CN109952505B - 半导体装置和电位测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体装置，当电极和放大器设置在同一基板上时，所述半导体装置能够通过提供可实现电极电镀工艺的构造来防止由产生的寄生电容引起的信号特性的劣化，还涉及电位测量装置。当电源提供用于执行电镀处理所需的电位时，阻断单元从液体读取信号，并且放大器放大并输出信号，电镀处理所需的电源相对于电极被阻断。本发明适用于电位测量装置。

Description

半导体装置和电位测量装置
技术领域
本发明涉及一种半导体装置和电位测量装置，更具体地，涉及一种能够在制造过程中防止静电击穿的半导体装置和电位测量装置。
背景技术
近年来，需要一种用于测量神经细胞的动作电位并且提供关于神经动作的医学研究的技术。例如，已经提出了用于测量并记录神经细胞的动作电位的电极装置(参见专利文献1和2)。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开06-078889号公报
专利文献2：日本专利申请特开2002-031617号公报
发明内容
本发明要解决的问题
在专利文献1和2描述的技术中，在提供能够在制造时进行电极电镀处理的构造的情况下，存在以下可能：在装置完成之后，当测量电位时，能够执行电镀处理的构造会增加布线电容，并且信号特性劣化。
本发明就是在这种情况的构造中作出的，并且特别地，本发明在电位测量装置中提供用于实现电镀处理的构造的同时，防止了电位测量中的信号特性的劣化。
解决问题的方案
根据本发明的一个方面的半导体装置包括：参考电位产生单元和参考电位电极，其被构造成将参考电位提供给填充在容器中的液体；读取电极和放大器，其被构造成从液体读取信号；电位提供单元，其被构造成在容器中填充电镀液代替液体，并且当对参考电位电极和读取电极执行电镀处理时，所述电位提供单元向参考电位电极和读取电极提供预定电位；以及断路器，其被构造成当容器填充有液体时，在电位测量时在靠近放大器的位置处阻断来自电位提供单元的预定电位的供应，参考电位产生单元将参考电位提供给液体，读取电极从液体读取信号，且放大器放大并输出所述读取信号，并且断路器被构造成当容器填充有电镀液并执行电镀处理时，提供来自电位提供单元的预定电位，其中，参考电位产生单元、参考电位电极、读取电极、放大器、电位提供单元和断路器安装在同一基板上。
断路器是场效应晶体管(FET：Field Effect Transistor)开关，并且在电位测量时，断路器被控制为断开，以在靠近放大器的位置处阻断来自电位提供单元的电位供应，并且当执行电镀处理时，断路器被控制为接通，以提供来自电位提供单元的预定电位。
断路器可以是二极管，其负极连接到电位提供单元，其正极连接到放大器，并且在电位测量时，电位提供单元能够提供第一预定电位，且在靠近放大器的位置处阻断来自电位提供单元的电位供应，并且当执行电镀处理时，电位提供单元能够提供第二预定电位。
在电位测量时，电位提供单元能够提供高于参考电位的电位作为第一预定电位，且在靠近放大器的位置处阻断来自电位提供单元的电位供应，并且当执行电镀处理时，电位提供单元能够提供低于电镀液的电位的电位作为第二预定电位。
电位提供单元能够从放大器的电源提供预定电位。
还能够包括附加二极管，该附加二极管具有与二极管相同的特性，并且与二极管在同一工艺中形成，并且附加二极管的负极连接到二极管的正极，且附加二极管的正极连接到接地电位。
还能够包括另一断路器，在电位测量时，该另一断路器在靠近参考电位产生单元的位置处阻断来自电位提供单元的预定电位的供应，并且当执行电镀处理时，该另一断路器提供来自电位提供单元的预定电位。
另一断路器可以是场效应晶体管(FET：Field Effect Transistor)开关，并且在电位测量时，该另一断路器被控制为断开，以在靠近参考电位产生单元的位置处阻断来自电位提供单元的电位供应，并且当执行电镀处理时，该另一断路器被控制为接通，以提供来自电位提供单元的预定电位。
另一断路器可以是另一个二极管，其负极连接到电位提供单元，其正极连接到放大器，并且在电位测量时，电位提供单元可以提供第一预定电位，并且在靠近放大器的位置处阻断来自电位提供单元的电位供应，并且当执行电镀处理时，电位提供单元可以提供第二预定电位。
在电位测量时，电位提供单元可以提供高于参考电位的电位作为第一预定电位，并且在靠近放大器的位置处阻断来自电位提供单元的电位供应，并且当执行电镀处理时，电位提供单元可以提供低于电镀液的电位的电位作为第二预定电位。
电位提供单元能够从放大器的电源提供预定电位。
还能够包括另一个附加二极管，该另一个附加二极管具有与另一个二极管相同的特性，并且与另一个二极管在同一工艺中形成，该另一个附加二极管的负极连接到另一个二极管的正极，该另一个附加二极管的正极连接到地电位。
根据本发明的一个方面的电位测量装置包括：参考电位产生单元和参考电位电极，其用于将参考电位提供给填充在容器中的液体；读取电极和放大器，其用于从液体读取信号；电位提供单元，其用于在容器中填充电镀液代替液体，并且当对参考电位电极和读取电极执行电镀处理时，该电位提供单元向参考电位电极和读取电极提供预定电位；以及断路器，当容器填充有液体时，所述断路器用于在电位测量时在靠近放大器的位置处阻断来自电位提供单元的预定电位的供应，参考电位产生单元将参考电位提供给液体，读取电极从液体读取信号，并且由放大器读取的信号被放大并输出，并且当容器填充有电镀液并执行电镀处理时，该断路器提供来自电位提供单元的预定电位，其中，参考电位产生单元、参考电位电极、读取电极、放大器、电位提供单元和断路器安装在同一基板上。
根据本发明的一个方面，参考电位产生单元和参考电位电极将参考电位提供给填充在容器中的液体，读取电极和放大器从液体读取信号，电位提供单元在容器中填充电镀液代替液体，当对参考电位电极和读取电极执行电镀处理时，预定电位被提供给参考电位电极和读取电极，在容器中填充液体，参考电位产生单元将参考电位提供给液体，在电位测量时，当读取电极从液体读取信号并且放大器放大并输出所读取的信号时，断路器在靠近放大器的位置处阻断来自电位提供单元的预定电位的供应，并且当在容器中填充电镀液并且执行电镀处理时，提供来自电位提供单元的预定电位，并且参考电位产生单元、参考电位电极、读取电极、放大器、电位提供单元和断路器安装在同一基板上。
本发明的效果
根据本发明的一个方面，能够在电位测量装置中提供用于实现电镀处理的构造的同时，防止在电位测量时信号特性的劣化。
附图说明
图1是用于说明一般电位测量装置的示例性构造的图。
图2是用于说明根据本发明的电位测量装置的示例性构造的图。
图3是用于说明图2中的电位测量装置的示例性构造的图。
图4是用于说明图2中的电位测量装置的第一具体示例性构造的图。
图5是用于说明图4中的电位测量装置的操作的图。
图6是用于说明图4中的电位测量装置的操作的图。
图7是用于说明图2中的电位测量装置的第二具体示例性构造的图。
图8是用于说明图7中的电位测量装置的操作的图。
图9是用于说明图7中的电位测量装置的操作的图。
图10是用于说明图4中的电位测量装置的漏电流的图。
图11是用于说明图7中的电位测量装置的漏电流的图。
图12是用于说明图2中的电位测量装置的第三具体示例性构造的图。
图13是用于说明图12中的电位测量装置的操作的图。
图14是用于说明图2中的电位测量装置的第四具体示例性构造的图。
图15是用于说明根据本发明的电位测量装置的变形例的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，具有基本相同的功能性构造的组件用相同的附图标记表示，并省略多余的描述。
<一般电位测量装置的示例性构造>
在根据本发明的电位测量装置的描述中，首先，将参考图1描述一般电位测量装置的示例性构造。图1的上部是电位测量装置1的示意性立体图，图1的中间部分是与皮氏培养皿(petri dish)11和电极基板12的俯视图对应的布线图，图1的下部是电位测量装置1的侧面截面的布线图。
如图1的上部所示，电位测量装置1包括皮氏培养皿11、电极基板12以及模数转换器(ADC：Analog Digital Converter)13。皮氏培养皿11包括模制树脂，且填充有例如生理盐水等液体51，并且将作为样本的细胞输入皮氏培养皿11。如图1的中间部分所示，在皮氏培养皿11的底面上设置有电极31-1～31-4，并且分别通过端子32-1～32-4将测量电位输出到放大器41-1～41-4。放大器41-1～41-4放大从电极31-1～31-4提供的测量电位，并将测量电位输出到ADC 13。ADC 13将测量电位(该电位为从放大器41-1～41-4提供的放大的模拟信号)转换为数字信号，并将数字信号输出到后续装置。
换句话说，作为液体51中的样本的细胞的动作电位的变化由电极31-1～31-4检测，并通过端子32-1～32-4和放大器41-1～41-4输出到ADC 13作为数字信号。
注意，在不需要对电极31-1～31-4、端子32-1～32-4以及放大器41-1～41-4特别地彼此区分的情况下，电极31-1～31-4、端子32-1～32-4以及放大器41-1～41-4分别被简称为电极31、端子32和放大器41，并且其他组件也是类似地命名。
此外，如图1的下部所示，电极31-1和31-2例如分别包括电镀部分61-1和61-2以及端子62-1和62-2，并且对端子62-1和62-2执行电镀处理，从而增加电镀部分61-1和61-2，并且电镀部分61-1和61-2与液体51接触。注意，尽管未示出，但是同样适用于电极31-3和31-4。
也就是说，在测量电极31-1周围的局部电位变化的情况下，从端子32-2读取电极31-2的测量电位，并且将平均电位与从电极31-1经由端子32-1提供的测量电位(作为参考电位Vref)进行比较，以便测量电极31-1附近的局部电位变化。
然而，在提供能够在制造时进行电极电镀处理的构造的情况下，能够执行电镀处理的构造可能增加布线电容，并且信号特性可能劣化。
因此，根据本发明的电位测量装置在提供用于实现电镀处理的构造的同时，防止电位测量时信号特性的劣化。
<本发明的电位测量装置的上表面的示例性构造>
将参考图2描述作为根据本发明的半导体装置的电位测量装置的示例性构造。注意，在图2中，示出了电位测量装置101的基板110的构造，并且示出了与图1的中间部分中的电极基板12的俯视图对应的构造。
图2中的电位测量装置101包括电极111-1～111-4和111-11、放大器112-1～112-4、开关113-1～113-4、垂直传输线114-1和114-2、传输控制器115、输出单元116、端子117-1～117-4、端子118-1和118-2以及参考电位产生单元119。
在包括模制树脂的皮氏培养皿11中设置电极111-1～111-4和111-11，并且电极111-1～111-4分别对应于电极31-1～31-4。在包括模制树脂的皮氏培养皿11中，电极111-1～111-4与液体131接触(图3)，测量液体131中的样本的动作电位，并且分别将动作电位传送到放大器112-1～112-4。此外，电极111-11将由参考电位产生单元119产生的参考电位提供给液体131。
在单个基板中，放大器112-1～112-4分别直接设置在电极111-1～111-4的下方，并且分别放大由电极111-1～111-4检测的电压，并将检测到的电压输出到开关113-1～113-4。
传输控制器115控制开关113-1和113-2接通或断开。当开关113-1和113-2接通时，开关113-1和113-2通过垂直传输线114-1将来自放大器112-1和112-2的输出输出到输出单元116。传输控制器115控制开关113-3和113-4接通或断开。当开关113-3和113-4接通时，开关113-3和113-4通过垂直传输线114-2将来自放大器112-3和112-4的输出输出到输出单元116。
输出单元116将从放大器112-1～112-4经由垂直传输线114-1和114-2提供的放大信号转换成数字信号，并从端子117-1～117-4输出数字信号。
端子118-1和118-2接收从外部提供的电力等。
参考电位产生单元119产生参考电位，并通过电极111-11将参考电位提供给液体131。在包括模制树脂的皮氏培养皿11中，电极111-11与液体131接触(图3)，并将参考电位提供给液体131。
<用于防止由于执行电镀处理的构造的布线电容导致的信号劣化的示例性构造>
接下来，将参考图3描述用于防止由于执行电镀处理的构造的布线电容导致的信号劣化的示例性构造。
电极111-1和111-11分别包括电镀部分151-1和151-11(包括铂等)以及金属部分152-1和152-11。电极111通常仅包括金属部分152。然而，由于金属部分152是与液体131接触的部分，因此设置电镀部分151以防止腐蚀等。
电极111-1是读取信号的电极，其连接到包括放大晶体管的放大器112的栅极，并传输液体131的电位。放大器112包括放大晶体管，并且放大晶体管的源极和漏极连接到电源VDD。放大器112将基于从电极111-1提供给栅极的电位V的电压输出到输出单元116。
输出单元116对作为来自放大器112的模拟信号的输出电压进行模拟-数字转换，并从端子117输出数字信号。
此外，电极111-11是将从参考电位产生单元119输出的参考电位施加于液体131的电极。
断路器191-1和191-2设置在各个电极111-1和111-11与电源VDD之间。当在制造时对电极111-1和111-11执行电镀处理时，断路器191-1和191-2连接到电源VDD，并将电源VDD的电压施加到电极111-1和111-11以形成电镀部分151-1和151-11。
此外，在制造之后，断路器191-1和191-2通过电极111-1测量电位，并且当电极111-11输出参考电位时，断路器191-1和191-2处于高阻抗状态，并切断电源VDD与电极111-1和111-11之间的导通。
换句话说，存在于断路器191-1和191-2后级的电源VDD是在制造时用于形成电镀部分151-1和151-11的电极电镀处理的必要部件。然而，在制造之后，由于在用于将电压施加到电极111-1和111-11的电路中寄生而引起的电容，信号传输特性劣化。因此，在制造之后，通过切断电源VDD与电极111-1和111-11之间的导通，断路器191-1和191-2防止了信号传输特性的劣化。
注意，在以上描述中，已经描述了断路器191-1和191-2均连接到电源VDD的示例。然而，在电极电镀处理中，电极111-1和111-11可以是接地电位。因此，在这种情况下，可以控制断路器191-1和191-2相对于地接通或断开。
<第一具体示例性构造，用于防止由于执行电镀处理的构造的布线电容而导致的信号传输特性的劣化>
具体地，例如，如图4所示，断路器191-1和191-2分别包括场效应晶体管(FET：Field Effect Transistor)开关211-1和211-2。
换句话说，在制造时通过电极电镀处理形成电镀部分151-1和151-11的情况下，皮氏培养皿11填充有电镀液221，此外，FET开关211-1和211-2被控制为接通。通过该操作，如点划线所示，电源VDD的电压被施加到电极111-1和111-11。因此，对各个电极111-1和111-11的金属部分152-1和152-11上的电镀液221执行电镀处理，并且形成电镀部分151-1和151-11。
此外，在制造后测量样本的动作电位的情况下，如图6所示，皮氏培养皿11填充有其中输入样本的液体131，并且FET开关211-1和211-2断开。通过该操作，如虚线所示，电源VDD相对于电极111-1和111-11的电位被切断，并且如粗线所示，通过电极111-1传输电位V，并且电极111-11输出参考电位。因此，来自电源VDD的电压不施加到放大器112的栅极，并且适当地传输来自电极111-1的信号。因此，能够防止信号传输特性的劣化。
<第二具体示例性构造，用于防止由于执行电镀处理的构造的布线电容而导致的信号传输特性的劣化>
在上文中，已经描述了以下示例：其中设置了FET开关211-1和211-2作为断路器191-1和191-2的具体构造。然而，如果其他构造能够在电极电镀处理中施加相对于电极111-1和111-11的电镀处理所需的电位并在测量动作电位时能够切断电位，则也可以使用其他构造。因此，如图7所示，断路器191-1和191-2的具体构造可以是二极管231-1和231-2。这里，二极管231-1和231-2的正极分别连接到电极111-1和111-11，并且二极管231-1和231-2的负极连接到端子118。
利用这种构造，例如，在电极电镀处理中，如图8所示，在皮氏培养皿11填充有电镀液221的情况下，将电位低于电镀液221的电位的电压施加到端子118。根据这种处理，如图8中的箭头所示，电流在向前的方向上流向二极管231-1和231-2，并且电极111-1和111-11的电位低于电镀液221的电位，因此，形成电镀部分151-1和151-11。
另一方面，当测量动作电位时，如图9所示，将电位高于参考电位的电压施加到端子118。利用该操作，如实线箭头所示，向二极管231-1和231-2施加负偏压，从而阻断进入端子118的电流。
利用该操作，如实线箭头所示，端子118的电位相对于电极111-1和111-11被切断，并且如粗线所示，通过电极111-1传输电位V，并且电极111-11输出参考电位。因此，由于来自电极111-1的信号被适当地发送到放大器112的栅极，所以能够防止信号传输特性的劣化。
<关于放大器的输入电位的变化>
当通过图4中的电位测量装置测量动作电位时，参考电位产生单元119的阻抗很小。因此，如图10所示，当产生由点划线表示的漏电流Ia时，可能产生流到参考电位产生单元119的电流，通过液体131的到偏置供应单元171的外部电阻r产生与参考电压的电位差，并且构成放大器112的放大晶体管的栅极的输入电位与参考电位不同。因此，当漏电流Ia和外部电阻r变化时，放大器112的栅极的输入电位变化。
此外，类似地，当由图8中的电位测量装置测量动作电位时，参考电位产生单元119的阻抗很小。因此，如图11所示，当产生由点划线表示的漏电流Ia时，可能产生流到参考电位产生单元119的电流，通过液体131的到偏置供应单元171的外部电阻r产生与参考电压的电位差，并且构成放大器112的放大晶体管的栅极的输入电位与参考电位不同。因此，当漏电流Ia和外部电阻r变化时，放大器112的栅极的输入电位变化。
<第三具体示例性构造，用于防止由于执行电镀处理的构造的布线电容而导致的信号传输特性的劣化>
因此，如图12所示，除了图8中的构造之外，具有与二极管231-1相同的IV转换特性(电流电压转换特性)的二极管251-1的负极连接到构成放大器112的放大晶体管的栅极的前级，并且正极接地。此外，具有与二极管231-2相同特性的二极管251-2的负极连接到参考电位产生单元119的前级，并且正极接地。
利用这种构造，具有相同特性的二极管231-1和251-1串联连接，并且具有相同特性的二极管231-2和251-2串联连接。因此，如图13所示，当由实线所示的漏电流Ia和Ib彼此相等时，电极111-1和111-11的电位基本相同，并且虚线所示的漏电流不会流过内部电阻r。因此，能够使构成放大器112的放大晶体管的栅极的输入电压稳定。
注意，通过在同一半导体工艺中生成二极管231-1和251-1以及二极管231-2和251-2，能够使构成放大器112的放大晶体管的栅极的输入电压稳定，而不会增加制造步骤的数量。
<第四具体示例性构造，用于防止由于执行电镀处理的构造的布线电容而导致的信号传输特性的劣化>
在上文中，已经描述了以下示例：其中，提供给断路器191-1和191-2的电源是从端子118提供的外部电源或单独设置的电源VDD。然而，电源也可以由放大器112的电源VDD提供。
换句话说，如图14所示，二极管231-1和231-2的负极连接到放大器112的电源VDD。利用这种构造，由于不需要连接外部电源和增加布线，因此能够进一步使装置构造小型化。
注意，由于图14中的电位测量装置的操作与图4中的电位测量装置的操作类似，因此将省略其描述。此外，可以将图12中的二极管251-1和251-2添加到图14的构造中。
<变形例>
在上文中，如图2所示，已经描述了以下示例：其中，电极111-1～111-4和111-11、放大器112-1～112-4以及参考电位产生单元119形成在同一基板上。然而，如果电极111、放大器112和参考电位产生单元119形成在同一基板上，则可以使用除了以下构造之外的构造：其中如图2所示，电极111-1～111-4以两行两列的方式布置。例如，可以使用电极以n行和m列的方式布置的电极构造。此外，用于提供参考电位的电极111-11的数量可以等于或大于1。
此外，如图15的上部所示，可以使用以下构造：其中，包括电极组111-31和放大器组112-31，电极组111-31包括以3行和3列的阵列布置的黑色电极，在放大器组112-31中，放大器分别连接到电极，电极组111-31和放大器组112-31连接到多路复用器(Mux)271，并且多路复用器271分时地输出输出信号。
此外，如图15的中间部分所示，可以使用如下构造：其中，传输控制器115以三行为单位控制电极组111-41，电极组111-41包括以3行和3列的阵列布置的电极，输出被传送到三个垂直传输线114-11～114-13，然后由放大器组112-41放大，最后被输出到输出单元116，放大器组112-41包括分别设置在垂直传输线114-11～114-13上的放大器。然而，在图15的中间部分中，布置在图15的上面和下面的三个灰色电极由开关控制为接通或断开。然而，处于中间的三个黑色电极没有开关，并且不断地执行输出。
此外，如图15的下部所示，可以使用如下构造：其中，左下黑色电极、左上黑色电极和右上黑色电极(即电极组111-51的总共三个电极)分别连接到放大器组112-51的三个放大器，电极组111-51包括以3行和2列的阵列布置的电极。注意，在图15的下部中，电极组111-51所包括的每个电极包括图15中用“m”表示的本地存储器。
注意，本发明可以具有以下构造。
<1>一种半导体装置，其包括：
参考电位产生单元和参考电位电极，其被构造成将参考电位提供给填充在容器中的液体；
读取电极和放大器，其被构造成从所述液体读取信号；
电位提供单元，其被构造成在所述容器中填充电镀液代替所述液体，并且当对所述参考电位电极和所述读取电极执行电镀处理时，所述电位提供单元向所述参考电位电极和所述读取电极提供预定电位；以及
断路器，其被构造成当所述容器填充有所述液体时，在电位测量时在靠近所述放大器的位置处阻断来自所述电位提供单元的所述预定电位的供应，所述参考电位产生单元将所述参考电位提供给所述液体，所述读取电极从所述液体读取信号，且所述放大器放大并输出所述读取信号，并且所述断路器被构造成当所述容器填充有所述电镀液并执行所述电镀处理时，提供来自所述电位提供单元的预定电位，其中，
所述参考电位产生单元、所述参考电位电极、所述读取电极、所述放大器、所述电位提供单元和所述断路器安装在同一基板上。
<2>根据<1>所述的半导体装置，其中，
所述断路器是场效应晶体管(FET：Field Effect Transistor)开关，并且在所述电位测量时，所述断路器被控制为断开，以在靠近所述放大器的位置处阻断来自所述电位提供单元的电位供应，并且当执行所述电镀处理时，所述断路器被控制为接通，以提供来自所述电位提供单元的所述预定电位。
<3>根据<1>或<2>所述的半导体装置，其中，
所述断路器是二极管，所述二极管的负极连接到所述电位提供单元，所述二极管的正极连接到所述放大器，并且在所述电位测量时，所述电位提供单元提供第一预定电位，且在靠近所述放大器的位置处阻断来自所述电位提供单元的电位供应，并且当执行所述电镀处理时，所述电位提供单元提供第二预定电位。
<4>根据<3>所述的半导体装置，其中，
在所述电位测量时，所述电位提供单元提供高于所述参考电位的电位作为所述第一预定电位，且在靠近所述放大器的位置处阻断来自所述电位提供单元的电位供应，并且当执行所述电镀处理时，所述电位提供单元提供低于所述电镀液的电位的电位作为所述第二预定电位。
<5>根据<3>所述的半导体装置，其中，
所述电位提供单元从所述放大器的电源提供所述预定电位。
<6>根据<3>所述的半导体装置，还包括：
附加二极管，其具有与所述二极管相同的特性，并且与所述二极管在同一工艺中形成，所述附加二极管的负极连接到所述二极管的正极，并且所述附加二极管的正极连接到接地电位。
<7>根据<1>～<6>中任一项所述的半导体装置，还包括：
另一断路器，其被构造成在所述电位测量时，在靠近所述参考电位产生单元的位置处阻断来自所述电位提供单元的所述预定电位的供应，并且当执行所述电镀处理时，所述另一断路器提供来自所述电位提供单元的所述预定电位。
<8>根据<7>所述的半导体装置，其中，
所述另一断路器是场效应晶体管(FET：Field Effect Transistor)开关，并且在所述电位测量时，所述另一断路器被控制为断开，以在靠近所述参考电位产生单元的位置处阻断来自所述电位提供单元的电位供应，并且当执行所述电镀处理时，所述另一断路器被控制为接通，以提供来自所述电位提供单元的所述预定电位。
<9>根据<7>所述的半导体装置，其中，
所述另一断路器是另一个二极管，所述另一个二极管的负极连接到所述电位提供单元，所述另一个二极管的正极连接到所述放大器，并且在所述电位测量时，所述电位提供单元提供第一预定电位，且在靠近所述放大器的位置处阻断来自所述电位提供单元的电位供应，并且当执行所述电镀处理时，所述电位提供单元提供第二预定电位。
<10>根据<9>所述的半导体装置，其中，
在所述电位测量时，所述电位提供单元提供高于所述参考电位的电位作为所述第一预定电位，且在靠近所述放大器的位置处阻断来自所述电位提供单元的电位供应，并且当执行所述电镀处理时，所述电位提供单元提供低于所述电镀液的电位的电位作为所述第二预定电位。
<11>根据<9>所述的半导体装置，其中，
所述电位提供单元从所述放大器的电源提供所述预定电位。
<12>根据<9>所述的半导体装置，还包括：
另一个附加二极管，其具有与所述另一个二极管相同的特性，并且与所述另一个二极管在同一工艺中形成，所述另一个附加二极管的负极连接到所述另一个二极管的正极，并且所述另一个附加二极管的正极连接到接地电位。
<13>一种电位测量装置，其包括：
参考电位产生单元和参考电位电极，其被构造成将参考电位提供给填充在容器中的液体；
读取电极和放大器，其被构造成从所述液体读取信号；
电位提供单元，其被构造成在所述容器中填充电镀液代替所述液体，并且当对所述参考电位电极和所述读取电极执行电镀处理时，所述电位提供单元向所述参考电位电极和所述读取电极提供预定电位；以及
断路器，其被构造成当所述容器填充有所述液体时，在电位测量时在靠近所述放大器的位置处阻断来自所述电位提供单元的所述预定电位的供应，所述参考电位产生单元将所述参考电位提供给所述液体，所述读取电极从所述液体读取信号，且所述放大器放大并输出所述读取信号，并且所述断路器被构造成当所述容器填充有所述电镀液并执行所述电镀处理时，提供来自所述电位提供单元的预定电位，其中，
所述参考电位产生单元、所述参考电位电极、所述读取电极、所述放大器、所述电位提供单元和所述断路器安装在同一基板上。
附图标记列表
101 电位测量装置
111、111-1到111-5、111-11 电极
112、112-1到112-4 放大器
113-1到113-4 开关
114、114-1到114-3 垂直传输线
115 传输控制器
116 输出单元
117、117-1到117-4 端子
118 端子
119 参考电位产生单元
131 液体
151、151-1、151-11 电镀部分
152、152-1、152-11 金属部分
191、191-1、191-2 断路器
211、211-1、211-2 FET开关
231、231-1、231-2 二极管
251、251-1、251-2 二极管

Claims (12)

1.一种半导体装置，其包括：
参考电位产生单元和参考电位电极，所述参考电位产生单元和所述参考电位电极被构造成将参考电位提供给填充在容器中的液体；
读取电极和放大器，所述读取电极和所述放大器被构造成从所述液体读取信号；
电位提供单元，其被构造成在所述容器中填充电镀液代替所述液体，并且当对所述参考电位电极和所述读取电极执行电镀处理时，所述电位提供单元向所述参考电位电极和所述读取电极提供预定电位；
断路器，其设置在所述电位提供单元和所述读取电极之间，并且被构造成当所述容器填充有所述液体，在电位测量时在靠近所述放大器的位置处阻断来自所述电位提供单元的所述预定电位的供应，所述参考电位产生单元将所述参考电位提供给所述液体，所述读取电极从所述液体读取信号，且所述放大器放大并输出读取的信号，并且所述断路器被构造成当所述容器填充有所述电镀液并执行所述电镀处理时，提供来自所述电位提供单元的所述预定电位；以及
另一断路器，其设置在所述电位提供单元和所述参考电位电极之间，并且被构造成在所述电位测量时，在靠近所述参考电位产生单元的位置处阻断来自所述电位提供单元的所述预定电位的供应，并且当执行所述电镀处理时，所述另一断路器提供来自所述电位提供单元的所述预定电位，其中，
所述参考电位产生单元、所述参考电位电极、所述读取电极、所述放大器、所述电位提供单元和所述断路器安装在同一基板上。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述断路器是场效应晶体管开关，并且在所述电位测量时，所述断路器被控制为断开，以在靠近所述放大器的位置处阻断来自所述电位提供单元的电位供应，并且当执行所述电镀处理时，所述断路器被控制为接通，以提供来自所述电位提供单元的所述预定电位。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述断路器是二极管，所述二极管的负极连接到所述电位提供单元，所述二极管的正极连接到所述放大器，并且在所述电位测量时，所述电位提供单元提供第一预定电位，且在靠近所述放大器的位置处阻断来自所述电位提供单元的电位供应，并且当执行所述电镀处理时，所述电位提供单元提供第二预定电位。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，
在所述电位测量时，所述电位提供单元提供高于所述参考电位的电位作为所述第一预定电位，且在靠近所述放大器的位置处阻断来自所述电位提供单元的电位供应，并且当执行所述电镀处理时，所述电位提供单元提供低于所述电镀液的电位的电位作为所述第二预定电位。
5.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，
所述电位提供单元从所述放大器的电源提供所述预定电位。
6.根据权利要求3所述的半导体装置，还包括：
附加二极管，其具有与所述二极管相同的特性，并且与所述二极管在同一工艺中形成，所述附加二极管的负极连接到所述二极管的正极，并且所述附加二极管的正极连接到接地电位。
7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述另一断路器是场效应晶体管开关，并且在所述电位测量时，所述另一断路器被控制为断开，以在靠近所述参考电位产生单元的位置处阻断来自所述电位提供单元的电位供应，并且当执行所述电镀处理时，所述另一断路器被控制为接通，以提供来自所述电位提供单元的所述预定电位。
8.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述另一断路器是另一个二极管，所述另一个二极管的负极连接到所述电位提供单元，所述另一个二极管的正极连接到所述放大器，并且在所述电位测量时，所述电位提供单元提供第一预定电位，且在靠近所述放大器的位置处阻断来自所述电位提供单元的电位供应，并且当执行所述电镀处理时，所述电位提供单元提供第二预定电位。
9.根据权利要求8所述的半导体装置，其中，
在所述电位测量时，所述电位提供单元提供高于所述参考电位的电位作为所述第一预定电位，且在靠近所述放大器的位置处阻断来自所述电位提供单元的电位供应，并且当执行所述电镀处理时，所述电位提供单元提供低于所述电镀液的电位的电位作为所述第二预定电位。
10.根据权利要求8所述的半导体装置，其中，
所述电位提供单元从所述放大器的电源提供所述预定电位。
11.根据权利要求8所述的半导体装置，还包括：
另一个附加二极管，其具有与所述另一个二极管相同的特性，并且与所述另一个二极管在同一工艺中形成，所述另一个附加二极管的负极连接到所述另一个二极管的正极，并且所述另一个附加二极管的正极连接到接地电位。
12.一种电位测量装置，其包括：
参考电位产生单元和参考电位电极，所述参考电位产生单元和所述参考电位电极被构造成将参考电位提供给填充在容器中的液体；
读取电极和放大器，所述读取电极和所述放大器被构造成从所述液体读取信号；
电位提供单元，其被构造成在所述容器中填充电镀液代替所述液体，并且当对所述参考电位电极和所述读取电极执行电镀处理时，所述电位提供单元向所述参考电位电极和所述读取电极提供预定电位；
断路器，其设置在所述电位提供单元和所述读取电极之间，并且被构造成当所述容器填充有所述液体，在电位测量时在靠近所述放大器的位置处阻断来自所述电位提供单元的所述预定电位的供应，所述参考电位产生单元将所述参考电位提供给所述液体，所述读取电极从所述液体读取信号，且所述放大器放大并输出读取的信号，并且所述断路器被构造成当所述容器填充有所述电镀液并执行所述电镀处理时，提供来自所述电位提供单元的所述预定电位；以及
另一断路器，其设置在所述电位提供单元和所述参考电位电极之间，并且被构造成在所述电位测量时，在靠近所述参考电位产生单元的位置处阻断来自所述电位提供单元的所述预定电位的供应，并且当执行所述电镀处理时，所述另一断路器提供来自所述电位提供单元的所述预定电位，其中，
所述参考电位产生单元、所述参考电位电极、所述读取电极、所述放大器、所述电位提供单元和所述断路器安装在同一基板上。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021096208A (ja) * 2019-12-19 2021-06-24 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 電位測定装置
JP2021099229A (ja) * 2019-12-20 2021-07-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 電位測定装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1599222A (zh) * 2003-09-19 2005-03-23 株式会社三社电机制作所 电镀电源装置
CN104681079A (zh) * 2009-11-06 2015-06-03 株式会社半导体能源研究所 半导体装置及用于驱动半导体装置的方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5846708A (en) 1991-11-19 1998-12-08 Massachusetts Institiute Of Technology Optical and electrical methods and apparatus for molecule detection
JP3193471B2 (ja) 1992-09-04 2001-07-30 松下電器産業株式会社 一体化複合電極
US6476751B1 (en) * 2000-03-29 2002-11-05 Photobit Corporation Low voltage analog-to-digital converters with internal reference voltage and offset
JP3909738B2 (ja) 2000-07-13 2007-04-25 松下電器産業株式会社 細胞外記録用一体化複合電極
JP2004064650A (ja) 2002-07-31 2004-02-26 Toppan Printing Co Ltd 携帯端末装置
CN1671054B (zh) * 2004-03-15 2010-04-07 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 用于低非线性度模－数转换器的器件与方法
JP4921255B2 (ja) * 2007-06-22 2012-04-25 ルネサスエレクトロニクス株式会社 逐次型ａｄ変換器
GB0820629D0 (en) 2008-11-11 2008-12-17 Univ Bath Biocompatible electrode
US9360501B2 (en) * 2010-06-01 2016-06-07 The Regents Of The University Of California Integrated electric field sensor
US20140142458A1 (en) 2011-04-08 2014-05-22 Cyberonics, Inc. Implantable monitoring device with selectable reference channel and optimized electrode placement
JP5796373B2 (ja) * 2011-06-28 2015-10-21 大日本印刷株式会社 検査用器具および検査用デバイス
JP5769020B2 (ja) * 2011-10-25 2015-08-26 国立大学法人東北大学 複数の電極を備えたｉｃチップ
JP2013108831A (ja) 2011-11-21 2013-06-06 Seiko Epson Corp センサー装置およびセンサー装置の製造方法
JP6929870B2 (ja) * 2016-12-02 2021-09-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 半導体装置、および電位測定装置
WO2018231874A1 (en) 2017-06-14 2018-12-20 Smith & Nephew, Inc. Control of wound closure and fluid removal management in wound therapy

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1599222A (zh) * 2003-09-19 2005-03-23 株式会社三社电机制作所 电镀电源装置
CN104681079A (zh) * 2009-11-06 2015-06-03 株式会社半导体能源研究所 半导体装置及用于驱动半导体装置的方法

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Publication number Publication date
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