[發明專利]ISFET陣列的放大和讀出電路

在審

• 申請號: 201810067719.5
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108192802A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 楊翎;張雪蓮;張強;節俊堯;魏清泉;俞育德
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

一種ISFET陣列的放大和讀出電路，其特征在于包括：陣列式開關電容放大電路，與所述ISFET陣列中ISFET器件數量相同，每一開關電容放大電路輸入端配置為連接每一ISFET器件漏端，包括由PMOS構成的第一開關；列選擇電路，ISFET陣列中各列對應的開關電容放大電路的輸出端連通，再通過列選擇電路選擇輸出信號的列；行選擇電路，各列對應的開關電容放大電路的PMOS導通開關的柵極連通，再連接行選擇電路選擇輸出信號的行。本發明設計了可以片內放大的高精度，低功耗超大規模ISFET陣列，結合適當的控制方法和后工藝，可以實現新的實用測序芯片的制作。

技術領域

本發明涉及一種半導體微電子領域，并且更特別的，涉及一種ISFET陣列的的放大和讀出電路。

背景技術

ISFET器件最初由荷蘭科學家Piet Bergveld于1970年發明。經過幾十年的發展，于2004年，結合標準CMOS工藝，英國的Mark Milgrew制作出首款ISFET陣列，并且加入其讀出電路。2006年，帝國理工學院的Christofer Toumazou利用ISFET成功檢測到單核苷酸聚合反應的變化，也將此技術成功引入到基因測序領域。2010年，前世界知名測序儀公司IonTorrent發布其產品Ion Torrent。該測序儀生化反應空間，獲取信號的換能器，均在一個電學芯片內完成。如其公司宣傳語所展示，“芯片就是測序儀”。在這之外，因為其利用了集成電路的產業優勢，使得測序技術的成本大為下降。因此，利用半導體集成電路芯片測序是一個非常有前景的方向。

許多生物測試都有高通量的特點。而對于測序技術，在此基礎上，傳感器的分辨率和靈敏度也有特別的需求。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明是為了實現一種ISFET陣列設計，本發明提出新的電路設計方式，以及其時鐘控制方法。

(二)技術方案

根據本發明的一方面，一種ISFET陣列的放大和讀出電路，其特征在于包括：

陣列式開關電容放大電路，與所述ISFET陣列中ISFET器件數量相同，每一開關電容放大電路輸入端配置為連接每一ISFET器件漏端，包括由PMOS構成的第一開關；

列選擇電路，ISFET陣列中各列對應的開關電容放大電路的輸出端連通，再通過列選擇電路選擇輸出信號的列；

行選擇電路，各列對應的開關電容放大電路的PMOS導通開關的柵極連通，再連接行選擇電路選擇輸出信號的行。

進一步的，所述列選擇電路包括移位寄存器，用于選擇輸出信號的列。

進一步的，所述開關電容放大電路還包括：第二開關、第三開關、第一電容、第二電容和放大器，其中所述第一開關一端配置為連接離子敏場效應晶體管源極另一端連接第一電容，第一電容一端與第一開關連接另一端與放大器第二輸入端連接，第二開關一端與放大器第二輸入端連接另一端與放大器輸出端連接，第二電容一端與放大器第二輸入端連接另一端與放大器輸出端連接，第三開關一端與第一開關連接第一電容的一端連接另一端與共模電平連接，放大器第一輸入端與共模電平連接。

進一步的，所述開關電容放大電路還包括：第四開關和第五開關，所述第四開關連接于第二電容和放大器輸出端之間；所述第五開關一端與第二電容和第四開關連接的一端連接，另一端與共模電平連接。

進一步的，還包括時序控制模塊，所述時序控制模塊分別連接第一開關、第二開關、第三開關、第四開關和第五開關，以分別控制各開關的開合。

進一步的，所述ISFET陣列分為上部陣列和下部陣列，相應的還包括上半陣列選擇器和下半陣列選擇器，用于選擇輸出信號的下部陣列或上部陣列。

進一步的，還包括復用器，用于連接輸出放大后選擇出的信號。