CN109716117A - 电刺激和监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种电刺激和监测装置包括若干彼此平行连接的信号路径，并且每个信号路径包括刺激电极或感测电极(25，35)、DC阻断电容器和刺激通道或感测通道(26，36)。用于容纳DC阻断电容器的半导体基板(100)通过基板保持电容器电连接至DC电压源(2)。这种基板保持电容器减少了在刺激时段与感测时段之间的消隐时间，并且还减少了当所有的DC阻断电容器都设置在同一个半导体基板上时不同信号路径之间的交叉耦合。
Description
技术领域
本发明涉及一种具体地可适用于分析生物组织的电刺激和监测装置。
背景技术
实施电刺激和响应监测以分析例如生物组织的介质。为了避免介质被可能出现在施加到该介质的电极之间的任何DC电压分量改变并且然后可能在介质内发生不需要的电解过程，每个刺激序列包括用于将电荷注入到介质中的第一时间段以及用于从介质排出与所注入的电荷的电荷量相等的电荷量的第二时间段。该刺激的第二时间段紧跟第一时间段。为了确保注入到介质中的电荷量和从介质排出的电荷量相等，通过DC阻断电容器执行电刺激。
通常，将一组电极构建为编织状(braid)并且布置成使得所有的电极同时与介质接触。这些电极中的每一个电极旨在产生如上所述的刺激序列或者收集来自介质的电响应。因此，这些电极被称为刺激电极或感测电极。因此，然后基本的是在刺激期间以及同样在响应监测期间电极中的不同电极之间不发生交叉耦合，这种交叉耦合可能是由于连接至电极的电子电路引起的。
每个电极可以是刺激电极或感测电极，或者可以根据当前连接至该电极的刺激通道或者感测通道交替地具有刺激功能或者感测功能。因此，每个电极独立于其他电极通过DC阻断电容器连接至专用于该电极的刺激通道或感测通道。因此，对于整组电极要设置一组电容器，使得在电极中之一与相应的刺激通道或感测通道之间电连接一个电容器。
到目前为止，将具有多个刺激电极或感测电极的电刺激和监测装置的所有的DC阻断电容器设置为分立部件。这些分立电容器安装在基板如印刷电路板或陶瓷基板上。
然后，这是成本有效的并且允许较密集的集成以由一个半导体基板制成的集成电路的形式提供所有的刺激电极或感测电极所必须的所有的DC阻断电容器。然后这种电刺激和监测装置包括：
第一导电类型的半导体基板，其设置有均具有第二导电类型的一组独立阱，第一导电类型和第二导电类型相反，使得每个阱在该阱与具有第一导电类型的基板的主体部分之间的边界处形成各自的嵌入式二极管；
一组电容器结构，其均独立于其他电容器结构被容纳在阱中之一内，每个电容器结构具有第一电极、第二电极和电绝缘材料的层部分，第一电极由专用于该电容器结构的阱形成，并且绝缘材料的层部分被布置在第一电极与第二电极之间；
一组刺激电极或感测电极，其各自连接至电容器结构中之一的第一电极；以及
一组刺激通道或感测通道，其各自连接至电容器结构中之一的第二电极，并且每个刺激通道或感测通道包括电流源，所述电流源用于通过串联连接在刺激通道或感测通道与刺激电极或感测电极之间的电容器结构中之一将刺激电流注入到刺激电极或感测电极中之一，或者每个刺激通道或感测通道包括感测电路，所述感测电路用于允许通过串联连接在刺激电极或感测电极与刺激通道或感测通道之间的电容器结构对由刺激电极或感测电极中之一收集并且由感测电路检测的电压响应进行监测。
根据这种设计，所述装置包括一组信号路径，该一组信号路径各自包括一个刺激电极或感测电极、一个电容器结构和一个刺激通道或感测通道，所述一个刺激电极或感测电极、一个电容器结构和一个刺激通道或感测通道按这个顺序串联连接。电容器结构具有先前提到的DC阻断功能。集成电路内的电容器结构之间的电绝缘是通过形成在容纳电容器结构中之一的每个阱与基板的主体部分之间的边界处的二极管提供的。但是因为这种阱二极管实际上并不完美，因此这种阱二极管具有引起信号路径中单独的信号路径之间的交叉耦合的结电容和泄漏电流。那么旨在通过电极中选定的一个电极施加于待分析的介质的刺激也可能通过电极中的另一个电极产生不需要的刺激。这导致在介质的某些部分两端上产生不需要的电压。
通常，因为由刺激序列在介质内所引起的残留电压需要松弛，因此在通过电极中之一向介质施加一个刺激序列之后，在开始感测来自介质的响应之前需要消隐时间。实际上，这种残留电压可能使在感测通道内实现的放大器饱和，从而使得在残留电压已经松弛之前不可能感测介质的与生物活动对应的真实响应。因此，消隐时间限制了可以收集的响应，并且还限制了可以在固定持续时间内执行的刺激和感测循环的数目。
当该装置用于治疗目的时，许多连续的刺激序列将以一定的频率被施加，这受到消隐时间限制。实际上，为了避免由序列引起的残留电压累积并在介质内产生总电压失控，在每个刺激序列之后必须使介质松弛。
因此，对于电刺激和监测装置的两种使用来说，缩短消隐时间都是一个问题。
另外，如果在基于用于容纳DC阻断电容器的半导体基板的上述装置的电容器结构中之一中发生例如介电击穿的故障，那么就会出现穿过介质的电阻传导路径。然后，将沿着这种路径流动的不需要的DC电流会损坏介质。因此，除了由信号路径中之一和导向参考电极的参考电压分支所形成的各环路内的电容器结构之外，还期望具有施加到介质的安全电介质隔离。
从这种情况出发，本发明的目的在于改进基于用于容纳DC阻断电容器的半导体基板的电刺激和监测装置以解决以下问题中至少之一：减少刺激电极和感测电极之间的交叉耦合、缩短消隐时间、以及在DC阻断电容器故障的情况下提供有效的安全隔离。
发明内容
为了满足这些目的中至少之一或其他目的，本发明提出了一种基于设置有如上所述的阱和电容器结构的半导体基板并且包括被称为基板保持电容器的另外的电容器的电刺激和监测装置。该基板保持电容器具有电连接至基板主体部分的第一电极以及电连接用于接收相对于第一端子所设置的参考DC电压的第二电极，第一端子由刺激通道或感测通道所共用并且当刺激电极或感测电极也施加于待通过电刺激和监测分析的介质时，第一端子也由旨在被施加至该介质上的参考电极所共用。
当基板保持电容器的第一电极与基板主体部分的连接靠近阱中之一时，减少了可能影响容纳在这个阱内的电容器结构的电干扰，特别是由电容器结构中的其他电容器结构所引起的干扰。以这种方式，减少了涉及定位成靠近基板保持电容器与基板主体部分的连接的电容器结构的交叉耦合。为了以这种方式减少可能影响电容器结构中任意一个的交叉耦合，基板保持电容器的第一电极与基板主体部分的连接可以具有分布式构造，所述构造具有与靠近阱中每一个的基板主体部分的连接部分。
另外，基板保持电容器与具有DC阻断功能的电容器结构串联连接至参考电极。这减小了对于使用参考电压分支完成的各信号路径的有效电容值。然后介质的电压弛豫更迅速，从而可以减少消隐时间。
最后，基板保持电容器的电介质层提供了沿着使用参考电压分支完成的各信号路径的附加的电介质隔离。如果具有DC阻断功能的电容器结构中之一遇到故障并且变成短路，那么这种附加的电介质隔离可以有效的用作安全措施。
在本发明的优选的实施方式中，基板保持电容器的第一电极通过至少一个接触区域连接至基板主体部分，所述至少一个接触区域位于基板表面处并且被设置在基板主体部分的所有阱的外部。这种接触区域具有第一导电类型，其具有高于基板主体部分的导电率值而低于阱的导电率值的导电率值。另外，每个接触区域可以在投影到基板表面中时具有点接触设计，或者有利地具有其中接触区域与阱中至少之一的边缘平行并且靠近阱中至少之一的边缘但在这个阱外部的线状接触设计，或者甚至更有利地具有其中接触区域在阱外部围绕阱中至少之一的环状接触设计。线状接触设计和环状接触设计提供了交叉耦合的减少程度增加，对环状接触设计而言交叉耦合的减少程度增加更大。最优选地，包括连接在刺激电极或感测电极中之一与刺激通道和感测通道中之一之间的电容器结构中之一的每个阱可以被该阱外部的一个接触区域围绕。
根据本发明的改进，半导体基板还可以包括在基板的表面处的浅掺杂覆盖层。这种浅掺杂覆盖层具有第一导电类型和高于基板主体部分的导电率值的另一导电率值。浅掺杂覆盖层从基板表面延伸至基板主体部分中并且紧靠该阱围绕每个阱，并且还可选地从每个接触区域延伸至基板主体部分中。提供这种浅掺杂覆盖层允许调整阱二极管的击穿电压和泄漏电流。可选地，浅掺杂覆盖层还可以形成每个接触区域内的基板掺杂，或者连接每个接触区域。
如果第一导电类型为p，则第二导电类型为n，并且所述装置适于使得通过基板保持电容器的第二电极所接收到的参考DC电压为零或为负。通常相对于与刺激电极或感测电极同时要被施加于介质的参考电极来测量参考电压。
相反地，如果第一导电类型为n，则第二导电类型为p，并且所述装置适于使得通过基板保持电容器的第二电极所接收到的参考DC电压为正，再次，相对于参考电极来测量参考电压。
通常，参考DC电压可以在-40V与+40V之间，优选地在-30V与+30V之间。
在本发明的可能的实施方式中，基板保持电容器可以包括独立于半导体基板的电子元件。但是优选地，基板保持电容器可以可替选地包括电容器结构中专用的电容器结构，该电容器结构包括在设置于半导体基板中的阱中的一个阱中。对于这样的后一种实施方式，专用于基板保持电容器的电容器结构的第一电极形成基板保持电容器的第一电极。然后，第一电极通过布置在半导体基板上方的金属状导电元件电连接至基板主体部分。同时，专用于基板保持电容器的电容器结构的第二电极形成基板保持电容器的第二电极。
本发明装置还可以包括开关，所述开关将基板保持电容器的第二电极连接至被布置成用于提供参考DC电压的第二端子。以这种方式，开关具有适用于刺激时段的打开状态和适用于感测时段的闭合状态，在刺激时段期间刺激被施加于介质，在感测时段期间从介质收集响应电压。
通常对于本发明，电容器结构中至少之一可以具有沟槽电容器类型。因此，电容器结构可以包括被布置在容纳电容器结构的阱中的至少一个沟槽。电容器结构还包括电绝缘材料的层部分和导电材料的部分。沟槽外部的阱形成电容器结构的第一电极，并且至少在沟槽内堆叠在电绝缘材料的层部分上的导电材料的部分形成电容器结构的第二电极。
附图说明
图1是根据本发明的装置的示意图，包括作为所述装置的一部分的集成电路的截面图；
图2是图1中所示的集成电路的顶视图的一部分；
图3是与图1的装置等同的电气图；
图4a至图4c是示出由本发明提供的消隐时间的减少的时间图；以及
图5a至图5c是示出由本发明提供的电极交叉耦合的减少的时间图。
为清楚起见，这些附图中出现的元件尺寸与实际尺寸或尺寸比例不对应。另外，在这些附图中的不同附图中表示的相同附图标记或符号表示元件中具有相同功能的相同元件。
具体实施方式
根据图1，电刺激和监测装置包括集成电路200和若干信号路径。为了附图的清楚起见，表示仅两个信号路径，分别用标记PATH1和PATH2表示，但是，所述装置可以包括所有的平行布置的任意数目的信号路径，例如，16个信号路径或32个信号路径。每个信号路径独立于其他信号路径包括：刺激电极或感测电极、形成DC阻断电容器的电容器结构、以及刺激通道或感测通道。例如，PATH1包括刺激电极或感测电极25、电容器结构C2和刺激通道或感测通道26。类似地，PATH2包括刺激电极或感测电极35、电容器结构C3和刺激通道或感测通道36。
所述装置还包括标记为REF BRANCH的参考电压分支，参考电压分支包括参考电极1、DC电压源2和用于将DC电压源2连接至集成电路200的半导体基板的电连接。参考电极1连接至DC电压源2的第一端子2a，并且DC电压源2的第二端子2b连接至半导体基板的主体部分。根据本发明，来自DC电压源2的第二端子2b的连接通过被称为基板保持电容器的专用电容器以及可选地还通过开关3引向半导体基板的主体部分。换言之，从DC电压源2的第二端子2b到半导体基板的主体部分的电连接包括串联连接在第二端子2b与基板主体部分之间的基板保持电容器和可选地开关。
现在首先描述根据本发明的优选实施方式的电容器结构，并且稍后将描述基板保持电容器的功能和优势。
标记为100的并且优选为p导电类型的半导体基板(例如硅基板)具有顶基板表面S100。在基板100内以众所周知的方式设置有阱用于产生n导电类型的单独体积。每个阱专用于容纳单独的电容器结构，该电容器结构可以具有沟槽电容器结构类型。例如，阱20容纳由挤入到阱20中的部分的沟槽形成的电容器结构C2。电容器结构C2还包括电绝缘层102的部分和导电材料的部分。绝缘层102的部分和导电材料的部分堆叠于在阱20中蚀刻出的沟槽内以及堆叠于在阱20中蚀刻出的沟槽之间。根据该结构，沟槽外部的阱20形成电容器结构C2的第一电容器电极21，导电材料的堆叠部分形成电容器结构C2的第二电容器电极22，以及绝缘层102的部分形成电容器电介质。类似地，对于容纳在阱30中的电容器结构C3，沟槽外部的阱30形成第一电容器电极31，导电材料的另一部分形成第二电容器电极32，以及绝缘层102的位于第一电容器电极31与第二电容器电极32之间的另一部分形成电容器电介质。另外，对于容纳在阱10中的电容器结构C1：沟槽外部的阱10形成第一电容器电极11，导电材料的又一部分形成第二电容器电极12，以及绝缘层102的位于第一电容器电极11与第二电容器电极12之间的又一部分形成电容器电介质。形成在半导体基板100中的所有的电容器结构可以具有刚刚所描述的沟槽结构，根据对于每一个电容器所需的电容值，所述电容器结构可以具有不同的尺寸。绝缘层102可以是二氧化硅(SiO2)，并且第二电极12、22和32可以是多晶硅。
以众所周知的方式，这些电容器结构中的每一个通过形成在相应的阱与基板主体部分110之间的边界处的二极管与基板100的主体部分110电绝缘。“绝缘”在这种情况下意味着不管存在于阱内的电容器电极处的电压如何，阱二极管都处于阻断状态。同样以已知的方式，这种阱二极管具有非零的结电容值和非零的泄漏电流值。然后，可以通过在基板100的顶表面S100正下方布置浅掺杂覆盖层101来调整阱二极管的这些结电容值和泄漏电流值。这种浅掺杂覆盖层可以从顶表面S100延伸至少向下至基板100中约0.2μm(微米)处，可能向下至基板100中0.4μm处。浅掺杂覆盖层具有与基板主体部分110相同的导电类型，即在当前所描述的实施方式中为p型。浅掺杂覆盖层101与每个阱10、20和30交叠，并且横向地延伸超过阱10、20、30的外围边界，使得浅掺杂覆盖层的一部分围绕每个阱同时紧靠阱闭合。以这种方式，浅掺杂覆盖层101包括在基板表面S100正下方的阱二极管，使得浅掺覆盖层101内的掺杂浓度允许调整阱二极管的结电容和泄漏电流。掺杂浓度通常为：在基板主体部分110内为1013至5·1015个硼原子每cm3(立方厘米)，在靠近基板表面S100的阱10、20和30内为超过1020个磷原子每cm3，以及在浅掺杂覆盖层101内为1016至5·1017个硼原子每cm3。
如已经提到的，电容器结构中之一专用于装置的每个信号路径用于产生对这个信号路径的DC阻断功能。以这种方式，电容器结构C2的第一电容器电极21电连接至刺激电极或感测电极25，并且同一电容器结构C2的第二电容器电极22电连接至刺激通道或感测通道26。类似地，对于电容器结构C3：电容器结构C3的第一电容器电极31连接至刺激电极或感测电极35，以及电容器结构C3的第二电容器电极32连接至刺激通道或感测通道36。
再次以众所周知的方式，每个刺激通道或感测通道26、36在其作为刺激通道操作时包括电流源，或者在其作为感测通道操作时包括感测电路。装置的所有刺激通道或感测通道的参考端子电连接至参考电极1并且电连接至DC电压源2的第一端子2a，刺激通道或感测通道26、36的信号端子连接至用于信号路径的电容器结构C2、C3的第二电容器电极22、32。
附图标记300表示待使用所描述的装置分析的介质。所述介质插入在一方面参考电极1与另一方面刺激电极或感测电极25、35之间。
容纳在阱10中的电容器结构C1可以专用于现在也简称为C1的基板保持电容器。为此，第二电容器电极12通过金属线以及可选地也通过开关3电连接至DC电压源2的第二端子2b。第一电容器电极11电连接至基板100的主体部分110。对于当前所描述的其中基板导电类型为p的实施方式，DC电压源2在第二端子2b处产生相对于第一电压端子2a可能为零的负电压值。对于其中基板导电类型为n的实施方式，DC电压源2在第二端子2b处产生相对于第一电压端子2a的正电压值。换言之并且通常对本发明来说，当半导体基板是n型时，基板保持电容器电连接至容纳有连接至一个刺激电极或感测电极中之一的电容器结构的阱的阱二极管中每一个的阴极侧。反之，当半导体基板是p型时，基板保持电容器连接至这些阱二极管的阳极侧。因此，DC电压源2为确保阱二极管处于阻断状态而使基板主体部分110偏置。通常，由DC电压源2所产生的电压在-40V(伏特)与+40V之间。在本说明书的大多数部分中，由DC电压源2所产生的电压被称为参考DC电压。当这个电压为零时，对于p型半导体基板，基板保持电容器C1的第二电容器电极12还可以通过开关3而不使用DC电压源直接地连接至刺激通道或感测通道26、36的参考端子和参考电极1。
为了将基板保持电容器C1的第一电容器电极11连接至基板主体部分110，在基板顶表面S100处形成有接触区域111，并且在接触区域111下方基板主体部分110的掺杂浓度局部地增加，同时保持与基板主体部分110的导电类型为相同的导电类型。在接触区域111下方掺杂浓度的增加可以通过浅掺杂覆盖层101中的一部分而形成。可替选地或组合地，在接触区域111下方掺杂浓度的增加可以通过附加的掺杂步骤以掺杂浓度可能高于浅掺杂覆盖层的掺杂浓度而形成。然后，金属状导电元件13桥接在基板保持电容器C1的第一电容器电极11与设置有增加的掺杂的接触区域111之间。导电元件13可以属于专用于布线并且布置在基板表面S100上方的金属化层。
特别有利的是，接触区域111保持在这些阱的外部的同时，靠近于专用于信号路径的电容器结构的每个阱，即靠近于图1所示的阱20和30。根据可以用于接触区域111的第一设计，接触区域111可以包括多个独立点状接触区域，所述多个独立点状接触区域可以分布在专用于信号路径的阱周围并且靠近这些阱的外围边界。这些点状接触区域例如通过布置在基板顶表面S100上方的至少一个金属化层中的合适的金属布线全部彼此电连接。可替选地但优选地，可以用于接触区域111的第二设计可以包括多个独立线状接触区域，所述多个独立线状接触区域平行地分布并且靠近于专用于信号路径的阱的阱边界但在这些阱的外部，并且线状接触区域全部彼此连接。再次可替选地但最优选地，用于接触区域111的环状设计可以包括外部地围绕专用于阱信号路径中之一的每个阱靠近于该阱的外围边界的闭环条带。图2示出了这种最优选设计，其中导电元件13进一步横跨容纳有基板保持电容器C1的阱10的边界。
可以设置可选的开关3以用于限制由DC电压源2产生的电压对专用于感测来自介质300的响应的时间段的有效性。因此，开关3在刺激时间段期间处于如图1中的附图标记3a所表示的打开状态，而在感测时间段期间处于闭合状态3b，每个感测时间段跟随在刺激时间段之后。
图3的图是等同于图1的装置的电气装置。因此D20和D30分别表示阱20的阱二极管和阱30的阱二极管，以及RS1和RS2表示基板100内的有效的在第一电容器电极21、31中的每一个与基板主体部分110的参考点A之间的串联电阻值。通常，RS1等于1欧姆，并且RS2等于5千欧姆，RS2的值是由于基板主体部分110的低掺杂浓度引起的。通常，参考点A可以定位成与基板100的背面靠近。
对于当DC阻断电容器由公共半导体基板容纳时不实现任何基板保持电容器的装置，参考电压分支REF BRANCH将在点A处直接连接至基板主体部分110。然后，每个信号路径PATH1和PATH2将表现出5千欧的量级的串联电阻值。另外，如果专用于DC阻断功能的电容器结构中之一发生故障，那么这个电阻值允许显著的DC电流通过介质300。
但是在根据本发明当前所描述的装置中，每个信号路径PATH1和PATH2表现出仅1欧姆的量级的残留串联电阻值。这个非常低的值主要是由于每个阱20、30与接触区域111之间的短距离引起的。但是通过介质300的不需要的DC电流现在被基板保持电容器C1阻断。
信号路径内的专用于DC阻断功能的电容器结构C2、C3中每一个的可能值可以为1.5nF(纳法)。
专用于基板保持电容器的电容器结构C1的示例性值可以是10nF(纳法)。通常，对于表现出高阻抗的基板以及对于待分析的在与电极的相互作用中表现出低电容值的介质而言，本发明提供的基板保持电容器的益处更大。
针对阱二极管D20和D30可以调整浅掺杂覆盖层101，使得阱二极管D20和D30各自具有约10pF(皮法拉)的结电容以及约50纳安的泄漏电流。
在使用p型的硅基板并且对于参考电压源2的DC电压为零的情况下获得了图4a至图4c和图5a至图5c的图。因此，在感测时段期间，基板保持电容器C1的第二电容器电极12接地。假设刺激通道或感测通道26用作刺激通道并且刺激通道或感测通道36用作感测通道，那么这些图显示了在如图3所示的点V2、V3和W3处存在的电压的时间变化。点V2属于用于刺激的信号路径PATH1，而点V3和W3两者属于用于响应监测的信号路径PATH2。在所有的这些图中，x轴表示以秒为单位的时间，以及y轴表示以伏特为单位的电压值。如在题为“Brainimpedance characteristics of deep brain stimulation electrodes in vitro andin vivo”，Xuefeng F.Wei和Warren M.Grill，J.Neural Eng.，August 2009，6(4):046008的文章中所描述的，电子模型已经被用于介质300。为简单起见，在4a至图4c和图5a至图5c的图中与存在于点V2、V3和W3处的电压相对应的电压曲线已经分别被标记为V2、V3和W3。
在图4a至图4c的图中，曲线V2在三个图中相同并且指代位于图左侧的y轴，曲线V2对应于被实现为刺激的电荷注入和吸出的时间积分。曲线V3指代位于图右侧的y轴，曲线V3对应于松弛。图4a对应于没有被实现的基板保持电容器的情况(基板在如图3所示的点A处接地)。图4b对应于基板保持电容器C1等于1nF的情况，以及图4c对应与当C1等于100nF时的情况。弛豫持续时间(也称为消隐时间)在不使用基板保持电容器的情况下(图4a)为约0.0013s(秒)，对于1nF基板保持电容器(图4b)为约0.0009s，以及对于100nF基板保持电容器(图4c)为约0.0007s。因此，使用100nF的基板保持电容器在消隐时间方面产生了约40％的减少。
图5a至图5c示出了当通过信号路径PATH1再次产生刺激时发生的交叉耦合的变化，但是现在所表现出的电压是在信号路径PATH2的感测电极35(参见图3中点W3的位置)处收集的电压。图5a对应于没有被实现的基板保持电容器(如图4a)的情况。图5b和图5c对应于基板保持电容器C1等于1nF(图5b)和100nF(图5c)的情况。实际上，图5a至图5c的曲线W3非常类似于图4a至图4c中标记为V3的曲线，因为介质300的阻抗远高于DC阻断电容器C3的值。图5a至图5c示出了通过实现基板保持电容器交叉耦合在很大程度上减少(图5b和图5c与图5a相比)，并且当增加基板保持电容器的值时交叉耦合减少(图5c与图5b相比)。
最后，要提醒的是，基板保持电容器不一定是包含专用于信号路径的DC阻断电容器结构的集成电路的一部分。实际上，作为上面详细描述的实施方式的变型，基板保持电容器可以包括独立于集成电路的电子元件，并且与所述电子元件连接，以便恢复基板保持电容器在基板主体部分与DC电压源之间的串联连接。
另外，设置为彼此并联的信号路径的数目可以是任意的没有限制的，而通常的发明实施方式可以包括8个至32个之间的信号路径。
Claims (9)
1.一种电刺激和监测装置，包括：
第一导电类型的半导体基板(100)，其设置有均具有第二导电类型的一组独立阱(10，20，30)，所述第一导电类型和所述第二导电类型相反，使得每个阱在所述阱与具有所述第一导电类型的基板的主体部分(110)之间的边界处形成各自的嵌入式二极管；
一组电容器结构(C1，C2，C3)，其均独立于其他电容器结构被容纳在所述阱(10，20，30)中之一内，每个电容器结构具有第一电极(11，21，31)、第二电极(12，22，32)和电绝缘材料的层部分，所述第一电极由专用于所述电容器结构的所述阱形成，并且所述绝缘材料的层部分被布置在所述第一电极与所述第二电极之间；
一组刺激电极或感测电极(25，35)，其各自连接至所述电容器结构(C2，C3)中之一的第一电极(21，31)；以及
一组刺激通道或感测通道(26，36)，其各自连接至所述电容器结构(C2，C3)中之一的第二电极(22，32)，并且每个刺激通道或感测通道包括电流源，所述电流源用于通过串联连接在所述刺激通道或感测通道与所述刺激电极或感测电极(25，35)之间的所述电容器结构中之一将刺激电流注入到所述刺激电极或感测电极中之一，或者每个刺激通道或感测通道包括感测电路，所述感测电路用于允许通过串联连接在所述刺激电极或感测电极与所述刺激通道或感测通道之间的所述电容器结构对由所述刺激电极或感测电极中之一收集并且由所述感测电路检测的电压响应进行监测；
其中，所述装置还包括称为基板保持电容器的电容器，所述基板保持电容器具有电连接至所述基板主体部分(110)的第一电极(11)以及电连接用于接收相对于第一端子(2a)所设置的参考DC电压的第二电极(12)，所述第一端子(2a)由刺激通道或感测通道(26，36)所共用并且当所述刺激电极或感测电极也施加于待通过电刺激和监测分析的介质(300)时，所述第一端子(2a)也由旨在被施加至所述介质上的参考电极(1)所共用。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基板保持电容器的所述第一电极(11)通过至少一个接触区域(111)连接至所述基板主体部分(110)，所述至少一个接触区域(111)位于基板表面(S100)处并且被设置在所述基板主体部分的所有阱(10，20，30)的外部，每个接触区域具有第一导电类型，其中，所述接触区域的导电率值高于所述基板主体部分的导电率值而低于所述阱的导电率值，
并且每个接触区域(111)在投影到基板表面中时具有点接触设计，或者具有其中所述接触区域与所述阱(10，20，30)中至少之一的边缘平行并且靠近所述阱(10，20，30)中至少之一的边缘但在所述阱外部的线状接触设计，或者具有其中所述接触区域在所述阱外部围绕所述阱中至少之一的环状接触设计。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，包括连接在所述刺激电极或感测电极(25，35)中之一与所述刺激通道或感测通道(26，36)中之一之间的电容器结构(C2，C3)中之一的每个阱(20，30)被所述阱外部的一个接触区域(111)围绕。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述半导体基板(100)还包括在所述基板的表面(S100)处的浅掺杂覆盖层(101)，所述浅掺杂覆盖层具有所述第一导电类型和高于所述基板主体部分(110)的导电率值的另一导电率值，并且所述浅掺杂覆盖层从所述基板表面延伸至所述基板主体部分中并且紧靠所述阱围绕每个阱(10，20，30)，并且还可选地从每个接触区域(111)延伸至所述基板主体部分中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一导电类型为p，所述第二导电类型为n，并且所述装置适于使得通过所述基板保持电容器的所述第二电极(12)所接收到的所述参考DC电压为零或负，
或者，所述第一导电类型为n，所述第二导电类型为p，并且所述装置适于使得通过所述基板保持电容器的所述第二电极(12)所接收到的所述参考DC电压为正，
所述参考DC电压在-40V与+40V之间。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述基板保持电容器包括独立于所述半导体基板(100)的电子元件。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述基板保持电容器包括所述电容器结构(C1)中专用的电容器结构，所述电容器结构(C1)包括在设置于所述半导体基板(100)中的所述阱(10)中的一个阱中，
专用于所述基板保持电容器的所述电容器结构(C1)的所述第一电极(11)形成所述基板保持电容器的第一电极，并且通过布置在所述半导体基板(S100)上方的金属状导电元件(13)电连接至所述基板主体部分(110)，
并且专用于所述基板保持电容器的所述电容器结构(C1)的所述第二电极(12)形成所述基板保持电容器的所述第二电极。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括开关(3)，所述开关(3)将所述基板保持电容器的所述第二电极(12)连接至被布置成用于提供所述参考DC电压的第二端子(2b)，使得所述开关具有适用于刺激时段的打开状态(3a)和适用于感测时段的闭合状态(3b)，在所述刺激时段期间刺激被施加于所述介质(300)，在所述感测时段期间从所述介质收集响应电压。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述电容器结构(C1，C2，C3)中至少之一具有沟槽电容器类型，因此所述电容器结构包括被布置在容纳所述电容器结构的所述阱(10，20，30)中的至少一个沟槽，并且所述电容器结构还包括所述电绝缘材料的层部分和导电材料的部分，所述沟槽外部的阱形成所述电容器结构的所述第一电极(11，21，31)，并且所述导电材料的部分形成所述电容器结构的所述第二电极(12，22，32)并且至少在所述沟槽内堆叠在所述电绝缘材料的层部分上。
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