，用于當(dāng)所述充電電容器接收到所述充電電壓時(shí)，儲(chǔ)存電荷，寄生電容存在于所述操作電路中，且交叉電容形成于所述第三金屬層與所述感應(yīng)金屬板間。當(dāng)手指接近所述鈍化層時(shí)，訊號(hào)電容形成于所述手指與所述第三金屬層間，且手指電容形成于所述手指與所述感應(yīng)金屬板間。分派開關(guān)設(shè)置在所述操作電路與所述充電電路之間，用以啟閉所述充電電壓的接收及分派電荷。當(dāng)所述第二電壓發(fā)生、所述充電電壓停止施加且所述分派開關(guān)開啟時(shí)，輸出電壓變化從所述充電電路中獲得。當(dāng)Vout是所述輸出電壓的值，Vdd是所述充電電壓的值，V1與V2分別是所述第一電壓與第二電壓的值，Cr是所述充電電容器的電容值，Cp是所述寄生電容的值，Cf是所述手指電容的值，及Cx是所述交叉電容的值時(shí)，所述輸出電壓為Vout=CrCp+CX+Cf+CrVdd+Cf+CXCp+CX+Cf+Cr(V2-V1);]]>在其中一個(gè)實(shí)施例中，放電開關(guān)設(shè)置在所述操作電路中，當(dāng)所述分派開關(guān)關(guān)閉時(shí)，用于將所述操作電路與所述第二金屬層的電壓重設(shè)為訊號(hào)接地。本發(fā)明還涉及一種使用所述的改良電容式指紋感測(cè)單元來獲取指紋的方法，包含步驟：關(guān)閉分派開關(guān)以斷開充電電路與操作電路；施加第一電壓至第三金屬層，并通過開啟放電開關(guān)重設(shè)操作電路與第二金屬層的電壓；施加充電電壓至充電電路；關(guān)閉放電開關(guān)與充電開關(guān)；開啟分派開關(guān)并提供第二電壓以取代第一電壓；量測(cè)輸出電壓；及轉(zhuǎn)譯來自每個(gè)改良電容式指紋感測(cè)單元的輸出電壓，為對(duì)應(yīng)一部分用戶的指紋的指紋影像數(shù)據(jù)。依照本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了一種指紋傳感器，包含數(shù)個(gè)所述的改良電容式指紋感測(cè)單元，以形成指紋感測(cè)數(shù)組，其中所述基底架構(gòu)或指紋感測(cè)架構(gòu)的相同架構(gòu)彼此相鄰的設(shè)置在同一水平上，所有指紋感測(cè)單元的第三金屬層連接形成金屬網(wǎng)格。本發(fā)明的有益效果是：通過連接第三金屬層到瞬時(shí)電壓抑制裝置，改良電容式指紋感測(cè)單元可免于靜電放電的損害。通過增加第一金屬間介電層與第二金屬間介電層的厚度，寄生電容Cp與交叉電容Cx的值會(huì)降低。依照上述輸出電壓Vout的公式，改良電容式指紋感測(cè)單元的靈敏度可獲得改善。附圖說明圖1為現(xiàn)有的指紋傳感器在預(yù)充電階段的等效電路；圖2為圖1的指紋傳感器在評(píng)估階段的等效電路；圖3為本發(fā)明的改良電容式指紋感測(cè)單元一實(shí)施例的示意圖；圖4為本發(fā)明的改良電容式指紋感測(cè)單元一實(shí)施例的等效電路；圖5說明了兩個(gè)相鄰的改良電容式指紋感測(cè)單元的物理架構(gòu)，以手指放置在其上，電容形成于其間；圖6為本發(fā)明的改良電容式指紋傳感器一實(shí)施例的上視圖；圖7為本發(fā)明中輸出電壓的電荷分派對(duì)應(yīng)項(xiàng)的等效電路；圖8為本發(fā)明中輸出電壓的第二電壓對(duì)應(yīng)項(xiàng)的等效電路；圖9為本發(fā)明的等效電路運(yùn)作的流程圖；其中，1-改良電容式指紋傳感器，10-指紋感測(cè)數(shù)組，11-金屬網(wǎng)格，33第一晶體管，34第二晶體管，35-第三晶體管，36-第四晶體管，100-改良電容式指紋感測(cè)單元，110-指紋感測(cè)架構(gòu)，110a-交叉電容器，110b-手指電容，110c-訊號(hào)電容器，111-第一金屬間介電層，112-第二金屬層，113-第二金屬間介電層，114-第三金屬層，115-鈍化層，116-輸入緩沖，120-基底架構(gòu)，121-第一金屬層，122-充電電路，1221-充電電容器，1222-充電開關(guān)，1223-分派開關(guān)，1224-緩沖器，124-操作電路，1241-放電開關(guān)，124a-寄生電容器，150-焊墊，200-手指，d1-第一深度，d2-第二深度，Cm+1-讀出選擇線，VA-電壓，VB-電壓，CF-指紋電容器，CS-參考電容器。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。參見圖3到圖9，圖3為本發(fā)明的一種改良電容式指紋感測(cè)單元100的剖面圖，圖4為改良電容式指紋感測(cè)單元100的等效電路，圖5顯示兩個(gè)相鄰改良電容式指紋感測(cè)單元100，說明指紋感測(cè)架構(gòu)110與位于其中對(duì)應(yīng)的等效電容器，圖6是改良電容式指紋傳感器的上視圖，圖7為輸出電壓的電荷分派對(duì)應(yīng)項(xiàng)的等效電路，圖8為輸出電壓的第二電壓對(duì)應(yīng)項(xiàng)的等效電路，圖9為等效電路運(yùn)作的流程圖。改良電容式指紋感測(cè)單元100基本上包含指紋感測(cè)架構(gòu)110與基底架構(gòu)120，指紋感測(cè)架構(gòu)110設(shè)置在基底架構(gòu)120上。指紋感測(cè)架構(gòu)110具有數(shù)個(gè)子架構(gòu)，它們分別是第一金屬間介電層111、第二金屬層112、第二金屬間介電層113、第三金屬層114與鈍化層115。第一金屬間介電層111可以由常見的，用于制造集成電 路中任何金屬間介電層的制程所形成。不同于傳統(tǒng)的用于指紋傳感器的感測(cè)單元，第一金屬間介電層111要具有一定的深度。它需要較大深度的理由將在之后討論。如圖3所示，該圖指出在相鄰金屬層間的第一金屬間介電層111的第一深度為d1。第一深度d1應(yīng)大于3μm，比如可以是5μm。第二金屬層112設(shè)置在第一金屬間介電層111上，作用為一個(gè)感應(yīng)金屬板，第二金屬層112與鄰近物體形成數(shù)個(gè)電容(有形或無形的電容器)。例如，圖5所示，當(dāng)手指200靠近指紋感測(cè)單元100時(shí)，第二金屬層112與手指200形成手指電容110b。也就是說，第二金屬層112與手指200就是電容器的組件，而它的電容值隨著手指200接近的部分與第二金屬層112間的距離而變化。整體來說，手指電容的電容值反比于手指200與第二金屬層112之間的距離。第二金屬間介電層113設(shè)置在第二金屬層112上并環(huán)繞第二金屬層112，它覆蓋了感應(yīng)金屬板(第二金屬層112)。為了最小化第三金屬層114與第二金屬層112間的電容值(其理由將說明于下)，第二金屬間介電層113與鄰近金屬層間的第二深度d2要大于一般傳統(tǒng)實(shí)作的深度。第二深度d2應(yīng)大于3μm，比如可以是5μm。第三金屬層114設(shè)置在第二金屬層112上。第三金屬層114通過位于感應(yīng)金屬板112上的開口，形成方形格子。此外，第三金屬層114連接到瞬時(shí)電壓抑制器(TransientVoltageSuppressor，TVS)裝置(未示出)。瞬時(shí)電壓抑制裝置是一種電子組件，用來保護(hù)敏感的電子裝置免受來自接電線的電壓突波的損害。瞬時(shí)電壓抑制裝置可不與改良電容式指紋感測(cè)單元100或包含改良電容式指紋感測(cè)單元100的指紋感測(cè)數(shù)組的指紋傳感器同時(shí)生產(chǎn)制造。瞬時(shí)電壓抑制裝置可以是個(gè)獨(dú)立的組件，連接到每個(gè)改良電容式指紋感測(cè)單元100的第三金屬層114。第三金屬層114的其它功能是接收第一電壓與第二電壓(圖4所示的Vin)。唯一的限制是，觸發(fā)瞬時(shí)電壓抑制裝置的限界電壓值應(yīng)比第一電壓和/或第二電壓高。(在本實(shí)施例中，第二電壓出現(xiàn)在第一電壓之后，形成電壓降)。否則，任何高于限界電壓值的電壓將被釋出以避免破壞基底架構(gòu)中的電路。因而，改良電容式指紋感測(cè)單元100不必包括一層額外的金屬層來提供ESD防護(hù)功能。最上層是 鈍化層115，它包覆了第三金屬層114并保護(hù)下方的各層結(jié)構(gòu)免受沖撞與刮傷。由第一電壓與第二電壓造成的電壓變化可以由輸入緩沖116獲知。基底架構(gòu)120具有至少一個(gè)第一金屬層121，至少一個(gè)第一金屬層121提供電路組件，諸如基底架構(gòu)中的電容器與開關(guān)的互連。通過至少一個(gè)第一金屬層121，基底架構(gòu)120形成充電電路122與操作電路124。充電電路122與操作電路124由圖4中等效電路的虛線框所描繪?；准軜?gòu)120的主要目的是要交替地接收穩(wěn)定的充電電壓(Vdd)，并分派來自充電電路122的電荷到操作電路124與指紋感測(cè)架構(gòu)110中的電容，并同時(shí)停止接收充電電壓。充電電路122具有內(nèi)置的充電電容器1221，當(dāng)施加充電電壓時(shí)，充電電容器1221用來儲(chǔ)存電荷。充電電容器1221的一側(cè)連接到訊號(hào)接地。因此，充電電容器1221將在充電階段被充電到穩(wěn)定電壓Vdd(步驟S03)。充電電容器1221可由電路組件，比如MOS或Poly-to-Poly電容器等實(shí)現(xiàn)，充電電容器1221的電容由MOS閘或多晶硅的幾何形狀決定。此外，當(dāng)改良電容式指紋感測(cè)單元100形成時(shí)，或當(dāng)手指200靠近改良電容式指紋感測(cè)單元100時(shí)，其它的等效電容Cx、Cp與Cf(之后將說明)會(huì)自然地存在。充電電路122也具有二個(gè)開關(guān)：充電開關(guān)1222與分派開關(guān)1223。當(dāng)充電開關(guān)1222開啟且分派開關(guān)1223關(guān)上時(shí)，充電電壓將施加到充電電路122，充電電容器1221(Cr)將被充電至充電電壓Vdd。當(dāng)充電開關(guān)1222關(guān)閉且分派開關(guān)1223也維持關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，充電電壓Vdd的供應(yīng)就停止了，充電電容器1221(Cr)保持充電電壓Vdd。分派開關(guān)1223設(shè)置在操作電路124與充電電路122之間，它切換接收充電電壓(如上所述，當(dāng)充電開關(guān)1222開啟時(shí))與分派電荷的操作。也就是說，當(dāng)分派開關(guān)1223關(guān)上時(shí)，充電電路122與操作電路124彼此隔絕。另一方面，當(dāng)分派開關(guān)1223開啟時(shí)，充電電路122與操作電路124彼此連接，電荷能在其間移轉(zhuǎn)，以便能達(dá)成新的電荷平均分布。充電電路122進(jìn)一步包括緩沖器1224，緩沖器1224用來隔離改良電容式指紋感測(cè)單元100與其它的處理電路(未示出)，并傳送輸出電壓Vout給隨后的處理電路(未示出)。通常來說，緩沖器1224由"電壓隨耦器"制成。操作電路124設(shè)置在基底架構(gòu)120中，但不屬于充電電路122的組件集合的通用名詞。換言之，任何由分派開關(guān)1223自充電電路122分離的，且存在于基底架構(gòu)120中的組件，都是操作電路124的一部分。操作電路124的功用將與改良電容式指紋感測(cè)單元100的操作一同在下文中說明。操作電路124具有放電開關(guān)1241。當(dāng)分派開關(guān)1223關(guān)閉時(shí)，放電開關(guān)1241用于將操作電路124的電壓與第二金屬層112的電壓重設(shè)(放電)為訊號(hào)接地。如上所述，數(shù)個(gè)電容會(huì)自然存在。為了對(duì)改良電容式指紋感測(cè)單元100的操作有較好的理解，所有這些電容是由等效電容器來具體化。寄生電容存在于操作電路124(通常，寄生電容形成于感應(yīng)金屬板112與至少一個(gè)第一金屬層121之間)，交叉電容形成于第三金屬層114與感應(yīng)金屬板112之間。因此，寄生電容器124a與交叉電容器110a各自用于說明。當(dāng)手指200接近鈍化層115時(shí)，訊號(hào)電容形成于手指200與第三金屬層114之間。此外，手指電容形成于手指200與感應(yīng)金屬板112間。相似地，訊號(hào)電容器110c與手指電容器110b也各自用于說明。圖5顯示了兩個(gè)相鄰的改良電容式指紋感測(cè)單元100(由虛線分隔開)，說明了指紋感測(cè)架構(gòu)110與每一個(gè)位于其中的等效電容器。要強(qiáng)調(diào)的是指紋感測(cè)數(shù)組10(或指紋感測(cè)區(qū))，即圖6虛線框包圍的區(qū)域，是由排列數(shù)組中改良電容式指紋感測(cè)單元100的相同架構(gòu)彼此相鄰的設(shè)置在同一水平上形成的，且所有改良電容式指紋感測(cè)單元100的第三金屬層114是連接形成金屬網(wǎng)格11?？紤]相互連接的第三金屬層114的總面積比個(gè)別感測(cè)平板(第二金屬層112)大的多，訊號(hào)電容器110c的電容也比其它指紋感測(cè)架構(gòu)中等效電容器的電容大太多，即Cs>>Cx、Cf或Cp。因而，訊號(hào)電容器110c可以看成短路而在隨后的討論中忽略不計(jì)。請(qǐng)見圖6，圖6是改良電容式指紋傳感器1的上視圖。本發(fā)明能應(yīng)用于改良電容式指紋傳感器1上，該改良電容式指紋傳感器1包含了上述的指紋感測(cè)數(shù)組10及數(shù)個(gè)輸入/輸出(I/O)焊墊150。這些輸入/輸出焊墊150連接到指紋感測(cè)數(shù)組10，用于與外部電路連接。改良電容式指紋感測(cè)單元100以下列程序運(yùn)作，程序包含獨(dú)特的和反復(fù)的階段，請(qǐng)參閱圖9。有三個(gè)主要的階段：設(shè)定階段、充電階段及分派階段。在設(shè)定階段，分派開關(guān)1223關(guān)閉(步驟S01)以便充電電路122與操作電路124斷開。在充電階段中，首先，第一電壓V1施加到第三金屬層114，操作電路124與第二金屬層112的電壓通過開啟放電開關(guān)1241(重設(shè))放電至訊號(hào)接地(步驟S02)。接著，通過開啟充電開關(guān)1222，充電電壓施加到充電電路122中(步驟S03)。在充電階段的最后一步驟中，放電開關(guān)1241與充電開關(guān)1222關(guān)閉(步驟S04)。要注意的是步驟S02與步驟S03的順序可以交換，或同時(shí)進(jìn)行。在充電階段末尾，充電電容器1221充電到充電電壓Vdd，等效電容器被充電至第一電壓V1。在充電階段之后是分派階段。在分派階段中，以下的步驟實(shí)質(zhì)上是同時(shí)發(fā)生：開啟分派開關(guān)1223并提供第二電壓以取代第一電壓(步驟S05)。事實(shí)上，其中之一可能會(huì)比另一個(gè)略早發(fā)生，而順序并不會(huì)影響結(jié)果。當(dāng)緩沖器1224的電壓穩(wěn)定時(shí)，量測(cè)輸出電壓Vout。要注意的是當(dāng)?shù)诙妷喊l(fā)生時(shí)，充電電路122會(huì)獲得輸出電壓變化。很顯然，改良電容式指紋感測(cè)單元100中電荷的分布將會(huì)改變，進(jìn)一步影響到輸出電壓Vout。事實(shí)上，輸出電壓的影響來自兩個(gè)來源：電荷分派及輸入緩沖116(第二電壓與第一電壓的差)的電壓變化。輸出電壓Vout是以上兩來源貢獻(xiàn)電壓值的加總，說明如下。為了更詳細(xì)地描述分派階段，繪制了如圖4所示的等效電路。Vdd是充電電壓的值，V1與V2分別表示的是第一電壓與第二電壓的值，Cr是充電電容器的電容值，Cp是寄生電容的值，Cf是手指電容的值，Cx是交叉電容的值，輸出電壓Vout跨越充電電容器Cr的電壓值，由輸出緩沖器1224量測(cè)。其中，Vout=CrCp+CX+Cf+CrVdd+Cf+CXCp+CX+Cf+Cr(V2-V1);]]>由線性電路的理論可知，經(jīng)分派開關(guān)1223的電荷分派與驅(qū)動(dòng)電壓由第一電壓V1到第二電壓V2變化的凈效果是電壓值的加成，經(jīng)分派開關(guān)1223的電荷分派與驅(qū)動(dòng)電壓由第一電壓V1到第二電壓V2的變化是分開施加的。經(jīng)分派開關(guān)1223的電荷分派(無第一電壓V1到第二電壓V2的電壓變化)的等效電路描繪在圖7中。在輸入緩沖(充電電容Cr未被充電到Vdd情形)從第一電壓V1到第二電壓V2電壓降的等效電路描繪在圖8中。令V01代表當(dāng)分派開關(guān)開啟在分派階段時(shí)，Vout的電壓變化，但輸入驅(qū)動(dòng)維持在相同的第一電壓V1。令V02代表當(dāng)輸入緩沖由第一電 壓V1變化到第二電壓V2，且充電電容Cr未被充電至Vdd時(shí)，Vout的電壓變化。Vout的凈結(jié)果將會(huì)是：Vout＝V01+V02；其中，V01=CrCp+CX+Cf+CrVdd,]]>且V02=Cf+CXCp+CX+Cf+Cr(V2-V1).]]>對(duì)自然形成的寄生電容Cp與交叉電容Cx而言，它們的值是依照物理架構(gòu)與電容式指紋感測(cè)單元100的材料而決定。手指電容Cf是變數(shù)，由金屬層112到觸及傳感器的手指尖的谷部或脊部的距離決定。充電電容Cr由至少一個(gè)第一金屬層121內(nèi)部的電路組件形成，而至少一個(gè)第一金屬層121能由電路組件的幾何形狀(比如MOS晶體管或Poly-to-Poly電容器)所決定，電路組件實(shí)際做成了充電電容Cr。為了證實(shí)提出改良電容式指紋感測(cè)單元100的架構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)給定輸出電壓Vout對(duì)充電電容Cf的一階導(dǎo)數(shù)。因此，可以得到：dVoutdCf=dV01dCf+dV02dCf=-Vdd·Cr(Cp+CX+Cf+Cr)2+(V2-V1)·Cp+Cr(Cp+CX+Cf+Cr)2;]]>其中，dV01dCf=-Vdd·Cr(Cp+CX+Cf+Cr)2]]>dv02dCf=ddCf(V2-V1).(1-Cp+CrCp+CX+Cf+Cr)=(V2-V1).Cp+Cr(Cp+CX+Cf+Cr)2.]]>為了改善靈敏度(可表示為)，第一項(xiàng)與第二項(xiàng)必須具有相同的正負(fù)號(hào)；換句話說，如果Vdd是正值，那么V2-V1必須是負(fù)值，也就是V1>V2。這也很明顯，寄生電容Cp與交叉電容Cx的值最好降低，以便靈敏度能增加。要達(dá)到這個(gè)目的，第一金屬間介電層111與第二金屬間介電層113的深度需要增 加，因?yàn)殡娙葜捣幢扔趦蓚€(gè)導(dǎo)電平板間的距離。由實(shí)驗(yàn)可知，第一深度d1與第二深度d2應(yīng)大于3μm。因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)CMOS制程中，金屬間介電層的厚度是小于1μm，這一要求可能需要在制造過程中加入特殊的沉積過程。在分派階段的最后，當(dāng)電荷的分布達(dá)到平衡時(shí)，輸出電壓Vout可以被量測(cè)(步驟S06)，因?yàn)楦牧茧娙菔街讣y感測(cè)單元100上手指的脊部與谷部的位置，最終由給定輸出電壓Vout體現(xiàn)。依序由每個(gè)改良電容式指紋感測(cè)單元100轉(zhuǎn)譯輸出電壓，從而對(duì)應(yīng)一部分用戶的指紋的指紋影像數(shù)據(jù)(步驟S07)。要注意的是，以上描述的電壓是在不同電路節(jié)點(diǎn)的相對(duì)電壓。如果充電電壓Vdd的值是正的，第二金屬層112的重設(shè)過程為放電到0V或訊號(hào)接地。在這種情況下，在第一電壓V1之后發(fā)生的第二電壓V2與第一電壓V1形成負(fù)的階差，第一電壓V1到第二電壓V2的電壓變化是降壓過程。充電電壓Vdd的值也可能成為0V，在這種情形下，第二金屬層112的重設(shè)過程為充電成電壓正值。在這種情況下，在第一電壓V1之后發(fā)生的的第二電壓V2與第一電壓V1形成正的階差，第一電壓V1到第二電壓V2的電壓變化是升壓過程。后者可為操作改良電容式指紋感測(cè)單元100的選擇性替代方案。雖然本發(fā)明已以實(shí)施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許之更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明之保護(hù)范圍當(dāng)視后附之申請(qǐng)專利范圍所界定者為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁1 2 3