相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)要求2010年6月30日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)系列號(hào)61/360,493和2010年7月1日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)系列號(hào)61/360,495的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，它們每篇的公開內(nèi)容通過引用整體并入本文。

背景技術(shù)：

電子裝置和組件已經(jīng)在化學(xué)和生物學(xué)(更一般地，“生命科學(xué)”)中得到眾多應(yīng)用，特別是用于檢測(cè)和測(cè)量不同的化學(xué)和生物反應(yīng)，以及鑒別、檢測(cè)和測(cè)量不同的化合物。一種這樣的電子裝置被稱作離子敏感的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，在相關(guān)文獻(xiàn)中經(jīng)常表示為isfet(或phfet)。isfet常規(guī)地主要在科學(xué)和研究團(tuán)體中采用，用于便利溶液的氫離子濃度(通常表示為“ph”)的測(cè)量。

更具體地，isfet是一種阻抗轉(zhuǎn)化裝置，其以類似于mosfet(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的方式運(yùn)行，且為選擇性地測(cè)量溶液中的離子活性而特別構(gòu)建(例如，溶液中的氫離子是“分析物”)。在“thirtyyearsofisfetology：whathappenedinthepast30yearsandwhatmayhappeninthenext30years，”p.bergveld，sens.actuators，88(2003)，第1-20頁(所述出版物通過引用整體并入本文)中，給出了isfet的詳細(xì)運(yùn)行理論。

使用常規(guī)cmos(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)方法來制造isfet的細(xì)節(jié)，可以參見：rothberg，等人，美國專利公開號(hào)2010/0301398，rothberg，等人，美國專利公開號(hào)2010/0282617，和rothberg等人，美國專利公開2009/0026082；這些專利公開統(tǒng)稱為“rothberg”，并且都通過引用整體并入本文。但是，除了cmos以外，也可以使用bicmos(即，兩極的和cmos)加工，諸如包括pmosfet陣列的方法，所述陣列具有在外圍上的兩極結(jié)構(gòu)?？商鎿Q地，可以采用其它技術(shù)，其中敏感元件可以用三端裝置來制作，其中感知的離子會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的形成，所述信號(hào)控制3個(gè)終端之一；這樣的技術(shù)還可以包括，例如，gaas和碳納米管技術(shù)。

以cmos為例，p-型isfet制造是基于p-型硅襯底，其中形成n-型孔，它構(gòu)成晶體管“主體”。在n-型孔內(nèi)形成高度摻雜的p-型(p+)區(qū)域s和d，它們構(gòu)成isfet的源和排出裝置。在n-型孔內(nèi)還形成高度摻雜的n-型(n+)區(qū)域b，以提供與n-型孔的傳導(dǎo)體(或“塊”)的連接。氧化物層可以安置在源、排出裝置和主體接頭區(qū)上面，穿過它們制作開口，以提供與這些區(qū)域的電連接(通過電導(dǎo)體)。在源和排出裝置之間，在n-型孔區(qū)域上面的位置，可以在氧化物層上面形成多晶硅柵。因?yàn)樗仓迷诙嗑Ч钖藕途w管主體(即，n-型孔)之間，所述氧化物層經(jīng)常被稱作“柵氧化物”。

類似于mosfet，isfet的運(yùn)行是基于由mos(金屬氧化物半導(dǎo)體)電容造成的電荷濃度(和因而通道電導(dǎo))的調(diào)節(jié)，所述電容由多晶硅柵、柵氧化物和在源和排出裝置之間的孔(例如，n-型孔)區(qū)域組成。當(dāng)在柵和源區(qū)域之間施加負(fù)電壓時(shí)，通過剝奪該區(qū)域的電子，在該區(qū)域和柵氧化物的界面處建立通道。就n-孔而言，所述通道是p-通道(反之亦然)。在n-孔的情況下，所述p-通道在源和排出裝置之間延伸，且當(dāng)柵-源負(fù)電勢(shì)足以從源吸收孔進(jìn)入通道時(shí)，傳導(dǎo)電流穿過p-通道。通道開始傳導(dǎo)電流時(shí)的柵-源電勢(shì)稱作晶體管的閾值電壓vth(當(dāng)vgs具有大于閾值電壓vth的絕對(duì)值時(shí)，晶體管傳導(dǎo))。源因此得名，因?yàn)樗橇鬟^通道的電荷載體(p-通道的孔)的源；類似地，排出裝置是電荷載體離開通道的地方。

如rothberg所述，可以制造具有浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)的isfet，所述浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)如下形成：將多晶硅柵聯(lián)接到多個(gè)金屬層上，所述金屬層安置在一個(gè)或多個(gè)額外的氧化物層內(nèi)，所述氧化物層安置在柵氧化物的上面。浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)由此得名，因?yàn)樗c其它的isfet相關(guān)導(dǎo)體在電學(xué)上分離；也就是說，它夾在柵氧化物和鈍化層之間，所述鈍化層安置在浮動(dòng)?xùn)诺慕饘賹?例如，頂金屬層)的上面。

如rothberg進(jìn)一步所述，isfet鈍化層構(gòu)成離子敏感的膜，其產(chǎn)生裝置的離子靈敏度。與鈍化層(尤其可以位于浮動(dòng)?xùn)沤Y(jié)構(gòu)上面的敏感區(qū)域)相接觸的分析物溶液(即，含有目標(biāo)分析物(包括離子)的溶液，或被測(cè)試目標(biāo)分析物存在的溶液)中的分析物(諸如離子)的存在，會(huì)改變isfet的電特征，從而調(diào)節(jié)流過isfet的源和排出裝置之間的通道的電流。鈍化層可以包含多種不同材料中的任一種，以促進(jìn)對(duì)特定離子的靈敏度；例如，包含氮化硅或氮氧化硅以及金屬氧化物(諸如硅、鋁或鉭的氧化物)的鈍化層通常會(huì)提供對(duì)分析物溶液中氫離子濃度(ph)的靈敏度，而包含聚氯乙烯(含有纈氨霉素)的鈍化層會(huì)提供對(duì)分析物溶液中鉀離子濃度的靈敏度。適用于鈍化層且對(duì)其它離子(諸如鈉、銀、鐵、溴、碘、鈣和硝酸鹽)敏感的物質(zhì)是已知的，且鈍化層可以包含多種材料(例如，金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氮氧化物)。關(guān)于在分析物溶液/鈍化層界面處的化學(xué)反應(yīng)，用于isfet的鈍化層的特定材料的表面可以包括這樣的化學(xué)基團(tuán)：其可以為分析物溶液捐獻(xiàn)質(zhì)子，或接受來自分析物溶液的質(zhì)子，在任意給定的時(shí)間在分析物溶液界面處的鈍化層的表面上剩下帶負(fù)電荷的、帶正電荷的和中性的位點(diǎn)。

關(guān)于離子靈敏度，通常稱作“表面電勢(shì)”的電勢(shì)差出現(xiàn)在鈍化層和分析物溶液的固/液界面處，隨敏感區(qū)域中的離子濃度而變化，這是由于化學(xué)反應(yīng)(例如，通常包含在敏感區(qū)域附近的分析物溶液中的離子對(duì)氧化物表面基團(tuán)的解離)。該表面電勢(shì)又影響isfet的閾值電壓；因而，isfet的閾值電壓隨著在敏感區(qū)域附近的分析物溶液中的離子濃度的變化而變化。如rothberg所述，由于isfet的閾值電壓vth對(duì)離子濃度敏感，源電壓vs提供與在isfet的敏感區(qū)域附近的分析物溶液中的離子濃度直接有關(guān)的信號(hào)。

化學(xué)敏感的fet(“chemfet”)的陣列或更具體地isfet，可以用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)——包括例如核酸(例如，dna)測(cè)序反應(yīng)，這基于監(jiān)測(cè)在反應(yīng)過程中存在的、產(chǎn)生的或使用的分析物。更通常地，包括chemfet的大陣列在內(nèi)的陣列可以用于檢測(cè)和測(cè)量在眾多化學(xué)和/或生物學(xué)過程(例如，生物學(xué)或化學(xué)反應(yīng)、細(xì)胞或組織培養(yǎng)或監(jiān)測(cè)、神經(jīng)活性、核酸測(cè)序等)中的多種分析物(例如，氫離子、其它離子、非離子型分子或化合物等)的靜態(tài)和/或動(dòng)態(tài)量或濃度，其中基于這樣的分析物測(cè)量可以得到有價(jià)值的信息。這樣的chemfet陣列可以用于檢測(cè)分析物的方法中和/或通過在chemfet表面處的電荷的變化而監(jiān)測(cè)生物學(xué)或化學(xué)過程的方法中。chemfet(或isfet)陣列的這種用途包括：檢測(cè)溶液中的分析物，和/或檢測(cè)在chemfet表面(例如isfet鈍化層)上結(jié)合的電荷的變化。

關(guān)于isfet陣列制造的研究記載在下述出版物中：“alargetransistor-basedsensorarraychipfordirectextracellularimaging，”m.j.milgrew，m.o.riehle，andd.r.s.cumming，sensorsandactuators，b：chemical，111-112，(2005)，第347-353頁，和“thedevelopment0fscalablesensorarraysusingstandardcmostechnology，”m.j.milgrew，p.a.hammond，和d.r.s.cumming，sensorsandactuators，b；chemical，103，(2004)，第37-42頁，所述出版物通過引用并入本文，且在下文中共同稱作“milgrew等人”。在rothberg中，含有關(guān)于制造和使用chemfet或isfet陣列的描述，所述陣列用于化學(xué)檢測(cè)，包括與dna測(cè)序有關(guān)的離子的檢測(cè)。更具體地，rothberg描述了使用chemfet陣列(特別是isfet)來對(duì)核酸測(cè)序，其包括：將已知的核苷酸摻入反應(yīng)室中的多個(gè)相同核酸中，所述反應(yīng)室與chemfet接觸或電容式聯(lián)接，其中所述核酸與反應(yīng)室中的單個(gè)珠子結(jié)合，并檢測(cè)在chemfet處的信號(hào)，其中信號(hào)的檢測(cè)指示一個(gè)或多個(gè)氫離子的釋放，所述氫離子源自已知的三磷酸核苷酸向合成的核酸中的摻入。

用于測(cè)試以化學(xué)敏感的晶體管為基礎(chǔ)的陣列(諸如離子敏感的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(isfet)陣列)的現(xiàn)有技術(shù)包括“濕試驗(yàn)”。isfet陣列對(duì)流體中的化學(xué)組成的變化敏感。因此，通常如下測(cè)試1sfet陣列：使一種或多種液體(例如具有不同ph值的液體)在陣列上面流動(dòng)，讀出所述陣列中的每個(gè)isfet元件的應(yīng)答，并確定所述元件是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行。盡管濕試驗(yàn)具有在預(yù)期的運(yùn)行條件下測(cè)試isfet的益處，在大多數(shù)情況下認(rèn)為濕試驗(yàn)是不實(shí)用的。

具體地，濕試驗(yàn)對(duì)于高體積生產(chǎn)而言是麻煩的且不實(shí)用的。并且，濕試驗(yàn)將裝置暴露于流體，所述流體可能造成腐蝕和阻止所述裝置在正常運(yùn)行之前完全干燥。此外，裝置向液體的暴露，可能產(chǎn)生在裝置中或?qū)砦廴镜娜毕荨Ｒ驗(yàn)檫@些原因，一旦裝置暴露于流體，生產(chǎn)商通常不再接受該裝置。

因此，本領(lǐng)域需要以化學(xué)敏感的晶體管為基礎(chǔ)的裝置的干試驗(yàn)。

附圖說明

圖1圖示了離子敏感的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(isfet)的橫截面。

圖2圖示了元件陣列的框圖。

圖3圖示了用于測(cè)試元件陣列的簡化流程圖。

圖4圖示了2-t像素陣列的一個(gè)實(shí)施例。

圖5圖示了3-t像素的一個(gè)實(shí)施例。

圖6圖示了浮動(dòng)?xùn)沤K端晶體管的橫截面。

圖7圖示了與浮動(dòng)?xùn)沤K端晶體管等效的電路示意圖。

圖8圖示了在測(cè)試階段中的與浮動(dòng)?xùn)沤K端晶體管等效的電路示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施方案提供了一種測(cè)試化學(xué)檢測(cè)裝置的方法，所述裝置包括像素元件陣列，其中每個(gè)像素元件包括化學(xué)敏感的晶體管，所述晶體管具有源終端、排出裝置終端和浮動(dòng)?xùn)沤K端。所述方法可以包括：共同地連接一組化學(xué)敏感的晶體管的源終端，在該組的源終端處施加第一試驗(yàn)電壓，測(cè)量由第一試驗(yàn)電壓在排出裝置終端處產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)的第一電流，并基于所述第一試驗(yàn)電壓和電流計(jì)算電阻值。所述方法還可以包括：在該組的源終端處施加第二試驗(yàn)電壓，以在不同運(yùn)行模式下運(yùn)行該組，其中所述第二試驗(yàn)電壓至少部分地基于所述電阻值，并測(cè)量由第二試驗(yàn)電壓在排出裝置終端處產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)的第二組電流?；诨瘜W(xué)敏感的晶體管的第二試驗(yàn)電壓和電流和運(yùn)行性能，計(jì)算該組中的每個(gè)化學(xué)敏感的晶體管的浮動(dòng)?xùn)烹妷骸?/p>

本發(fā)明的實(shí)施方案提供了化學(xué)敏感的晶體管陣列的干試驗(yàn)方法，所述晶體管具有源、排出裝置和浮動(dòng)?xùn)拧Ｋ龇椒梢园ǎ簩⒌谝辉囼?yàn)電壓施加于公共源連接的化學(xué)敏感的晶體管的組；基于由第一組試驗(yàn)電壓產(chǎn)生的第一試驗(yàn)電壓和電流，計(jì)算電阻；施加第二試驗(yàn)電壓，其中所述第二試驗(yàn)電壓驅(qū)動(dòng)化學(xué)敏感的晶體管在多個(gè)運(yùn)行模式之間轉(zhuǎn)變，且其中所述第二試驗(yàn)電壓部分地基于計(jì)算的電阻；計(jì)算每個(gè)驅(qū)動(dòng)的化學(xué)敏感的晶體管的浮動(dòng)?xùn)烹妷?；和確定每個(gè)計(jì)算的浮動(dòng)?xùn)烹妷菏欠裨陬A(yù)定的閾值內(nèi)。

本發(fā)明的實(shí)施方案提供了一種裝置，所述裝置包括化學(xué)檢測(cè)元件陣列和測(cè)試電路。每個(gè)元件可以包括化學(xué)敏感的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述晶體管具有半導(dǎo)體主體終端、源終端、排出裝置終端和浮動(dòng)?xùn)沤K端。所述測(cè)試電路可以包括：在所述陣列的每側(cè)處的多個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓終端，其中所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓終端與多個(gè)源終端和多個(gè)主體終端聯(lián)接，和電流源，所述電流源與所述陣列中的至少一個(gè)元件的排出裝置終端聯(lián)接，以通過將排出裝置電流轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的電壓測(cè)量值來測(cè)量排出裝置電流。

本發(fā)明的實(shí)施方案提供了一種測(cè)試晶體管的方法，所述晶體管具有浮動(dòng)?xùn)藕椭丿B電容，所述重疊電容是在所述浮動(dòng)?xùn)排c第一和第二終端中的至少一個(gè)之間。所述方法可以包括：將試驗(yàn)電壓施加于所述晶體管的第一終端，偏壓所述晶體管的第二終端，測(cè)量在所述第二終端處的輸出電壓，和確定所述輸出電壓是否在預(yù)定范圍內(nèi)。經(jīng)由重疊電容的試驗(yàn)電壓可以將晶體管置于活化模式。

本發(fā)明的實(shí)施方案提供了一種裝置，所述裝置包括檢測(cè)元件陣列和試驗(yàn)電路。每個(gè)元件可以包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述晶體管具有浮動(dòng)?xùn)拧⒌谝唤K端、第二終端和重疊電容，所述重疊電容是在所述浮動(dòng)?xùn)排c所述第一和第二終端中的至少一個(gè)之間。所述測(cè)試電路可以包括：與至少一個(gè)第一終端聯(lián)接的驅(qū)動(dòng)電壓終端、與至少一個(gè)第二終端聯(lián)接的偏壓電流終端、和與至少一個(gè)第二終端聯(lián)接的輸出電壓測(cè)量終端。

本發(fā)明的實(shí)施方案涉及用于測(cè)試離子感知裝置(諸如isfet裝置)的系統(tǒng)和方法。通常，isfet感知在所述isfet上面形成的微孔中的化學(xué)組成的變化。這樣的化學(xué)變化可以由所述微孔含有的流體中的化學(xué)反應(yīng)造成。圖1是isfet100的簡化圖。isfet100被解釋為nmos裝置；但是，pmos裝置也可以用于本發(fā)明的方面中。在該實(shí)施方案中，isfet100是具有4個(gè)終端的半導(dǎo)體器件。所述4個(gè)終端是柵終端110、排出裝置終端120、源終端130和主體終端140。所述柵終端110可以是浮動(dòng)?xùn)拧?/p>

isfet100可以包括浮動(dòng)?xùn)牛谒龈?dòng)?xùn)派厦娲嬖谖⒖?。該微孔可以含有氧化?或其它材料)，所述氧化物具有造成特定離子物質(zhì)結(jié)合的表面位點(diǎn)，從而誘導(dǎo)電荷分布的變化，和造成在所述表面處的電勢(shì)變化。該表面電勢(shì)的變化然后可以由isfet檢測(cè)，并由讀出電路測(cè)量，其代表所述微孔內(nèi)含有的離子的量。以此方式，陣列(例如，圖2的isfet元件陣列210)中的每個(gè)isfet可以用于檢測(cè)在所述陣列上面存在的樣品液體的離子濃度的局部變化。

isfet100可以與標(biāo)準(zhǔn)mosfet裝置類似地運(yùn)行，且可以在幾個(gè)運(yùn)行區(qū)域之間轉(zhuǎn)換。當(dāng)isfet100被偏壓使得vgs-vth為正值且大于vds時(shí)，所述晶體管是處于三極管區(qū)域，它也通常稱作線性區(qū)域。在所述三極管區(qū)域，可以將穿過排出裝置終端120的電流id定義為：

三極管區(qū)域方程式

其中μn是電荷-載體有效遷移系數(shù)，cox是每單位面積的柵氧化物電容系數(shù)，w是柵寬度，l是柵長度，vgs是柵和源終端之間的電壓，vth是閾值電壓，且vds是排出裝置和源終端之間的電壓。在三極管區(qū)域中，所述晶體管具有在排出裝置和源之間的歐姆性能，且所述排出裝置電流沒有飽和。

當(dāng)vgs-vth為正值且小于vds時(shí)，isfet100運(yùn)行在飽和區(qū)域，它也通常稱作活化區(qū)域。在飽和區(qū)域中，穿過排出裝置終端120的電流id可以定義為：

飽和區(qū)域方程式

其中μn是電荷-載體有效遷移系數(shù)，cox是每單位面積的柵氧化物電容系數(shù)，w是柵寬度，l是柵長度，vgs是柵和源終端之間的電壓，vth是閾值電壓，vds是排出裝置和源終端之間的電壓，且λ是通道長度調(diào)節(jié)因子。

isfet100也具有依賴于體電勢(shì)的閾值電壓。所述體電勢(shì)稱作在終端140處的體電壓，且可以作為第二柵運(yùn)行。體效應(yīng)可以定義為：

體效應(yīng)方程式

其中vtn是當(dāng)襯底偏置存在時(shí)的閾值電壓，vto是零-閾值電壓的vsb值，vsb是源和主體終端之間的電壓，γ是體效應(yīng)參數(shù)，且2φ是表面電勢(shì)參數(shù)。

isfet100可以放入像素元件中，所述像素元件可以是陣列的一部分。圖2解釋了具有isfet元件陣列210的裝置200。在陣列210中的每個(gè)元件可以包括上面圖1所述的isfet，且還可以包括其它晶體管和電組件。陣列210可以排列為多個(gè)行和列。陣列210還可以具有在列的兩端和在行的兩側(cè)處的isfet終端連接，且因而可以具有在陣列210的4個(gè)邊緣中的每一個(gè)處的isfet終端連接。所述主體連接可以設(shè)定為偏置電壓。例如，每個(gè)邊緣可以具有在如下所述的陣列210中的isfet的源連接。

陣列210通常較大，因而沿著所述陣列的源電阻可以在晶體管孔的固有電阻和與源的連接方面存在差異。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，通過策略性地將主體和源連接通路放在陣列周圍的不同物理位置處，可以測(cè)試isfet陣列210。然后可以校準(zhǔn)源連接的電阻，以確定希望的浮動(dòng)?xùn)烹妷旱臏?zhǔn)確表示。

圖3解釋了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，用于測(cè)試isfet陣列的方法300的簡化流程圖，其中不存在與陣列接觸或鄰近的流體。最初，可以使所述裝置進(jìn)入試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，其中裝置電路可以共同地連接所有isfet的源(即，所有isfet源連接到一起)(步驟310)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述陣列電路可以共同地連接交替行或列的源(例如，奇數(shù)行的源連接到一起，且偶數(shù)行的源連接到一起)。交替的行或列排列可以是結(jié)構(gòu)陣列測(cè)試技術(shù)，以允許試驗(yàn)操作測(cè)試行和列的陣列的完整性。例如，可以如下測(cè)試列缺陷的存在(例如，由生產(chǎn)缺陷導(dǎo)致2列一起縮短)：驅(qū)動(dòng)奇數(shù)列(但是偶數(shù)列不然)升高(例如通過施加電壓)，并測(cè)量偶數(shù)列以觀察偶數(shù)列是否保持較低。如果偶數(shù)列測(cè)得較高，這鑒別出缺陷列。就行測(cè)試而言，可以驅(qū)動(dòng)一行，并可以測(cè)量該行的另一側(cè)，以確保信號(hào)穿過該陣列。因而，結(jié)構(gòu)陣列試驗(yàn)可以測(cè)試陣列中的行和列的連接性。除了根據(jù)需要連接陣列中的isfet的源以外，還可以建立與isfet的排出裝置的其它或類似連接。

在建立源連接以后，可以進(jìn)行第一試驗(yàn)(步驟320)。在第一試驗(yàn)中，可以強(qiáng)制(施加)第一試驗(yàn)電壓穿過陣列。所述第一試驗(yàn)電壓可以施加于裝置的多側(cè)，諸如陣列中列的任一端或行的任一側(cè)。例如，可以將第一試驗(yàn)電壓順序地施加于每一側(cè)。可以將第一試驗(yàn)電壓施加于連接的isfet的主體和源終端。所述第一試驗(yàn)電壓可以包括初始電壓掃除，以鑒別合適的運(yùn)行(或偏壓)電壓，從而測(cè)試像素陣列。

然后可以得到與第一試驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的第一試驗(yàn)測(cè)量(步驟330)。第一試驗(yàn)電壓可以生成穿過每個(gè)連接的isfet的對(duì)應(yīng)電流。然后可以測(cè)量生成的電流。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，可以提供不同的電壓和電流測(cè)量范圍。例如，當(dāng)將主體設(shè)置給模擬供給電壓或模擬接地(取決于isfet是pmos或nmos裝置)的偏置電壓時(shí)，可以強(qiáng)制源和排出裝置電壓。然后可以通過電流源將測(cè)量的電流轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的電壓值，測(cè)量得到的排出裝置電流。在另一個(gè)實(shí)施例中，大體而言，可以將主體設(shè)置給在模擬供給電壓和模擬接地之間的電壓。此外，可以將所有主體終端設(shè)置給在isfet陣列中的相同電壓，并因而，可以類似地偏壓所述陣列中的所有isfets。另一個(gè)試驗(yàn)可以表征陣列之間的閾值電壓失配。

基于第一試驗(yàn)電壓值和對(duì)應(yīng)的測(cè)量電流，可以計(jì)算源連接的電阻值(步驟340)。例如，可以計(jì)算源連接的電阻梯度，其顯示試驗(yàn)電壓和測(cè)量的電流之間的電阻關(guān)系。

在計(jì)算源連接的電阻值以后，可以建立與裝置的一側(cè)(例如，列的一端)有關(guān)的主體和源連接。然后可以進(jìn)行第二試驗(yàn)(步驟350)。在第二試驗(yàn)中，可以通過陣列強(qiáng)制或施加第二試驗(yàn)電壓和電流。所述第二試驗(yàn)電壓可以是在不同運(yùn)行(或偏壓)電壓點(diǎn)處的電壓掃除。因此，相應(yīng)地可以設(shè)置主體連接，其是偏置電壓。所述第二試驗(yàn)電壓和電流可以是將以如上所述的不同運(yùn)行模式(諸如三極管模式和飽和模式)運(yùn)行isfet的電壓范圍的掃除。此外，通過使用主體終端作為第二柵，可以以體效應(yīng)模式運(yùn)行isfet。

然后可以得到與第二試驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的第二試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果(步驟360)。在強(qiáng)制或施加第二試驗(yàn)電壓和電流的每次重復(fù)中，可以測(cè)量在陣列上看到的不同的電流和電壓。例如，可以強(qiáng)制源和排出裝置電壓，同時(shí)體電壓在模擬供給電壓和模擬接地電壓之間的范圍內(nèi)。通過可以將電流轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的電壓值的電流源，可以測(cè)量生成的排出裝置電流?；趶?qiáng)制的和測(cè)量的電壓和電流，可以計(jì)算isfet的柵電壓(步驟370)。具體地，上述的不同模式的運(yùn)行方程式可以用于基于強(qiáng)制的和測(cè)量的電壓和電流來計(jì)算柵電壓。因而，可以計(jì)算每個(gè)isfet元件的柵電壓，以確定isfet是否適當(dāng)?shù)毓ぷ鳌?/p>

在一個(gè)實(shí)施方案中，可以針對(duì)裝置的一個(gè)或多個(gè)其它側(cè)(例如，列的相對(duì)端)，重復(fù)步驟350-370。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以在增加或降低強(qiáng)制的電壓和電流例如2倍以后，重復(fù)步驟350-370。然后可以從調(diào)節(jié)的電壓(偏壓點(diǎn))計(jì)算柵電壓。也可以針對(duì)裝置的一個(gè)或多個(gè)其它側(cè)，重復(fù)增加或降低重復(fù)。并且，增加或降低重復(fù)可以重復(fù)多次，在每次中，通過每次重復(fù)的某種因子，調(diào)節(jié)強(qiáng)制的電壓和電流。在所有重復(fù)結(jié)束以后，可以將計(jì)算的柵電壓一起取平均值，以得到isfet柵電壓的更準(zhǔn)確表示。然后可以將平均的柵電壓與希望的閾值范圍進(jìn)行對(duì)比，以確定每個(gè)isfet是否適當(dāng)?shù)毓ぷ?。此外，每個(gè)isfet柵電壓的位置(例如，陣列中的x和y列和行)值和/或每個(gè)isfet的工作條件可以記錄在例如寄存器中?？梢蕴峁╊~外電路，以允許編程和/或擦除每個(gè)像素元件，其中可以編程和/或擦除每個(gè)isfet的浮動(dòng)?xùn)烹妷?。在有些?shí)施方案中，編程/擦除能力可以提供更高的故障檢測(cè)覆蓋水平。但是，編程/擦除電路可以在比其它電路組件更高的電壓運(yùn)行，可能需要施加用于分離更高電壓電路的設(shè)計(jì)技術(shù)，以確保電路組件不受損傷。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，除了電壓和電流以外，也可以改變裝置的溫度，以調(diào)節(jié)isfet元件的閾值電壓。通過改變溫度，可以觀察交替的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并用于計(jì)算isfet元件的柵電壓。

此外，各個(gè)像素元件的電路可以采取多種不同的形式。圖4解釋了顯示4個(gè)像素元件的雙晶體管(2-t)像素陣列400，其可以用于本發(fā)明的方面中。所述像素陣列400可以包括多個(gè)像素元件401.1-401.n。每個(gè)像素元件401可以包括1個(gè)isfet410和另一個(gè)晶體管420。在2-t像素實(shí)施方案中，通過控制和/或測(cè)量除了isfet的浮動(dòng)?xùn)沤K端以外的所有結(jié)，可以測(cè)試該陣列。

圖5解釋了三-晶體管(3-t)像素元件500，其可以用于本發(fā)明的方面中。所述像素元件500可以包括1個(gè)isfet510和2個(gè)其它的晶體管520、530。在3-t像素實(shí)施方案中，通過控制和/或測(cè)量除了isfet的浮動(dòng)?xùn)沤K端以外的所有結(jié)，可以測(cè)試該陣列。所述1-sink可以是可控制的電流源，以給isfet提供恒定電流。在該實(shí)施方案中，所述isink容量會(huì)添加另一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，后者可以用于更準(zhǔn)確地計(jì)算柵電壓。像素電路的其它變化可以與本發(fā)明的實(shí)施方案一起使用。

上述的本發(fā)明的干試驗(yàn)實(shí)施方案利用浮動(dòng)?xùn)啪w管的特征來測(cè)試浮動(dòng)?xùn)啪w管的功能性。因此，可以在幾乎沒有至沒有電路開銷的情況下測(cè)試裝置的運(yùn)行，且可以優(yōu)化陣列大小，因?yàn)樵陉嚵袇^(qū)域中不需要額外的試驗(yàn)電路。此外，本發(fā)明的實(shí)施方案不需要液體來完全測(cè)試陣列；因此，會(huì)避免可能的污染。

盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的方面，其中可以在不使用液體的情況下測(cè)試isfet陣列，本發(fā)明的方面可以與液體使用結(jié)合地用于測(cè)試目的。例如，可以在本文所述的干試驗(yàn)技術(shù)之前、過程中或之后，施加具有已知ph的液體。因而，如果需要的話，本文所述的干試驗(yàn)技術(shù)可以與濕試驗(yàn)技術(shù)一起使用。

此外，已經(jīng)使用isfet描述了本文的本發(fā)明的不同實(shí)施方案。但是，本發(fā)明不限于isfet，且可以適用于其它合適的浮動(dòng)?xùn)啪w管器件或其它合適的化學(xué)敏感的晶體管。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用與浮動(dòng)?xùn)怕?lián)接的寄生電容來測(cè)試浮動(dòng)?xùn)啪w管的功能性。圖6顯示了浮動(dòng)?xùn)啪w管600(諸如isfet)的簡化圖。所述晶體管600可以包括浮動(dòng)?xùn)?12、排出裝置614和源616。在該實(shí)施方案中，所述排出裝置614和源616可以是在n-型襯底內(nèi)的p-型植入物，從而形成p-通道fet裝置。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，使用n-通道fet裝置(其具有使用在p-型半導(dǎo)體內(nèi)的n-型植入物形成的排出裝置和源)，可以形成所述晶體管600。

通常，使用自對(duì)齊的方法，可以形成isfet?？梢孕纬啥嗑Ч钖牛铱梢栽跂叛趸?15或其它合適的柵絕緣體上形成浮動(dòng)?xùn)?12。可以在幾個(gè)步驟中制備源和排出裝置植入物。在施加氮化物隔離物之前，可以制備ldd(輕度摻雜的排出裝置)植入物。所述ldd植入物在柵下面擴(kuò)散小距離，以減小電場(chǎng)和減小晶體管性能的不利方面諸如熱載體。所述ldd植入物與變性摻雜植入步驟一起，形成排出裝置614和源616。所述排出裝置614和源616可以具有部分地重疊的部分607、608，所述部分排列在柵氧化物615的各個(gè)部分下面。所述重疊部分607、608形成在它們各自的植入物內(nèi)，使得植入物部分是在建立寄生電容的浮動(dòng)?xùn)烹姌O的下面?？梢哉{(diào)節(jié)與重疊部分的大小有關(guān)的工藝參數(shù)，以控制重疊部分和它們的電容的大小。

圖7顯示了與晶體管600等效的電路示意圖，其解釋了在柵和源之間的寄生電容(cgs)和在柵和排出裝置之間的寄生電容(cgd)?？商鎿Q地，寄生電容可以僅存在于柵和排出裝置之間，或僅存在于柵和源之間。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，無需使用流體偏壓來運(yùn)行浮動(dòng)?xùn)?，使用上述的寄生電容，即可測(cè)試浮動(dòng)?xùn)啪w管。圖8解釋了在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的陣列中，像素元件的浮動(dòng)?xùn)啪w管試驗(yàn)結(jié)構(gòu)。圖8的浮動(dòng)?xùn)啪w管(例如isfet)排列成源極跟隨器構(gòu)型；但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，其它構(gòu)型適用于諸如公共源。浮動(dòng)?xùn)啪w管的排出裝置可以聯(lián)接至電壓電源vdd，以驅(qū)動(dòng)晶體管。例如，vdd可以是3伏特?？梢杂秒娏髟雌珘焊?dòng)?xùn)啪w管的源。例如，所述電流源可以是1μa電流源。

然后可以測(cè)量在源處的電壓(在圖8中顯示為vout)。所述源電壓vout可以代表在浮動(dòng)?xùn)派系碾妷骸＞w管的寄生電容會(huì)強(qiáng)制浮動(dòng)?xùn)胚M(jìn)入飽和區(qū)域，且因而，所述晶體管可以生成源電壓vout，其跟隨目標(biāo)柵電勢(shì)?？梢栽O(shè)計(jì)晶體管的閾值電壓和寄生電容值，以允許與浮動(dòng)?xùn)胚m當(dāng)聯(lián)接，所述浮動(dòng)?xùn)抛阋允咕w管進(jìn)入它的運(yùn)行范圍內(nèi)。

如果源電壓vout是在陣列的正態(tài)分布的預(yù)期范圍內(nèi)，可以認(rèn)為像素是運(yùn)行的，因?yàn)樗鲈囼?yàn)確定，浮動(dòng)?xùn)啪w管可以生成有效的且可測(cè)量的信號(hào)。但是，如果測(cè)量的信號(hào)與正態(tài)分布相比太高或太低，它可以指示，過量捕集的電荷可以存在于浮動(dòng)?xùn)盘帯２⑶?，如果在測(cè)試的陣列中的測(cè)量值的分布明顯較寬，它可以指示各個(gè)像素元件的較大不均勻度。較大不均勻度通常被認(rèn)為是不可靠的，且因而所述陣列可能是不可用的。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以擴(kuò)展浮動(dòng)?xùn)啪w管試驗(yàn)，以測(cè)量像素的增益和/或確定其它像素性質(zhì)。此外，可以如下進(jìn)行試驗(yàn)：不使用流體偏壓來運(yùn)行浮動(dòng)?xùn)?，并因此維持陣列的完整性。

在一個(gè)實(shí)施方案中，可以改變排出裝置電壓，同時(shí)測(cè)量對(duì)應(yīng)的測(cè)量源電壓。源偏壓電流可以保持恒定，同時(shí)改變排出裝置電壓。在第一步中，可以將第一電壓施加于排出裝置，例如3v，并相應(yīng)地可以偏壓源。在第二步中，可以將排出裝置電壓調(diào)節(jié)至第二電壓，例如2.8v，同時(shí)將在源處的偏壓電流從第一步保持恒定?？梢詼y(cè)量對(duì)應(yīng)的源電壓。排出裝置電壓差(在實(shí)施例中，200mv)聯(lián)接至浮動(dòng)?xùn)?，因?yàn)橹丿B電容cgd。得到的源電壓因而可以是排出裝置電壓差的分?jǐn)?shù)。測(cè)量值與輸入電壓之比代表像素增益，且可以用于確定其它感興趣的像素性質(zhì)。

本文具體地解釋和描述了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方案。但是，應(yīng)當(dāng)理解，上述教導(dǎo)覆蓋本發(fā)明的改進(jìn)和變體。在其它情況下，沒有詳細(xì)描述公知的操作、組件和電路，以免影響對(duì)實(shí)施例的理解?？梢岳斫?，本文所公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)可以是代表性的，而不一定限制實(shí)施方案的范圍。

本領(lǐng)域技術(shù)人員從前面的描述可以理解，本發(fā)明可以以多種形式實(shí)現(xiàn)，且各個(gè)實(shí)施方案可以單獨(dú)地或組合地實(shí)現(xiàn)。因此，盡管已經(jīng)結(jié)合其具體實(shí)施例描述了本發(fā)明的實(shí)施方案，不應(yīng)如此限制本發(fā)明的實(shí)施方案和/或方法的真實(shí)范圍，因?yàn)槭炀毜膹臉I(yè)人員在研究附圖、說明書和下述權(quán)利要求以后會(huì)明白其它修改。

各個(gè)實(shí)施方案可使用硬件元件、軟件元件或者它們的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。硬件元件的實(shí)例可以包括：處理器、微處理器、電路、電路元件(例如晶體管、電阻器、電容器、電感器等)、集成電路、專用集成電路(asic)、可編程邏輯裝置(pld)、數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)、邏輯門、寄存器、半導(dǎo)體器件、芯片、微芯片、芯片組等。軟件的實(shí)例可以包括：軟件組件、程序、應(yīng)用、計(jì)算機(jī)程序、應(yīng)用程序、系統(tǒng)程序、機(jī)器程序、操作系統(tǒng)軟件、中間件、固件、軟件模塊、例程、子例程、函數(shù)、方法、過程、軟件接口、應(yīng)用程序接口(api)、指令集、計(jì)算代碼、計(jì)算機(jī)代碼、代碼段、計(jì)算機(jī)代碼段、字、值、符號(hào)或者它們的任何結(jié)合。確定實(shí)施方案是否使用硬件元件和/或軟件元件來實(shí)現(xiàn)，可根據(jù)任何數(shù)量的因素而改變，所述因素例如希望的計(jì)算速率、功率級(jí)、耐熱性、處理周期預(yù)算、輸入數(shù)據(jù)速率、輸出數(shù)據(jù)速率、存儲(chǔ)器資源、數(shù)據(jù)總線速度以及其它設(shè)計(jì)或性能限制。

一些實(shí)施方案可以例如使用計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)，所述介質(zhì)或產(chǎn)品可存儲(chǔ)指令或指令集，所述指令或指令集如果被機(jī)器執(zhí)行，會(huì)使所述機(jī)器執(zhí)行根據(jù)實(shí)施方案的方法和/或操作。這樣的機(jī)器可包括例如：任何適當(dāng)?shù)奶幚砥脚_(tái)、計(jì)算平臺(tái)、計(jì)算裝置、處理裝置、計(jì)算系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、處理器等，并且可使用硬件和/或軟件的任何適當(dāng)組合來實(shí)現(xiàn)。所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或產(chǎn)品可包括例如：任何適當(dāng)類型的存儲(chǔ)器單元、存儲(chǔ)器裝置、存儲(chǔ)器產(chǎn)品、存儲(chǔ)器介質(zhì)、存儲(chǔ)裝置、存儲(chǔ)產(chǎn)品、存儲(chǔ)介質(zhì)和/或存儲(chǔ)單元，例如存儲(chǔ)器、可移動(dòng)或不可移動(dòng)介質(zhì)、可擦除或不可擦除介質(zhì)、可寫或可重寫介質(zhì)、數(shù)字或模擬介質(zhì)、硬盤、軟盤、光盤只讀存儲(chǔ)器(cd-rom)、可記錄光盤(cd-r)、可重寫光盤(cd-rw)、光盤、磁介質(zhì)、磁光介質(zhì)、可移動(dòng)存儲(chǔ)卡或盤、各種類型的數(shù)字多功能光盤(dvd)、磁帶、盒式磁帶等。所述指令可以包括任何適當(dāng)類型的代碼，例如源代碼、編譯代碼、解釋代碼、可執(zhí)行代碼、靜態(tài)代碼、動(dòng)態(tài)代碼、加密代碼等，所述代碼使用任何適當(dāng)?shù)母呒?jí)的、低級(jí)的、面向?qū)ο蟮?、可視的、編譯的和/或解釋的編程語言來實(shí)現(xiàn)。