專利名稱：溫度感知射頻標簽及利用其來感知溫度變化的電路和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及溫度測量和射頻識別技術領域，具體涉及一種溫度感知射頻標簽及利用其來感知溫度變化的電路和方法。
背景技術：
與普通的條形碼相比，射頻標簽(RF Tag)具有訪問速度高、可并行批量訪問，雙向數(shù)據傳輸和存儲數(shù)據讀寫等很多優(yōu)點。因此，射頻標簽已經被廣泛用于各種物品的識別。根據射頻標簽有無電池供電，射頻標簽又可分為有源標簽和無源標簽兩種，無源標簽只有在閱讀器進行識別的過程中才能工作。對于一些特殊的物品在傳輸過程中，需要使用保溫箱或者類似的保溫裝置來確保運輸?shù)奈锲吩趥鬏斶^程中處于合適的溫度氛圍，比如，血液產品和血液制品、疫苗、冷藏食品等等，并且需要箱內保持相對穩(wěn)定的溫度，防止箱內物品因為溫度變化較大而發(fā)生質變。 對于這樣的物品，在物品序列號識別的過程中，還希望能同時獲取并物品保存的環(huán)境溫度 fn息ο一般來說，這樣的保溫箱內部裝有至少一個物品，對于箱內的物品個體，比如血液產品的單個包裝，現(xiàn)有技術中，可以使用射頻標簽，在不打開保溫箱的前提下，能夠快速檢查保溫箱內物品個體的編號、數(shù)量、種類等信息。通過在保溫箱體上加裝現(xiàn)有的溫度測量和記錄裝置，也可以記錄、保存和顯示物品保溫儲存過程中的溫度信息，從而實現(xiàn)物品存儲運輸過程中的溫度監(jiān)管。但是，這樣的獲得溫度信息一方面自動化程度低，另一方面需要額外配置溫度讀出和傳輸裝置，將溫度信息傳輸?shù)缴漕l標簽物品識別的數(shù)據庫系統(tǒng)，這就增加了系統(tǒng)的復雜程度和成本。更一般的情形，在很多需要監(jiān)控物品保存過程中環(huán)境溫度信息的場合，并不需要采用電池供電的溫度實時測量和監(jiān)控系統(tǒng)全程測量和記錄環(huán)境溫度信息，只需要識別在物品保存過程中，檢測到物品所處的環(huán)境溫度有沒有超出許可的范圍，對于在保存過程中存在環(huán)境溫度超過標準的物品報廢處理即可。

發(fā)明內容
(一)要解決的技術問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種溫度感知射頻標簽及利用其來感知溫度變化的電路和方法，以能夠在射頻標簽沒有閱讀器供電的情況下全程監(jiān)控到物品保存過程中環(huán)境溫度有沒有超出許可的范圍，保證在保存過程中存在環(huán)境溫度超過標準的物品能夠被識別出來并作進一步處理，保證物品存儲的質量。( 二 )技術方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種溫度感知射頻標簽，該射頻標簽包括射頻標簽的集成電路，以及至少一個溫度傳感器，該溫度傳感器包括
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帶有浮柵的MOS晶體管，該晶體管的浮柵和焊接點(PAD)金屬面相連；被密封在一個空腔中的雙金屬溫度敏感片，該雙金屬溫度敏感片一端為固定端， 與該射頻標簽的集成電路的“地”信號相連的，另一端為自由端，在空腔中可自由隨溫度變化彎曲，在特定的溫度下該自由端可接觸到與浮柵相連的焊接點金屬面；其中，射頻標簽的集成電路用于檢測溫度傳感器的MOS晶體管的浮柵上是否被注入自由電荷。上述方案中，所述焊接點金屬面是一個具有鈍化層窗口的裸露金屬面，該裸露金屬面和所述雙金屬溫度敏感片密封在所述空腔中，所述帶有浮柵的MOS晶體管的浮柵通過金屬連線與所述焊接點金屬面相連接。上述方案中，所述雙金屬溫度敏感片使用兩種或者兩種以上熱膨脹系數(shù)不同的金屬材料，隨著環(huán)境溫度不同該雙金屬溫度敏感片將向一邊彎曲。上述方案中，所述兩種或者兩種以上熱膨脹系數(shù)不同的金屬材料為以下之一銅和銀；銀和鉻；銀和金；銀和鈀；銀和鋅；銀和鎳。上述方案中，所述密封雙金屬溫度敏感片的空腔使用芯片和/或MEMS傳感器的刻蝕方法加工，在刻蝕形成的槽頂部通過硅帽封裝得到密閉的腔體。上述方案中，所述雙金屬溫度敏感片使用芯片金屬層工藝來制作，在去除犧牲層后得到懸臂梁的雙金屬溫度敏感片。上述方案中，所述雙金屬溫度敏感片是獨立加工的，通過封裝的方法與射頻標簽芯片的地信號焊接點相連，所述雙金屬溫度敏感元件自由端的觸點位于與MOS晶體管相連的焊接點金屬面的鈍化層窗口上方，芯片和雙金屬溫度敏感元件使用LTCC陶瓷被封裝成溫度傳感器。上述方案中，通過調整所述雙金屬溫度敏感片自由端的長度，來控制不同溫度下雙金屬溫度敏感片自由變形的最大行程，從而實現(xiàn)MOS晶體管在不同溫度下實現(xiàn)浮柵電荷的泄放。為達到上述目的，本發(fā)明還提供了一種使用溫度感知射頻標簽來感知溫度變化的電路，該電路包括射頻標簽的集成電路，包括射頻標簽模擬前端和射頻標簽控制器及存貯器，該集成電路通過射頻標簽模擬前端從閱讀器耦合得到能量，以及集成電路工作所需要的低壓電源(VDD/地)、時鐘(CLK)和IO數(shù)據信號；初始化電路，用于響應于射頻標簽冷卻到指定的保存溫度，所述射頻標簽控制器通過IO數(shù)據信號控制該初始化電路使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷；浮柵電荷檢測電路，用于響應于環(huán)境溫度變化，射頻標簽的集成電路通過該浮柵電荷檢測電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷，如果該自由電荷不存在，則判定該射頻標簽在保存期間，存在過環(huán)境溫度超出指定的溫度范圍的情況。上述方案中，初始化電路包括電荷泵電路，用于使用射頻標簽的集成電路的電源電壓VDD經過該電荷泵電路升壓得到高壓VPP ；電平選擇電路，通過選擇控制MOS晶體管的控制柵與高壓VPP或者射頻標簽的集成電路的電源電壓VDD相連接。
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上述方案中，浮柵電荷檢測電路使用浮柵MOS管閾值電壓法或電流比較法檢測浮柵電荷。為達到上述目的，本發(fā)明還提供了一種使用溫度感知射頻標簽來感知溫度變化的方法，該方法包括射頻標簽的集成電路從閱讀器耦合得到能量，以及集成電路工作所需要的低壓電源(VDD/地)、時鐘(CLK)和IO數(shù)據信號；響應于射頻標簽冷卻到指定的保存溫度，通過射頻標簽的集成電路的IO數(shù)據信號控制使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷；響應于環(huán)境溫度變化，射頻標簽的集成電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷，如果該自由電荷應將不存在，則判定該射頻標簽在保存期間，存在過環(huán)境溫度超出指定的溫度范圍的情況。上述方案中，射頻標簽的集成電路通過IO數(shù)據信號控制使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷包括使用射頻標簽的集成電路的電源電壓VDD經過該電荷泵電路升壓得到高壓VPP ；通過選擇控制MOS晶體管的控制柵與高壓VPP或者射頻標簽的集成電路的電源電壓VDD相連。上述方案中，射頻標簽的集成電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷通過浮柵 MOS管閾值電壓法或電流比較法檢測浮柵電荷。(三)有益效果本發(fā)明提供的溫度感知射頻標簽及利用其來感知溫度變化的電路和方法，能夠在射頻標簽沒有閱讀器供電的情況下全程監(jiān)控到物品保存過程中環(huán)境溫度有沒有超出許可的范圍，從而保證了在保存過程中存在環(huán)境溫度超過標準的物品能夠被識別出來并作進一步處理，保證了物品存儲的質量。


通過對附圖中本發(fā)明示例實施例方式的更詳細描述，本發(fā)明的上述、以及其它目的、特征和優(yōu)勢將變得更加明顯，其中，相同的參考標號通常代表本發(fā)明示例實施例方式中的相同部件。圖1示出了典型的帶MOS晶體管；圖2表示了 MOS晶體管浮柵加載電子過程；圖3表示了電子的電學方法擦除的過程；圖4示意性地示出了一種浮柵自由電荷檢測電路；圖5示出了本發(fā)明的射頻標簽的溫度傳感器的結構；圖6示出了采用芯片和/或MEMS傳感器的刻蝕方法加工出的溫度傳感器的結構；圖7示出了獨立雙金屬敏感元件和MOS晶體管/標簽芯片的封裝形成的溫度傳感器的結構；圖8示出了環(huán)境溫度變化時溫度傳感器的改變；圖9示出了上述溫度感知射頻標簽感知溫度的電路結構；圖10示出了初始化電路組成；
圖Ila和圖lib示出了兩種電平選擇電路；圖12a和圖12b分別示出了兩種浮柵電荷檢測電路；以及圖13示出了溫度感知射頻標簽測量溫度變化的方法流程。
具體實施例方式將參照附圖更加詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，在附圖中顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，本發(fā)明可以以各種形式實現(xiàn)而不應該理解為被這里闡述的實施例所限制。 相反，提供這些實施例是為了使本發(fā)明更加透徹和完整，并且，完全將本發(fā)明的范圍傳達給本領域的技術人員。對于特殊物品在保存過程中的溫度歷史，可以通過在射頻標簽上集成半導體溫度傳感器，將測量電路輸出的對應環(huán)境溫度的電信號數(shù)字化，利用射頻標簽識別系統(tǒng)私有的擴展命令將數(shù)字化的溫度信息傳輸給射頻標簽閱讀器系統(tǒng)，來實現(xiàn)在物品識別的同時獲取物品存儲的溫度信息。但是，上述帶有溫度測量功能的溫度標簽在這些物品標識和溫度測量應用中有如下問題1.如果使用沒有電池的無源標簽，由于射頻標簽上的電路只有在閱讀器訪問的時候才能工作，因此，除非閱讀器始終在訪問射頻標簽，否則，不可能檢測到物品存儲和轉移過程中的環(huán)境溫度超出許可的情況；2.如果使用帶電池的有源標簽，雖然可以實現(xiàn)全過程的物品保存溫度環(huán)境，但是有源標簽的價格較高，會對物品的成本帶來很大的影響；并且標簽的電池還可能污染環(huán)境和物品。在很多實際應用中，只需要監(jiān)控到物品保存過程中環(huán)境溫度有沒有超出許可的范圍，對于在保存過程中存在環(huán)境溫度超過標準的物品報廢處理即可，而不需要記錄全程的溫度細節(jié)。因此，需要一種低成本的射頻標簽，在沒有閱讀器為射頻標簽電路供電的情況下也能夠全程監(jiān)控到物品保存過程中環(huán)境溫度有沒有超出許可范圍的情況，從而保證在保存過程中存在環(huán)境溫度超過標準的物品能夠被識別出來作進一步處理，保證物品的質量。本發(fā)明需要利用浮柵技術。首先對該技術作簡要介紹。帶有浮柵的MOS晶體管廣泛用于電可改寫存儲器，比如=EEPROM和Flash存儲器。圖1示出了典型的帶MOS晶體管， 該晶體管具有兩個柵(Gate)，一個是控制柵(CG)，另一個稱為浮柵(Floating Gate, FG) 0 這種器件的浮柵不帶電荷的時候，在控制柵加電壓則浮柵中的電子跑到浮柵的靠近控制柵的一側，另一側出現(xiàn)空穴。由于感應，便會吸引電子并開啟MOS晶體管的溝道。圖2表示了 MOS晶體管浮柵加載電子過程。具體來說，在漏極(D)加電壓，在溝道電場EL的作用下，電子從源極⑶流向漏極⑶；當控制柵(CG)和地之間加IOV以上的電壓時，在柵_襯底電場ET的作用下，當EL的場強大于lOOkV/cm的時候，源、漏的溝道電子能躍過浮柵(TO)下方的SiO2的勢壘，注入到浮柵中，這個過程也稱為熱電子注入(Hot Electron Ejection)。在沒有別的外力的情況下，電子會很好的保持在浮柵上。如果浮柵上有自由電子的時候，由于自由電子電場的影響，這時候晶體管的開啟電壓就會變大，開啟
η, _ Δβ
電壓的變化等于八「= T^伏，其中Δ Q為浮柵(FG)的自由電荷，Crfg為控制柵(CG)和浮
^Cfg
柵(re)之間的電容。換句話說，在控制柵(CG)上施加正常的導通電壓(例如，ι伏)信號，
7不能使晶體管的漏、源導通，或者漏、源的導通電流變小，根據這個變化可以檢測浮柵晶體管的浮柵(FG)有無自由電荷。圖3表示了電子的電學方法擦除的過程，對于浮柵(re)有自由電荷的浮柵晶體管，將漏極⑶懸空，源極⑶施加正電源，比如5V電壓，在控制柵(CG)施加負電源，比如-8V的電壓，當電場ET的場強達到8 lOMV/cm的時候，浮柵(TO)的自由電荷會通過 Fowler-Nordheim Tunneling效應回至Ij襯底，如圖3所示。對于確定的設計，選擇合適的參考電流Iref，通過比較器C比較浮柵MOS管的漏、 源電流Ic和參考電源Iref的大小，則可以通過比較器的輸出電壓Out來檢測浮柵MOS管的浮柵是否帶有自由電荷，圖4示意性地示出了一種浮柵自由電荷檢測電路。本發(fā)明利用了上述MOS晶體管的工作原理，提供了一種溫度感知射頻標簽和使用該射頻標簽測量記錄溫度變化的方法。該射頻標簽是可重復使用的。圖5示出了本發(fā)明的射頻標簽的溫度傳感器的結構，根據圖5，該射頻標簽包括射頻標簽的集成電路；以及至少一個溫度傳感器，該溫度傳感器包括帶有浮柵的MOS晶體管，該晶體管的浮柵和焊接點(PAD)金屬面相連；被密封在一個空腔中的雙金屬溫度敏感片，該雙金屬溫度敏感片一端為固定端， 與該射頻標簽的集成電路的“地”信號相連的，雙金屬溫度敏感片的另一端為自由端，在空腔中可以自由隨溫度變化彎曲；并且在特定的溫度下，該自由端可以接觸到與浮柵相連的 PAD金屬面，其中，射頻標簽的集成電路可檢測MOS晶體管的浮柵上是否被注入自由電荷。優(yōu)選地，MOS晶體管的浮柵通過金屬連線和PAD金屬面相連，該PAD金屬面是一個具有鈍化層窗口的裸露金屬面。裸露的金屬面和雙金屬溫度敏感片密封在所述空腔中。與 MOS晶體管的浮柵相連的PAD可以不必是芯片嚴格意義上信號PAD，可以是一段大小合適的金屬引線；所謂大小合適，是說金屬引線的面積要和雙金屬熱元件的接觸端點的大小相適應。本發(fā)明溫度傳感器的雙金屬熱敏元件使用兩種或者兩種以上的金屬，比如銅和銀，銀和鉻，銀和金，銀和鈀，銀和鋅，銀和鎳等面復、條復、多條復等熱敏元件，這種材料由于組成的材料熱膨脹系數(shù)不同，因而隨著環(huán)境溫度不同會向一邊彎曲，由于歷史原因，這一類材料通常被稱為雙金屬熱敏元件；雙金屬熱敏元件和PAD密封在腔體中。雙金屬熱元件可以使用芯片金屬層工藝來制作，在去除犧牲層后得到懸臂梁的雙金屬熱敏元件；本發(fā)明溫度傳感器的密封腔體也可以使用芯片和/或MEMS傳感器的刻蝕方法加工，在刻蝕形成的槽頂部通過硅帽封裝得到密閉的腔體，圖6示出了采用芯片和/或MEMS 傳感器的刻蝕方法加工出的溫度傳感器的結構。還可以使用其他加工方法得到該標簽溫度傳感器，例如，圖7示出了獨立雙金屬敏感元件和MOS晶體管/標簽芯片的封裝形成的溫度傳感器的結構，根據圖7，雙金屬溫度敏感元件是獨立加工的，通過封裝的方法和射頻標簽芯片的地PAD相連，雙金屬溫度敏感元件自由端的觸點位于MOS晶體管相連的PAD窗口上方，芯片和雙金屬溫度敏感元件可以使用LTCC陶瓷封裝成標簽溫度傳感器系統(tǒng)。MOS晶體管中，簡言之，如果浮柵上有自由電子的時候，MOS晶體管的漏、源導通；
8浮柵上沒有自由電子的時候，MOS晶體管的漏、源不導通。現(xiàn)有技術中，浮柵上的電荷可通過以下兩種方法得以去除，使得浮柵上沒有自由電子(1)通過紫外線長時間的照射。當紫外線照射時，浮柵上的電子形成光電流而泄放。(2)通過在漏、控制柵之間加一大電壓，即前面所說的Fowler-Nordheim Tunneling效應，將電子從浮柵拉回到襯底中，從而實現(xiàn)浮柵電荷的去除。而本發(fā)明浮柵電荷的去除方法為上述雙金屬溫度敏感片在特定的溫度下，該自由端可以接觸到與浮柵相連的PAD金屬面，就使得浮柵上的電子和芯片的地信號形成回路，電荷就被放掉了。圖8示出了環(huán)境溫度變化時溫度傳感器的改變，如圖8所示，在感知溫度變化過程中，響應于環(huán)境溫度變化，雙金屬溫度敏感片由于兩側的膨脹系數(shù)不同產生彎曲。如果標簽和物品的存儲溫度始終低于雙金屬溫度敏感元件彎曲接觸浮柵PAD必須的溫度，雙金屬溫度敏感片彎曲不大，雙金屬溫度敏感片自由端的觸點不能接觸到與浮柵相連PAD的金屬， 則浮柵的電荷會繼續(xù)保持；如果標簽和物品的存儲溫度上升并且超過了雙金屬溫度敏感元件彎曲接觸浮柵PAD的溫度，雙金屬溫度敏感片彎曲很大到一定程度，雙金屬溫度敏感片自由端的觸點接觸到與浮柵相連PAD的金屬，則浮柵的電荷通過溫度敏感雙金屬連通的地回路泄放掉，因此，通過使用電路檢測浮柵上是否保持電荷就能確定該射頻標簽在保存期間，是否存在過環(huán)境溫度超出許可的情況。通過調整雙金屬溫度敏感片的材料和/或雙金屬溫度敏感片自由端的長度，控制不同溫度下，雙金屬溫度敏感片自由變形的最大行程，從而可以實現(xiàn)MOS晶體管在不同溫度下實現(xiàn)浮柵電荷的泄放。下面詳細描述該溫度傳感器的電路動態(tài)工作流程該溫度傳感器的動態(tài)工作流程包括兩個過程，初始化過程和感知溫度變化過程，圖9示出了上述溫度感知射頻標簽感知溫度的電路結構。根據圖9，該電路包括射頻標簽的集成電路，包括射頻標簽模擬前端和射頻標簽控制器及存貯器，該集成電路通過射頻標簽模擬前端從閱讀器耦合得到能量，以及集成電路工作所需要的低壓電源(VDD/地)、時鐘(CLK)和IO數(shù)據信號；初始化電路，用于響應于射頻標簽冷卻到指定的保存溫度，射頻標簽的集成電路的射頻標簽控制器通過IO數(shù)據信號控制該初始化電路使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷；浮柵電荷檢測電路，用于響應于環(huán)境溫度變化，射頻標簽的集成電路通過該浮柵電荷檢測電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷，如果該自由電荷應將不存在，則判定該射頻標簽在保存期間，存在過環(huán)境溫度超出許可的情況。圖10示出了初始化電路組成，根據圖10，初始化電路具體包括電荷泵電路和點平選擇電路，電荷泵電路用于使用射頻標簽的集成電路的電源電壓VDD經過該電荷泵電路升壓得到高壓VPP ；而電平選擇電路通過選擇控制MOS晶體管的控制柵與高壓VPP或者射頻標簽的集成電路的電源電壓VDD相連。圖Ila和圖lib示出了兩種電平選擇電路。INVl和INV2為低壓反相器，IMl和MPl為低壓NMOS和PMOS管，在VDD低壓電源下工作；MP2和MP3為高壓PMOS管，能夠承受VPP高壓電源。對于圖11a，當電平控制為“高” 的時候MPl關閉，MP2和MP3開啟，F(xiàn)GMOS柵壓輸出VPP高壓；當電平控制為“低”的時候， MP2和MP3關閉，MPl開啟，F(xiàn)GMOS柵壓輸出VDD低。圖lib實現(xiàn)的控制正好相反電平控制為“高”的時候，F(xiàn)GMOS柵壓輸出VDD電平；反之輸出VPP高電平。當傳感器初始化完成后，浮柵和PAD上具有電荷。當雙金屬溫度敏感片自由端的觸點遠離PAD金屬層的時候，浮柵和PAD的電荷被保持，因而MOS晶體管具有較大的閾值 (或開啟)電壓。浮柵電荷檢測電路也有多種實施方式，圖12a和圖12b分別示出了兩種浮柵電荷檢測電路，圖12a浮柵MOS管閾值電壓法的浮柵電荷檢測電路，在該電路中，浮柵有自由電荷的時候，浮柵MOS管不導通，Vout輸出低；反之，Vout輸出高，通過檢測Vout的高低可以得到浮柵上是否有自由電荷。圖12b是一種電流比較法的浮柵電荷檢測電路，在該電路中， 使用和傳感器浮柵MOS管相同的器件作參考電流支路，該器件不做初始化，浮柵上永遠不會有自由電荷，這是衡量傳感器浮柵MOS器件漏、源電流是否受浮柵自由電荷影響的精密方法。因此，在同樣的條件下，如果傳感器用的浮柵器件的漏源電源和參考浮柵器件的電流不同，也就是比較器輸出Vout不為零，則表示傳感器浮柵MOS管的浮柵存在自由電荷，物品的存儲溫度條件沒有遭到破壞；反之，則表示傳感器浮柵MOS管的浮柵沒有自由電荷，物品的存儲溫度條件發(fā)生了變化。因此，上述溫度感知射頻標簽測量溫度變化的方法流程如圖13所示。根據圖13， 在步驟S1301，射頻標簽的集成電路從閱讀器耦合得到能量，以及集成電路工作所需要的低壓電源(VDD/地)、時鐘(CLK)和IO數(shù)據信號；在步驟S1302，響應于射頻標簽冷卻到指定的保存溫度，通過射頻標簽的集成電路的IO數(shù)據信號控制使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷；在步驟S1303，響應于環(huán)境溫度變化，射頻標簽的集成電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷，如果該自由電荷應將不存在，則判定該射頻標簽在保存期間，存在過環(huán)境溫度超出指定的溫度范圍的情況。在一種實施方式中，射頻標簽的集成電路通過IO數(shù)據信號控制使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷包括使用射頻標簽的集成電路的電源電壓VDD經過該電荷泵電路升壓得到高壓VPP ；通過選擇控制MOS晶體管的控制柵與高壓VPP或者射頻標簽的集成電路的電源電壓VDD相連。在一種實施方式中，射頻標簽的集成電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷通過以下電路方式之一檢測浮柵電荷浮柵MOS管閾值電壓法的浮柵電荷檢測電路；或者電流比較法的浮柵電荷檢測電路。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
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權利要求
1.一種溫度感知射頻標簽，該射頻標簽包括射頻標簽的集成電路，以及至少一個溫度傳感器，該溫度傳感器包括帶有浮柵的MOS晶體管，該晶體管的浮柵和焊接點金屬面相連；被密封在一個空腔中的雙金屬溫度敏感片，該雙金屬溫度敏感片一端為固定端，與該射頻標簽的集成電路的“地”信號相連的，另一端為自由端，在空腔中可自由隨溫度變化彎曲，在特定的溫度下該自由端可接觸到與浮柵相連的焊接點金屬面；其中，射頻標簽的集成電路用于檢測溫度傳感器的MOS晶體管的浮柵上是否被注入自由電荷。
2.根據權利要求1所述的溫度感知射頻標簽，其中所述焊接點金屬面是一個具有鈍化層窗口的裸露金屬面，該裸露金屬面和所述雙金屬溫度敏感片密封在所述空腔中，所述帶有浮柵的MOS晶體管的浮柵通過金屬連線與所述焊接點金屬面相連接。
3.根據權利要求1所述的溫度感知射頻標簽，其中所述雙金屬溫度敏感片使用兩種或者兩種以上熱膨脹系數(shù)不同的金屬材料，隨著環(huán)境溫度不同該雙金屬溫度敏感片將向一邊彎曲。
4.根據權利要求3所述的溫度感知射頻標簽，其中所述兩種或者兩種以上熱膨脹系數(shù)不同的金屬材料為以下之一銅和銀；銀和鉻；銀和金；銀和鈀；銀和鋅；銀和鎳。
5.根據權利要求1所述的溫度感知射頻標簽，其中所述密封雙金屬溫度敏感片的空腔使用芯片和/或MEMS傳感器的刻蝕方法加工，在刻蝕形成的槽頂部通過硅帽封裝得到密閉的腔體。
6.根據權利要求1所述的溫度感知射頻標簽，其中所述雙金屬溫度敏感片使用芯片金屬層工藝來制作，在去除犧牲層后得到懸臂梁的雙金屬溫度敏感片。
7.根據權利要求1所述的溫度感知射頻標簽，其中所述雙金屬溫度敏感片是獨立加工的，通過封裝的方法與射頻標簽芯片的地信號焊接點相連，所述雙金屬溫度敏感元件自由端的觸點位于與MOS晶體管相連的焊接點金屬面的鈍化層窗口上方，芯片和雙金屬溫度敏感元件使用LTCC陶瓷被封裝成溫度傳感器。
8.根據權利要求1所述的溫度感知射頻標簽，其中通過調整所述雙金屬溫度敏感片自由端的長度，來控制不同溫度下雙金屬溫度敏感片自由變形的最大行程，從而實現(xiàn)MOS晶體管在不同溫度下實現(xiàn)浮柵電荷的泄放。
9.一種使用權利要求1至8中任一項所述的溫度感知射頻標簽來感知溫度變化的電路，該電路包括射頻標簽的集成電路，包括射頻標簽模擬前端和射頻標簽控制器及存貯器，該集成電路通過射頻標簽模擬前端從閱讀器耦合得到能量，以及集成電路工作所需要的低壓電源 (VDD/地)、時鐘(CLK)和IO數(shù)據信號；初始化電路，用于響應于射頻標簽冷卻到指定的保存溫度，所述射頻標簽控制器通過 IO數(shù)據信號控制該初始化電路使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷；浮柵電荷檢測電路，用于響應于環(huán)境溫度變化，射頻標簽的集成電路通過該浮柵電荷檢測電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷，如果該自由電荷不存在，則判定該射頻標簽在保存期間，存在過環(huán)境溫度超出指定的溫度范圍的情況。
10.根據權利要求9所述的電路，其中初始化電路包括電荷泵電路，用于使用射頻標簽的集成電路的電源電壓VDD經過該電荷泵電路升壓得到高壓VPP ；電平選擇電路，通過選擇控制MOS晶體管的控制柵與高壓VPP或者射頻標簽的集成電路的電源電壓VDD相連接。
11.根據權利要求9所述的電路，其中浮柵電荷檢測電路使用浮柵MOS管閾值電壓法或電流比較法檢測浮柵電荷。
12.一種使用權利要求1至8中任一項所述的溫度感知射頻標簽來感知溫度變化的方法，該方法包括射頻標簽的集成電路從閱讀器耦合得到能量，以及集成電路工作所需要的低壓電源 (VDD/地)、時鐘(CLK)和IO數(shù)據信號；響應于射頻標簽冷卻到指定的保存溫度，通過射頻標簽的集成電路的IO數(shù)據信號控制使得MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷；響應于環(huán)境溫度變化，射頻標簽的集成電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷，如果該自由電荷應將不存在，則判定該射頻標簽在保存期間，存在過環(huán)境溫度超出指定的溫度范圍的情況。
13.根據權利要求12所述的方法，其中射頻標簽的集成電路通過IO數(shù)據信號控制使得 MOS晶體管的浮柵被注入自由電荷包括使用射頻標簽的集成電路的電源電壓VDD經過該電荷泵電路升壓得到高壓VPP ；通過選擇控制MOS晶體管的控制柵與高壓VPP或者射頻標簽的集成電路的電源電壓 VDD相連。
14.根據權利要求12所述的方法，其中射頻標簽的集成電路檢測MOS晶體管的浮柵上的自由電荷通過浮柵MOS管閾值電壓法或電流比較法檢測浮柵電荷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溫度感知射頻標簽以及該溫度感知射頻標簽感知溫度的電路和方法，該射頻標簽包括射頻標簽的集成電路，以及至少一個溫度傳感器，該溫度傳感器包括帶有浮柵的MOS晶體管，該晶體管的浮柵和焊接點金屬面相連；被密封在一個空腔中的雙金屬溫度敏感片，該雙金屬溫度敏感片一端為固定端，與該射頻標簽的集成電路的“地”信號相連的，雙金屬溫度敏感片的另一端為自由端，在空腔中可以自由隨溫度變化彎曲；并且在特定的溫度下，該自由端可以接觸到與浮柵相連的焊接點金屬面；其中，射頻標簽的集成電路可檢測溫度傳感器的MOS晶體管的浮柵上是否被注入自由電荷。
文檔編號G01K5/62GK102346865SQ20101024199
公開日2012年2月8日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權日2010年7月30日
發(fā)明者盧小冬, 張海英 申請人:中國科學院微電子研究所