一種由源端無電極的mosfet器件構(gòu)成的新型皮安級電流源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電流源，具體是一種由源端無電極的MOSFET器件構(gòu)成的新型皮安級電流源。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路工藝尺寸的不斷縮小，電路的功耗問題變得越來越嚴(yán)重。在生物芯片領(lǐng)域內(nèi)，已知人類神經(jīng)元脈沖電流只有數(shù)十皮安培，因此這對生物芯片的電流大小及功耗提出了更為苛刻的要求。此外，人腦芯片近年來也獲得了飛速的發(fā)展，這些芯片中的一個(gè)最重要指標(biāo)是小電流的處理。當(dāng)電流低至納安培以下，這些芯片的設(shè)計(jì)就會遇到挑戰(zhàn)。然而目前的半導(dǎo)體技術(shù)在控制這些數(shù)十安培電流方面存在諸多障礙，并未很好的解決這一問題。在此背景下，本設(shè)計(jì)提供了由源端無電極的MOSFET器件構(gòu)成的新型皮安級電流源，該電流源可提供數(shù)十皮安培電流的輸出和控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種由源端無電極的MOSFET器件構(gòu)成的新型皮安級電流源，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種由源端無電極的MOSFET器件構(gòu)成的新型皮安級電流源，包括多個(gè)相同型號的MOSFET器件，所述每個(gè)相同型號的MOSFET器件上的漏極連接在一起，并接到輸出端O，每個(gè)MOSFET器件上的襯底電極連接在一起，并接地。
[0005]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述的MOSFET器件為N型或者P型金屬氧化物場效應(yīng)管。
[0006]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述每個(gè)MOSFET器件上的柵極各自獨(dú)立。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供了由源端無電極的MOSFET器件構(gòu)成的新型皮安級電流源，該電流源可提供數(shù)十皮安培電流的輸出和控制，能夠滿足生物芯片對電流大小和功耗的苛刻要求；同時(shí)也可被制造成相應(yīng)的集成電路芯片，由于涉及的MOSFET器件和電路與傳統(tǒng)的CMOS集成電路工藝有很好的兼容性，因此無需特殊工藝，因此制造成本較低。
【附圖說明】
[0008]圖1為由源端無電極的MOSFET器件構(gòu)成的新型皮安級電流源的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為五MOSFET器件組成的電子導(dǎo)電型微電流源三角柵壓信號加載時(shí)序關(guān)系；
圖3為五MOSFET器件組成的電子導(dǎo)電型微電流源O端漏壓Vd加載時(shí)序關(guān)系；
圖4為五MOSFET器件組成的電子導(dǎo)電型微電流源O端輸出電流1隨著時(shí)間變化曲線； 圖中:1_柵極、2-漏極、3-襯底電極、4和5為連接導(dǎo)線、6-M0SFET器件。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0010]請參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例中，一種由源端無電極的MOSFET器件構(gòu)成的新型皮安級電流源，包括多個(gè)相同型號MOSFET器件6，所述每個(gè)相同型號的MOSFET器件6上的漏極2連接在一起，并接到輸出端0，每個(gè)MOSFET器件6上的襯底電極3連接在一起，并接地。
[0011 ]所述的MOSFET器件6為N型或者P型金屬氧化物場效應(yīng)管。
[0012]所述每個(gè)MOSFET器件6上的柵極I各自獨(dú)立。
[0013]本發(fā)明的工作原理是:柵極I電壓使得溝道為耗盡狀態(tài)，同時(shí)給輸出端O加載一恒定電壓，這一電壓即施加在每個(gè)MOSFET器件6的漏極2電壓VD，此Vd使得MOSFET器件6的漏PN結(jié)處于反偏狀態(tài)。這時(shí)選擇性的施加在某一個(gè)或者一些MOSFET器件6的柵極I上三角波電壓信號，這時(shí)MOSFET器件6溝道中隨著柵極I電壓Vc的變化會經(jīng)歷耗盡狀態(tài)而使得界面陷阱起到產(chǎn)生中心的作用會產(chǎn)生出載流子，這些載流子被漏極2收集而形成輸出端極低的輸出電流脈沖，該電流脈沖可最低至皮安級別。通過選擇性控制不同MOSFET器件6的柵極I的電壓Vc載入從而控制輸出電流的頻率及大小。
[0014]本MOSFET器件6具有兩種導(dǎo)電類型結(jié)構(gòu):P型襯底時(shí)漏極2輸出電流為電子電流，稱為電子導(dǎo)電型微電流源;N型襯底時(shí)漏極2輸出電流為空穴導(dǎo)電電流，這種類型稱為空穴導(dǎo)電型微電流源。
[0015]下面以電子導(dǎo)電型微電流源結(jié)構(gòu)為例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述:
I)輸出端O施加一恒定電壓，此電壓即為每個(gè)MOSFET器件6的正的漏極2電壓VD，目的是為了使得漏PN結(jié)反偏。
[0016]2)當(dāng)三角波電壓信號選擇性的加載在某個(gè)MOSFET器件6的柵極I上，這個(gè)MOSFET器件6的漏極2即輸出一產(chǎn)生電流脈沖信號，該電流脈沖信號為數(shù)皮安或者數(shù)十皮安，這一電流脈沖信號流出輸出端O端，成為輸出電流1。
[0017]3)當(dāng)將柵極I電壓上Vg的三角波信號的載入和MOSFET器件6的選擇按照一定時(shí)序進(jìn)行控制，則輸出的電流脈沖信號即能獲得選擇性輸出，包括頻率及幅值的控制。
[0018]下面以5個(gè)MOSFET器件6組成的電路對本發(fā)明方案做進(jìn)一步的闡述:
I)取5個(gè)N型無源端電極MOSFET柵長為0.28微米，柵氧化層厚度為4nm的對比N型MOSFET器件6。按照圖1所示電路進(jìn)行連接，此時(shí)n=5，即構(gòu)成一個(gè)五個(gè)MOSFET器件6組成的電子導(dǎo)電型微電流源。此時(shí)這5個(gè)MOSFET器件6的柵極壓I電壓分別為Vq，Vg2，Vg3，Vm和Vc5。
[0019]2)襯底電極3接地。三角電壓信號的電壓區(qū)間為O?IV，信號加載時(shí)間為2秒。依據(jù)圖2三角電壓信號依次施加在5個(gè)MOSFET器件6的柵電極上，時(shí)間軸Time上，0、tl、t2、t3、t4和t5分別為加載的時(shí)間點(diǎn)，S卩O、tl、t2、t3、t4和t5時(shí)間間隔相同，都為2s。
[0020]3)此外，圖3所示，O端施加一恒定正電壓，其值為Vd=0.2V。
[0021 ] 4)圖4為O端電流1隨著時(shí)間的輸出關(guān)系，其電流脈沖峰值為14pA，S卩14皮安，而且與輸入的柵極I電壓VG的時(shí)序具有很好的一致性。從圖4中可看出，上述電路和信號加載方式實(shí)現(xiàn)了皮安級電流的控制。
[0022]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0023]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種由源端無電極的MOSFET器件構(gòu)成的新型皮安級電流源，包括多個(gè)相同型號的MOSFET器件(6)，其特征在于，所述每個(gè)相同型號的MOSFET器件(6)上的漏極(2)連接在一起，并接到輸出端O，每個(gè)MOSFET器件(6)上的襯底電極(3 )連接在一起，并接地。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由源端無電極的MOSFET器件構(gòu)成的新型皮安級電流源，其特征在于，所述的MOSFET器件(6)為N型或者P型金屬氧化物場效應(yīng)管。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的由源端無電極的MOSFET器件構(gòu)成的新型皮安級電流源，其特征在于，所述每個(gè)MOSFET器件(6)上的柵極(I)各自獨(dú)立。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種由源端無電極的MOSFET器件構(gòu)成的新型皮安級電流源,包括多個(gè)相同型號的MOSFET器件，所述每個(gè)相同型號的MOSFET器件上的漏極連接在一起，并接到輸出端O，每個(gè)MOSFET器件上的襯底電極連接在一起，并接地。本發(fā)明提供了由源端無電極的MOSFET器件構(gòu)成的新型皮安級電流源，該電流源可提供數(shù)十皮安培電流的輸出和控制，能夠滿足生物芯片對電流大小和功耗的苛刻要求：同時(shí)也可被制造成相應(yīng)的集成電路芯片，由于涉及的MOSFET器件和電路與傳統(tǒng)的CMOS集成電路工藝有很好的兼容性，因此無需特殊工藝，因此制造成本較低。
【IPC分類】G05F1/56
【公開號】CN105676931
【申請?zhí)枴緾N201610033302
【發(fā)明人】陳海峰
【申請人】西安郵電大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月19日