CN110865112A - 一种用于场效应传感器的跨阻型读出电路及读出方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于场效应传感器的跨阻型读出电路及读出方法，所述场效应传感器具有栅极、源极和漏极，所述跨阻型读出电路包括：调节模块，与所述场效应传感器串联耦接，输出一恒定的调节电流，所述调节电流等于初始状态下的场效应传感器的漏源电流，所述调节模块与所述场效应传感器具有一个公共连接端点；以及运算放大电路，根据所述公共连接端点处输出的电流产生传感信号。该传感器读出电路的特点在于解决了传统传感器读出电路输出信号饱和的问题。

Description

一种用于场效应传感器的跨阻型读出电路及读出方法

技术领域

本发明涉及一种传感器信号读出电路，尤其涉及一种用于场效应传感器的跨阻型读出电路及读出方法。

背景技术

场效应型传感器是通过与传感器表面的栅极与被检测物质特异性接触，从而改变栅极电势，进而调制栅极下方沟道电阻来实现传感功能的器件。相较于其他种类的传感器具有小型化，检测速度快的优势。最为广泛应用的场效应传感器是硅基的ISFET(离子选择场效应管)。基于CMOS兼容工艺，场效应传感器ISFET和配套的信号读出电路两者集成在同一块芯片上，这样做的好处不仅进一步减小了整个设备的体积，而且方便后续的信号处理、传输和储存。

传统ISFET器件有两种工作模式：1.恒定电压模式：在源极和漏极之间施加一个恒定的电压，把源漏极之间的电流值作为检测信号。2.恒定电流模式：通过负反馈系统调节栅极电位，例如在液体传感器中，可以通过调节参比电极调节传感器栅极电位，保持源极和漏极之间的电流为恒定值，把栅极电压作为检测信号。在ISFET器件模型中，漏源电流受到栅极电压的控制，其大小为器件跨导乘以栅极电压，跨导的大小反应了一个器件的栅极控制漏源电流的能力。传统的ISFET由于器件跨导不大，因此恒定电压模式相比于恒定电流模式优势不明显。但是对于某些新型场效应传感器，例如氮化镓基高电子迁移率器件传感器、二硫化钼二维器件传感器、石墨烯二维器件传感器等，其跨导值远大于ISFET，此时使用恒定电压模式就要比恒定电流模式具有优势，因为跨导值比较大使得传感器在恒定电压模式下的灵敏度大。器件的漏源电流正比于它的跨导值，因此高跨导器件的漏源电流相应也会增大。

针对于工作在恒定电压模式下的大跨导场效应传感器，传统的传感器信号读出电路通过一个电流镜把传感器的漏源信号镜像输出，是一种电流放大器，但是在做信号处理，传输和存储时，电压信号往往更加方便，因此跨阻型信号读出电路更加适合工作在恒定电压模式下的场效应传感器；现有传统的传感器信号读出电路直接对传感器的漏源电流信号进行放大，这样做的问题在于容易造成读出电路输出饱和的问题。

发明内容

为了解决上述现有技术的一个或多个技术问题，本发明提出一种用于场效应传感器的跨阻型读出电路及读出方法。

根据本发明的实施例提出了一种用于场效应传感器的跨阻型读出电路，所述场效应传感器具有栅极、源极和漏极，所述跨阻型读出电路包括：调节模块，与所述场效应传感器串联耦接，输出一恒定的调节电流，所述调节电流等于初始状态下的场效应传感器的漏源电流，所述调节模块与所述场效应传感器具有一个公共连接端点；以及运算放大电路，根据所述公共连接端点处输出的电流产生传感信号。

根据本发明的实施例提出了一种用于场效应传感器的跨阻型读出方法，所述场效应传感器具有栅极、源极和漏极，所述跨阻型读出方法包括：控制所述场效应传感器的漏极和源极之间的电压不变；施加一恒定电流于场效应传感器的漏极端或源极端，其中所述恒定电流等于初始状态下场效应传感器的漏源电流；以及根据场效应传感器的漏源电流变化值产生传感信号。

该传感器读出电路的特点在于解决了传统传感器读出电路输出信号饱和的问题。

附图说明

图1为根据本发明实施例的跨阻型读出电路100的电路框图；

图2为根据本发明实施例的跨阻型读出电路200的电路框图；

图3为根据本发明实施例的跨阻型读出电路300以电流源作为调节模块的原理图；

图4为根据本发明实施例的跨阻型读出电路400以电流源作为调节模块的原理图；

图5为根据本发明实施例的跨阻型读出电路500以场效应器件作为调节模块的原理图；

图6为根据本发明实施例的跨阻型读出电路600以场效应器件作为调节模块的原理图；

图7为根据本发明实施例的跨阻型读出电路700以可变电阻器作为调节模块的原理图；

图8为根据本发明实施例的跨阻型读出电路800以可变电阻器作为调节模块的原理图；

图9为根据本发明实施例的跨阻型读出电路900的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了便于对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，本领域普通技术人员可以理解，这些特定细节并非为实施本发明所必需。此外，在一些实施例中，为了避免混淆本发明，未对公知的电路、材料或方法做具体描述。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图均是为了说明的目的，其中相同的附图标记指示相同的元件。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

图1为根据本发明实施例的一种用于场效应传感器的跨阻型读出电路100的原理图，经过仔细研究，发现造成现有传感器信号读出电路输出饱和的原因很大一部分是场效应传感器的初始工作电流较大，使得传感电流信号只占总电流较小的一部分，读出电路中的运算放大器的输出电压具有一定的工作范围，较大的输入电流信号容易造成运算放大器的输出饱和。因此图1所示实施例为针对该根本原因提出，所述场效应传感器具有源极漏极和栅极，所述跨导型读出电路包括：场效应传感器1，调节模块2，运算放大电路3；其中所述场效应传感器1的漏源电压保持恒定不变，所述调节模块2与所述场效应传感器1串联耦接，所述调节模块2输出一恒定的调节电流IDS0，所述调节电流等于初始状态下的场效应传感器1的漏源电流IDS，所述调节模块2与所述场效应传感器1具有一个公共连接端点M，根据所述公共连接端点M处输出的信号电流ΔIDS产生传感信号，电流信号ΔIDS可以是直接输出到所述的运算放大电路3也可以是间接输出；所述场效应传感器1可以是硅基，锗基，碳化硅基，砷化镓基、氮化镓基、氧化镓基、二氧化硅基的MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应管)或MESFET(金属-半导体接触势垒场效应管)或HFET(高电子迁移率晶体管)等任何一种场效应器件，也可以是III-V族化合物异质结器件器件，如GaN、InN、AlN、AlGaN、InGaN、AlInGaN等场效应器件，也可以是二维材料器件，如MoS2、石墨烯场效应器件，也可以是纳米器件，如纳米管，纳米线场效应器件等；所述调节模块2可以是恒定电流源、可变电阻器或场效应管等具有调节IDS0能力的元件；所述传感信号由运算放大电路3输出；所述的电流信号ΔIDS等于所述场效应传感器1的漏源电流IDS与所述调节模块2输出的调节电流IDS0之差；初始状态下，场效应传感1器处于被传感环境中，调节所述的调节模块2输出一调节电流IDS0，所述的调节电流IDS0等于所述场效应传感器1的漏源电流IDS0，当所述场效应传感器1所处的被检测环境发生变化时，造成场效应传感器1的漏源电流发生变化，该变化值ΔIDS为场效应传感器1的漏源电流IDS与调节模块输出电流之差IDS0，将该变化电流ΔIDS输入到运算放大电路3中进行放大处理，得到输出信号OUTPUT；采用所述的技术手段可以有效排除掉初始状态下场效应传感器1的初始电流对于运算放大电路3造成的输出饱和的影响。

图2为根据本发明实施例的跨阻型读出电路200的原理图，所述运算放大电路200包括：运算放大器21，具有正输入端、负输入端和输出端OUTPUT，所述负输入端耦接于所述公共连接端点M，所述正输入端用于接收所述第一偏置电压Vbias1，所述输出端OUTPUT用于输出所述传感信号；以及反馈电阻23，耦接于运算放大器21的输出端与所述公共连接端点M之间，用于接收所述公共连接端点处输出的电流信号ΔIDS；其中所述传感信号根据第一偏置电压Vbias1与反馈电阻23两端的电压产生。

图2跨阻型读出电路200中，运算放大器21正输入端的电压等于第一偏置电压Vbias1，运算放大器21的正输入端和负输入端的电位相同，负输入端与公共连接端点M耦接，因此所述公共端点处的电压等于第一偏置电压Vbias1。

图2跨阻型读出电路200中，所述传感信号OUTPUT为一个电压信号，等于运算放大器21的输出端电压，该电压等于负输入端电压与反馈电阻两端的电压之和或差，取决于流过反馈电阻23的电流的方向，负输入端电压等于正输入端电压，因此所述传感信号等于第一偏置电压与反馈电阻23两端的电压之和或差。

如图2所示实施例，其中所述反馈电阻23与所述场效应传感器1可以制造于同一衬底之上，在如图2所示实施例的一个实验中，所述的场效应传感器为硅基的ISFET(离子选择场效应传感器)，所述的反馈电阻23由N型掺杂的硅的沟道电阻构成，该沟道电阻的方块电阻为2240Ω/sq，沟道电阻的长度为44.6um，宽度为10um，反馈电阻23阻值为10kΩ；所述的场效应传感器1与所述的反馈电阻23通过CMOS兼容工艺制造在同一块硅衬底上。

如图2所示实施例，其中所述运算放大电路3与所述场效应传感器1可以制造于同一衬底之上，在如图2所示实施例的一个实验中，所述的场效应传感器1为硅基的ISFET(离子选择场效应传感器)，所述的运算放大电路3由硅基的N型MOSFET和P型MOSFET以及电阻构成，所述的场效应传感器1与所述的运算放大电路3通过CMOS兼容工艺制造在同一块硅衬底上。

如图2所示实施例，其中所述反馈电阻23与所述场效应传感器1可以通过导线在电路中相连，在如图2所示实施例的一个实验中，所述的场效应传感器1为硅基的ISFET(离子选择场效应传感器)，所述的反馈电阻23为一个10kΩ的色环电阻，所述的场效应传感器1与所述的反馈电阻23通过PCB引线连接。

如图2所示实施例，其中所述运算放大电路3与所述场效应传感器1可以通过导线在电路中相连，在如图2所示实施例的一个实验中，所述的场效应传感器1为硅基的ISFET(离子选择场效应传感器)，所述的运算放大电路3为一个独立的运算放大器芯片和分立元件构成，所述的场效应传感器1与所述的运算放大电路3通过PCB引线连接。

图3为根据本发明实施例的跨阻型读出电路300的原理图，其中所述的调节模块2为一可控电流源31，根据初始状态下的场效应传感器的漏源电流输出所述调节电流IDS0。

如图3所示实施例，所述的运算放大器21正输入端的电压等于第一偏置电压Vbias1，运算放大器21的正输入端和负输入端的电位相同，负输入端与公共连接端点M耦接，因此所述公共端点M处的电压等于第一偏置电压Vbias1；所述场效应传感器1漏源极之间的电压为第一偏置电压Vbias1不变；所述的可控电流源31输出一恒定电流IDS0，所述的恒定电流为所述场效应传感器1的初始状态下的漏源电流，此时公共连接端点M输出到反馈电阻23的电流ΔIDS为零；当场效应传感器1置于被检测环境中，调节所述可控电流源31，使公共连接端点M输出到反馈电阻23上的电流为零称为调零过程，此后当被检测环境发生变化时，场效应传感器1的沟道电阻发生改变，即漏源电阻发生变化，而漏源电压保持第一偏置电压不变，因此通过场效应传感器1的漏源电流IDS发生变化，该电流的变化量ΔIDS由公共连接端点M输出到反馈电阻23上，在反馈电阻23上产生一个反馈电压，输出端OUTPUT电压由第一偏置电压和反馈电阻23两端电压的和或差决定，因此由于被传感环境变化在场效应传感器上产生的信号ΔIDS被运算放大电路3放大并由输出端输出为电压信号，作为传感信号。

如图3所示的跨阻型读出电路300的一个实施例的实验中，所述的场效应传感器1是由一个氮化镓基AlGaN/GaN异质结结构的场效应传感器构成，具有源极，漏极，栅极和敏感膜；所述的敏感膜覆盖在栅极表面，起到与被传感物质特异性结合的目的，在该实施例的实验中，被传感物质为一PBS(磷酸缓冲盐溶液)的pH值，其敏感膜为5nm厚度的Ta2O5薄膜，该薄膜只对溶中的pH值敏感，而对溶液中的其他离子浓度不敏感；所述的运算放大器21是由氮化镓的常开型和常关型以及电阻构成的运算放大器，该运算放大器通过兼容工艺与所述的场效应传感器1制造于同一衬底上，所述的运算放大电路3由5级构成：差分输入端、第一级放大器、第二级放大器、第三级放大器、输出端构成；所述运算放大器21由NMOS技术实现，总放大系数为10000，其设计输出端OUTPUT电压范围是0V到3V，其输出电压范围由运算放大器21的结构和其供电电压决定，其中运算放大器21为负反馈运算放大器；所述的第一偏置电压Vbias1是1.5V，由一个恒定电压源提供接到运算放大器21的正输入端，运算放大器21的负输入端电压和正输入端电压相同，也是1.5V，因此所述的场效应传感器1的漏源极之间的电压恒定为1.5V，由所述的第一偏置电压Vbias1决定；所述的反馈电阻23通过与所述的场效应传感器1和所述的运算放大电路3兼容的工艺制造于同一衬底上，由氮化镓异质结的二维电子气的沟道电阻构成，在本实验中，氮化镓异质结二维电子气的方块电阻为280Ω/sq，反馈电阻23的沟道宽度为10um，长度为357um，其阻值大小约10000Ω；所述的场效应传感器1与所述的运算放大电路3集成于同一块芯片上，所述的芯片具有输入和输出引脚，所述的输入引脚包括：公共连接端点M、接地线GND、第一偏置电压Vbias1、运算放大器21供电电源；所述的输出引脚包括：运算放大器21输出端；所述的输入输出引脚通过绑定线焊接到PCB板上，实现与外部电路的连接；所述的恒定电流源31由一个恒定电流源构成，通过导线与所述的公共连接端点M连接，通过调节恒流源的电流大小调节由公共连接端点M输出的初始电流值大小，一般调节初始电流值为零；当氮化镓场效应传感器被至于PBS溶液中后，通过调节恒定电流源31使公共连接端点M输出的电流为零，此时反馈电阻23上的电压为零，运算放大器21的输出端电压等于第一偏置电压1.5V；当被传感的PBS溶液pH发生变化后，例如pH值从7变成了6，那么Ta2O5敏感膜电位降低，使得氮化镓场效应传感器1沟道电阻增大，由于其漏源电压不变，其漏源电流将会减小，此时公共连接端点M有信号电流ΔIDS从反馈电阻23方向流入，反馈电阻23上的电压等于所述的信号电流ΔIDS乘以反馈电阻23；此时运算放大器21的输出电压为第一偏置电压Vbias1加上反馈电阻23两端电压；所述的输出信号与被传感信号即PBS溶液的pH值呈线性关系，通过读出运算放大器21的输出电压就能够知道PBS溶液的pH值。

图4为根据本发明实施例的跨阻型读出电路400的原理图，其中所述的调节模块为一可控电流源41，根据初始状态下的场效应传感器的漏源电流输出所述调节电流6。

图4为根据本发明实施例的跨阻型读出电路400的原理图，所述的运算放大器21的正输入端的电压等于第一偏置电压Vbias1，运算放大器21的正输入端和负输入端的电位相同，负输入端与公共连接端点M耦接，因此所述公共端点M处的电压等于第一偏置电压Vbias1；所述的第二偏置电压Vbias2耦接到所述场效应传感器的漏极端；所述场效应传感器漏源极之间的电压为第二偏置电压Vbias2与第一偏置电压Vbias1之差不变；所述的可控电流源41输出一恒定电流IDS0，所述的恒定电流IDS0为所述场效应传感器的初始状态下的漏源电流IDS，此时公共连接端点M输出到反馈电阻23上的电流ΔIDS为零；当传感器置于被检测环境中，调节所述可控电流源41，使公共连接端点M输出到反馈电阻23上的信号电流为零称为调零过程，此后当被检测环境发生变化时，场效应传感器1的沟道电阻发生改变，即漏源电阻发生变化，而漏源电压保持不变，因此通过场效应传感器1的漏源电流发生变化，该变化的电流ΔIDS由公共连接端点M输出到反馈电阻23上，在反馈电阻23上产生一个反馈电压，输出端OUTPUT电压由第一偏置电压Vbias1和负反馈电压的和或差决定，因此由于被传感环境变化在场效应传感器上产生的信号被运算放大电路3放大并由输出端OUTPUT输出为电压信号。

如图4所示的跨阻型读出电路400的一个实施例的实验中，所述的场效应传感器1是由一个氮化镓基AlGaN/GaN异质结结构的场效应传感器构成，具有源极，漏极，栅极和敏感膜；所述的敏感膜覆盖在栅极表面，起到与被传感物质特异性结合的目的，在该实施例的实验中，被传感物质为一PBS(磷酸缓冲盐溶液)的pH值，其敏感膜为5nm厚度的Ta2O5薄膜，该薄膜只对溶中的pH值敏感，而对溶液中的其他离子浓度不敏感；所述的运算放大器21是由氮化镓的常开型和常关型以及电阻构成的运算放大器，该运算放大器21通过兼容工艺与所述的场效应传感器制造于同一衬底上，所述的运算放大电路3由5级构成：差分输入端、第一级放大器、第二级放大器、第三级放大器、输出端构成；所述运算放大器由NMOS技术实现，总放大系数为10000，其设计输出端电压范围是0V到3V，其输出电压范围由运算放大器21的结构和其供电电压决定；所述的第一偏置电压Vbias1是1.5V，由一个恒定电压源提供接到运算放大器21的正输入端，运算放大器21的负输入端电压和正输入端电压相同，也是1.5V；所述的第二偏置电压Vbias2为3V，因此所述的场效应传感器1的漏源极之间的电压恒定为1.5V，由所述的第一偏置电压Vbias1和第二偏置电压Vbias2决定；所述的反馈电阻23通过与所述的场效应传感器和所述的运算放大电路3兼容的工艺制造于同一衬底上，由氮化镓异质结的二维电子气的沟道电阻构成，在本实验中，氮化镓异质结二维电子气的方块电阻为280Ω/sq，反馈电阻23的沟道宽度为10um，长度为357um，其阻值大小约10000Ω；所述的场效应传感器与所述的运算放大电路3集成于同一块芯片上，所述的芯片具有输入和输出引脚，所述的输入引脚包括：公共连接端点M、接地线、第一偏置电压Vbias1、第二偏置电压Vbias2、运算放大器21供电电源；所述的输出引脚包括：运算放大器21输出端OUTPUT；所述的输入输出引脚通过绑定线焊接到PCB板上，实现与外部电路的连接；所述的恒定电流源31由一个恒定电流源构成，通过导线与所述的公共连接端点M连接，通过调节恒流源的电流IDS0大小调节由公共连接端点M输出的初始电流值大小，一般调节初始电流值为零；当氮化镓场效应传感器被至于PBS溶液中后，通过调节恒定电流源31使公共连接端点M输出的电流为零，此时反馈电阻23上的电压为零，运算放大器21的输出端电压等于第一偏置电压1.5V；当被传感的PBS溶液pH发生变化后，例如pH值从7变成了6，那么Ta2O5敏感膜电位降低，使得氮化镓场效应传感器沟道电阻增大，由于其漏源电压不变，其漏源电流IDS将会减小，此时公共连接端点M有信号电流ΔIDS从反馈电阻23方向流入，反馈电阻23上的电压等于所述的信号电流ΔIDS乘以反馈电阻23；此时运算放大器21的输出电压为第一偏置电压Vbias1加上反馈电阻23两端电压；所述的输出信号与被传感信号即PBS溶液的pH值呈线性关系，通过读出运算放大器21的输出电压就能够知道PBS溶液的pH值。

图5为根据本发明实施例的跨阻型读出电路500的原理图，其中所述调节模块为一半导体器件51，具有栅极、源极和漏极，所述漏极用于接收第二偏置电压Vbias2，所述半导体器件51的源极耦接于所述公共端点M，所述半导体器件51的栅极用于接收一栅极电压以控制半导体器件51的漏源电流，使得所述半导体器件的漏源电流IDS0等于初始状态下的场效应传感器1的漏源电流IDS。

如图5所示实施例，所述的运算放大器21正输入端的电压等于第一偏置电压Vbias1，运算放大器21的正输入端和负输入端的电位相同，负输入端与公共连接端点M耦接，因此所述公共端点M处的电压等于第一偏置电压Vbias1；所述的第二偏置电压Vbias2耦接到所述半导体器件51的漏极端；所述场效应传感器1漏源极之间的电压为第一偏置电压Vbias1不变；所述场效应传感器1的源极耦接到地，漏极耦接到所述的公共端点M；所述的半导体器件51的漏极耦接到第二偏置电压Vbias2，所述的公共端点M耦接到所述运算放大器21的负输入端，因此所述的半导体器件的漏源之间的电压为第二偏置电压Vbias2与第一偏置电压Vbias1之差不变，所述的半导体器件51的栅极耦接到一栅极电位，因此其漏源电流受到栅极电位的调制，当栅极电位恒定时，其漏源电流IDS0为一恒定电流，所述的恒定电流IDS0为所述场效应传感器的初始状态下的漏源电流IDS，此时公共连接端点M输出到反馈电阻23上的电流ΔIDS为零；当传感器置于被检测环境中，调节所述半导体器件51的栅极电压，使公共连接端点M输出到反馈电阻23上的信号电流ΔIDS为零称为调零过程；此后当被检测环境发生变化时，场效应传感器1的沟道电阻发生改变，即漏源电阻发生变化，而漏源电压保持不变，因此通过场效应传感器1的漏源电流IDS发生变化，IDS的变化量ΔIDS由公共连接端点M输出到反馈电阻23上，在反馈电阻23上产生一个反馈电压，输出端OUTPUT电压由第一偏置电压Vbias1和负反馈电压的和或差决定，因此由于被传感环境变化在场效应传感器上产生的信号被运算放大电路3放大并由输出端输出为电压信号。

如图5所示的跨阻型读出电路500的一个实施例的实验中，所述的场效应传感器1是由一个氮化镓基AlGaN/GaN异质结结构的场效应传感器构成，具有源极，漏极，栅极和敏感膜；所述的敏感膜覆盖在栅极表面，起到与被传感物质特异性结合的目的，在该实施例的实验中，被传感物质为一PBS(磷酸缓冲盐溶液)的pH值，其敏感膜为5nm厚度的Ta2O5薄膜，该薄膜只对溶中的pH值敏感，而对溶液中的其他离子浓度不敏感；所述的运算放大器21是由氮化镓的常开型和常关型以及电阻构成的运算放大器，该运算放大器通过兼容工艺与所述的场效应传感器制造于同一衬底上，所述的运算放大电路3由5级构成：差分输入端、第一级放大器、第二级放大器、第三级放大器、输出端构成；所述运算放大器21由NMOS技术实现，总放大系数为10000，其设计输出端电压范围是0V到3V，其输出电压范围由运算放大器21的结构和其供电电压决定；所述的第一偏置电压Vbias1是1.5V，由一个恒定电压源提供接到运算放大器21的正输入端，运算放大器21的负输入端电压和正输入端电压相同，也是1.5V，因此所述的场效应传感器1的漏源极之间的电压恒定为1.5V，由所述的第一偏置电压Vbias1决定；所述的反馈电阻23通过与所述的场效应传感器和所述的运算放大电路3兼容的工艺制造于同一衬底上，由氮化镓异质结的二维电子气的沟道电阻构成，在本实验中，氮化镓异质结二维电子气的方块电阻为280Ω/sq，反馈电阻23的沟道宽度为10um，长度为357um，其阻值大小约10000Ω；所述的场效应传感器与所述的运算放大电路3集成于同一块芯片上，所述的芯片具有输入和输出引脚，所述的输入引脚包括：半导体器件51的栅极电压、接地线、第一偏置电压Vbias1、第二偏置电压Vbias2、运算放大器21供电电源；所述的输出引脚包括：运算放大器21输出端OUTPUT；所述的输入输出引脚通过绑定线焊接到PCB板上，实现与外部电路的连接；所述的半导体器件51由一个氮化镓HEMT(高电子迁移率场效应管)构成，通过兼容的工艺与场效应传感器1，运算放大器21，反馈电阻23制造于同一衬底上，通过调节栅极电位大小调节由公共连接端点M输出的初始电流值ΔIDS大小，一般调节初始信号电流ΔIDS值为零；当氮化镓场效应传感器被至于PBS溶液中后，通过调节半导体器件的栅极电压使公共连接端点M输出的电流ΔIDS为零，此时反馈电阻23上的电压为零，运算放大器21的输出端电压等于第一偏置电压1.5V；当被传感的PBS溶液pH发生变化后，例如pH值从7变成了6，那么Ta2O5敏感膜电位降低，使得氮化镓场效应传感器沟道电阻增大，由于其漏源电压不变，其漏源电流IDS将会减小，此时公共连接端点M有信号电流ΔIDS从反馈电阻23方向流入，反馈电阻23上的电压等于所述的信号电流ΔIDS乘以反馈电阻23；此时运算放大器21的输出电压为第一偏置电压Vbias1加上反馈电阻23两端电压；所述的输出信号与被传感信号即PBS溶液的pH值呈线性关系，通过读出运算放大器21的输出电压就能够知道PBS溶液的pH值。

图6为根据本发明实施例的跨阻型读出电路600的原理图，其中所述调节模块为一半导体器件61，具有栅极、源极和漏极，所述场效应传感器的漏极用于接收第二偏置电压Vbias2，所述的源极耦接到所述的公共端点M，所述半导体器件的漏极耦接于所述所述的公共端点M，所述半导体器件61的栅极用于接收一栅极电压以控制半导体器件61的漏源电流IDS0，使得所述半导体器件的漏源电流等于初始状态下的场效应传感器的漏源电流IDS。

如图6所示实施例，所述的运算放大器21正输入端的电压等于第一偏置电压Vbias1，运算放大器21的正输入端和负输入端的电位相同，负输入端与公共连接端点M耦接，因此所述公共端点M处的电压等于第一偏置电压Vbias1；所述的第二偏置电压Vbias2耦接到所述场效应传器件1的漏极端；所述场效应传感器漏源极之间的电压为第二偏置电压Vbias2与第一偏置电压Vbias1之差不变；所述的半导体器件61的漏极耦接到所述的公共端点M，所述的半导体器件61的源极耦接到地GND，因此所述的半导体器件的漏源之间的电压为第一偏置电压Vbias1不变，所述的半导体器件61的栅极耦接到一栅极电位，因此其漏源电流IDS0受到栅极电位的调制，当栅极电位恒定时，其漏源电流IDS0为一恒定电流，所述的恒定电流IDS0为所述场效应传感器的初始状态下的漏源电流IDS，此时公共连接端点M输出到反馈电阻23上的电流为零；当传感器置于被检测环境中，调节所述半导体器件61的栅极电压，使公共连接端点M输出到反馈电阻23上的信号电流ΔIDS为零称为调零过程，此后当被检测环境发生变化时，场效应传感器1的沟道电阻发生改变，即漏源电阻发生变化，而漏源电压保持不变，因此通过场效应传感器1的漏源电流IDS发生变化，IDS电流的变化量ΔIDS由公共连接端点M输出到反馈电阻23上，在反馈电阻23上产生一个反馈电压，输出端OUTPUT电压由第一偏置电压Vbias1和负反馈电压的和或差决定，因此由于被传感环境变化在场效应传感器上产生的信号被运算放大电路3放大并由输出端输出为电压信号。

如图6所示的跨阻型读出电路600的一个实施例的实验中，所述的场效应传感器1是由一个氮化镓基AlGaN/GaN异质结结构的场效应传感器构成，具有源极，漏极，栅极和敏感膜；所述的敏感膜覆盖在栅极表面，起到与被传感物质特异性结合的目的，在该实施例的实验中，被传感物质为一PBS(磷酸缓冲盐溶液)的pH值，其敏感膜为5nm厚度的Ta2O5薄膜，该薄膜只对溶中的pH值敏感，而对溶液中的其他离子浓度不敏感；所述的运算放大器21是由氮化镓的常开型和常关型以及电阻构成的运算放大器，该运算放大器通过兼容工艺与所述的场效应传感器制造于同一衬底上，所述的运算放大电路3由5级构成：差分输入端、第一级放大器、第二级放大器、第三级放大器、输出端构成；所述运算放大器21由NMOS技术实现，总放大系数为10000，其设计输出端213电压范围是0V到3V，其输出电压范围由运算放大器21的结构和其供电电压决定；所述的第一偏置电压Vbias1是1.5V，由一个恒定电压源提供接到运算放大器21的正输入端，运算放大器21的负输入端电压和正输入端电压相同，也是1.5V，因此所述的半导体器件61的漏源极之间的电压恒定为1.5V，由所述的第一偏置电压Vbias1决定；所述的第二偏置电压Vbias2为3V，耦接到所述场效应传感器的漏极，因此所述场效应传感器的漏源之间电压为1.5V，由所述的第二偏置电压Vbias2和第一偏置电压Vbias1之差决定；所述的反馈电阻23通过与所述的场效应传感器和所述的运算放大电路3兼容的工艺制造于同一衬底上，由氮化镓异质结的二维电子气的沟道电阻构成，在本实验中，氮化镓异质结二维电子气的方块电阻为280Ω/sq，反馈电阻23的沟道宽度为10um，长度为357um，其阻值大小约10000Ω；所述的场效应传感器与所述的运算放大电路3集成于同一块芯片上，所述的芯片具有输入和输出引脚，所述的输入引脚包括：半导体器件61的栅极电压、接地线、第一偏置电压Vbias1、第二偏置电压Vbias2、运算放大器21供电电源；所述的输出引脚包括：运算放大器21输出端OUTPUT；所述的输入输出引脚通过绑定线焊接到PCB板上，实现与外部电路的连接；所述的半导体器件61由一个氮化镓HEMT(高电子迁移率场效应管)构成，通过兼容的工艺与场效应传感器1，运算放大器21，反馈电阻23制造于同一衬底上，通过调节栅极电位大小调节由公共连接端点M输出的初始电流值ΔIDS大小，一般调节初始信号电流ΔIDS值为零；当氮化镓场效应传感器被至于PBS溶液中后，通过调节半导体器件的栅极电压使公共连接端点M输出的电流ΔIDS为零，此时反馈电阻23上的电压为零，运算放大器21的输出端电压等于第一偏置电压1.5V；当被传感的PBS溶液pH发生变化后，例如pH值从7变成了6，那么Ta2O5敏感膜电位降低，使得氮化镓场效应传感器沟道电阻增大，由于其漏源电压不变，其漏源电流IDS将会减小，此时公共连接端点M有信号电流ΔIDS从反馈电阻23方向流入，反馈电阻23上的电压等于所述的信号电流ΔIDS乘以反馈电阻23；此时运算放大器21的输出电压为第一偏置电压Vbias1加上反馈电阻23两端电压；所述的输出信号与被传感信号即PBS溶液的pH值呈线性关系，通过读出运算放大器21的输出电压就能够知道PBS溶液的pH值；

图7为根据本发明实施例的跨阻型读出电路700的原理图，其中所述调节模块为可调节电阻71，根据预设的初始状态下的场效应传感器的漏源电流输出所述调节电流。

如图7所示实施例，所述的运算放大器21正输入端的电压等于第一偏置电压Vbias1，运算放大器21的正输入端和负输入端的电位相同，负输入端与公共连接端点M耦接，因此所述公共端点M处的电压等于第一偏置电压Vbias1；所述的第二偏置电压Vbias2耦接到所述可调节电阻71的一端；所述场效应传感器漏源极之间的电压为第一偏置电压Vbias1不变；所述场效应传感器1的源极耦接到地；所述的可调节电阻器71的一端耦接到第二偏置电压Vbias2，另一端耦接到所述的公共端点M，因此所述的可调节电阻器的电压为第二偏置电压Vbias2与第一偏置电压Vbias1之差不变，所述的可调节电阻器71所流过的电流IDS0为一恒定电流，所述的恒定电流IDS0为所述场效应传感器的初始状态下的漏源电流IDS，此时公共连接端点M输出到反馈电阻23上的电流ΔIDS为零；当传感器置于被检测环境中，调节所述可调节电阻器71的电阻值，使公共连接端点M输出到反馈电阻23上的信号电流ΔIDS为零称为调零过程，此后当被检测环境发生变化时，场效应传感器1的沟道电阻发生改变，即漏源电阻发生变化，而漏源电压保持不变，因此通过场效应传感器1的漏源电流ΔIDS发生变化，该电流的变化量ΔIDS由公共连接端点M输出到反馈电阻23上，在反馈电阻23上产生一个反馈电压，输出端OUTPUT电压由第一偏置电压Vbias1和负反馈电压的和或差决定，因此由于被传感环境变化在场效应传感器上产生的信号被运算放大电路3放大并由输出端输出为电压信号。

如图7所示的跨阻型读出电路700的一个实施例的实验中，所述的场效应传感器1是由一个氮化镓基AlGaN/GaN异质结结构的场效应传感器构成，具有源极，漏极，栅极和敏感膜；所述的敏感膜覆盖在栅极表面，起到与被传感物质特异性结合的目的，在该实施例的实验中，被传感物质为一PBS(磷酸缓冲盐溶液)的pH值，其敏感膜为5nm厚度的Ta2O5薄膜，该薄膜只对溶中的pH值敏感，而对溶液中的其他离子浓度不敏感；所述的运算放大器21是由氮化镓的常开型和常关型以及电阻构成的运算放大器，该运算放大器通过兼容工艺与所述的场效应传感器制造于同一衬底上，所述的运算放大电路3由5级构成：差分输入端、第一级放大器、第二级放大器、第三级放大器、输出端构成；所述运算放大器21由NMOS技术实现，总放大系数为10000，其设计输出端213电压范围是0V到3V，其输出电压范围由运算放大器21的结构和其供电电压决定；所述的第一偏置电压Vbias1是1.5V，由一个恒定电压源提供接到运算放大器21的正输入端，运算放大器21的负输入端电压和正输入端电压相同，也是1.5V，因此所述的场效应传感器1的漏源极之间的电压恒定为1.5V，由所述的第一偏置电压Vbias1决定；所述的反馈电阻23通过与所述的场效应传感器和所述的运算放大电路3兼容的工艺制造于同一衬底上，由氮化镓异质结的二维电子气的沟道电阻构成，在本实验中，氮化镓异质结二维电子气的方块电阻为280Ω/sq，反馈电阻23的沟道宽度为10um，长度为357um，其阻值大小约10000Ω；所述的场效应传感器与所述的运算放大电路3集成于同一块芯片上，所述的芯片具有输入和输出引脚，所述的输入引脚包括：公共连接端点M、接地线、第一偏置电压Vbias1、第二偏置电压Vbias2、运算放大器21供电电源；所述的输出引脚包括：运算放大器21输出端OUTPUT；所述的输入输出引脚通过绑定线焊接到PCB板上，实现与外部电路的连接；所述的可调节电阻71由一个滑动变阻器构成，一端通过导线与所述的公共连接端点M连接，另一端与所述的第二偏置电压Vbias2耦接，通过调节滑动变阻器电阻大小调节由公共连接端点M输出的初始电流值ΔIDS大小，一般调节初始电流值ΔIDS为零；当氮化镓场效应传感器被至于PBS溶液中后，通过调节半导体器件的栅极电压使公共连接端点M输出的电流ΔIDS为零，此时反馈电阻23上的电压为零，运算放大器21的输出端电压等于第一偏置电压1.5V；当被传感的PBS溶液pH发生变化后，例如pH值从7变成了6，那么Ta2O5敏感膜电位降低，使得氮化镓场效应传感器沟道电阻增大，由于其漏源电压不变，其漏源电流IDS将会减小，此时公共连接端点M有信号电流ΔIDS从反馈电阻23方向流入，反馈电阻23上的电压等于所述的信号电流ΔIDS乘以反馈电阻23；此时运算放大器21的输出电压为第一偏置电压Vbias1加上反馈电阻23两端电压；所述的输出信号与被传感信号即PBS溶液的pH值呈线性关系，通过读出运算放大器21的输出电压就能够知道PBS溶液的pH值。

图8为根据本发明实施例的跨阻型读出电路800的原理图，其中所述调节模块为可调节电阻81，根据预设的初始状态下的场效应传感器的漏源电流IDS输出所述调节电流IDS0。

如图8所示实施例，所述的运算放大器21正输入端的电压等于第一偏置电压Vbias1，运算放大器21的正输入端和负输入端的电位相同，负输入端与公共连接端点M耦接，因此所述公共端点M处的电压等于第一偏置电压Vbias1；所述的第二偏置电压Vbias2耦接到所述场效应传器件1的漏极端；所述场效应传感器漏源极之间的电压为第二偏置电压Vbias2与第一偏置电压Vbias1之差不变；所述的可调节电阻81的一端耦接到所述公共端点M，另一端耦接到地，因此所述滑动变阻器两端电压为第一偏置电压Vbias1不变，所述的可调节电阻81流过的电流IDS0为一恒定电流，所述的恒定电流IDS0为所述场效应传感器的初始状态下的漏源电流IDS，此时公共连接端点M输出到反馈电阻23上的电流ΔIDS为零；当传感器置于被检测环境中，调节所述可调节电阻81的电阻值，使公共连接端点M输出到反馈电阻23上的信号电流ΔIDS为零称为调零过程，此后当被检测环境发生变化时，场效应传感器1的沟道电阻发生改变，即漏源电阻发生变化，而漏源电压保持不变，因此通过场效应传感器1的漏源电流IDS发生变化，该电流的变化量ΔIDS由公共连接端点M输出到反馈电阻23上，在反馈电阻23上产生一个反馈电压，输出端OUTPUT电压由第一偏置电压Vbias1和负反馈电压的和或差决定，因此由于被传感环境变化在场效应传感器上产生的信号被运算放大电路3放大并由输出端输出为电压信号。

如图8所示的跨阻型读出电路800的一个实施例的实验中，所述的场效应传感器1是由一个氮化镓基AlGaN/GaN异质结结构的场效应传感器构成，具有源极，漏极，栅极和敏感膜；所述的敏感膜覆盖在栅极表面，起到与被传感物质特异性结合的目的，在该实施例的实验中，被传感物质为一PBS(磷酸缓冲盐溶液)的pH值，其敏感膜为5nm厚度的Ta2O5薄膜，该薄膜只对溶中的pH值敏感，而对溶液中的其他离子浓度不敏感；所述的运算放大器21是由氮化镓的常开型和常关型以及电阻构成的运算放大器，该运算放大器通过兼容工艺与所述的场效应传感器制造于同一衬底上，所述的运算放大电路3由5级构成：差分输入端、第一级放大器、第二级放大器、第三级放大器、输出端构成；所述运算放大器21由CMOS技术实现，总放大系数为10000，其设计输出端OUTPUT电压范围是0V到3V，其输出电压范围由运算放大器21的结构和其供电电压决定；所述的第一偏置电压Vbias1是1.5V，由一个恒定电压源提供接到运算放大器21的正输入端，运算放大器21的负输入端电压和正输入端电压相同，也是1.5V，因此所述的可调节电阻81的漏源极之间的电压恒定为1.5V，由所述的第一偏置电压Vbias1决定；所述的第二偏置电压Vbias2为3V，耦接到所述场效应传感器的漏极，因此所述场效应传感器的漏源之间电压为1.5V，由所述的第二偏置电压Vbias2和第一偏置电压Vbias1之差决定；所述的反馈电阻23通过与所述的场效应传感器和所述的运算放大电路3兼容的工艺制造于同一衬底上，由氮化镓异质结的二维电子气的沟道电阻构成，在本实验中，氮化镓异质结二维电子气的方块电阻为280Ω/sq，反馈电阻23的沟道宽度为10um，长度为357um，其阻值大小约10000Ω；所述的场效应传感器与所述的运算放大电路3集成于同一块芯片上，所述的芯片具有输入和输出引脚，所述的输入引脚包括：半导体器件61的栅极电压、接地线、第一偏置电压Vbias1、第二偏置电压Vbias2、运算放大器21供电电源；所述的输出引脚包括：运算放大器21输出端；所述的输入输出引脚通过绑定线焊接到PCB板上，实现与外部电路的连接；所述的可调节电阻81由一个滑动变阻器构成，通过导线一端与所述的公共连接端点M连接，另一端接地GND，通过调节滑动变阻器电阻大小调节由公共连接端点M输出的初始电流值ΔIDS大小，一般调节初始电流ΔIDS值为零；当氮化镓场效应传感器被至于PBS溶液中后，通过调节半导体器件的栅极电压使公共连接端点M输出的电流ΔIDS为零，此时反馈电阻23上的电压为零，运算放大器21的输出端电压等于第一偏置电压1.5V；当被传感的PBS溶液pH发生变化后，例如pH值从7变成了6，那么Ta2O5敏感膜电位降低，使得氮化镓场效应传感器沟道电阻增大，由于其漏源电压不变，其漏源电流IDS将会减小，此时公共连接端点M有信号电流ΔIDS从反馈电阻23方向流入，反馈电阻23上的电压等于所述的信号电流ΔIDS乘以反馈电阻23；此时运算放大器21的输出电压为第一偏置电压Vbias1加上反馈电阻23两端电压；所述的输出信号与被传感信号即PBS溶液的pH值呈线性关系，通过读出运算放大器21的输出电压就能够知道PBS溶液的pH值。

图9为根据本发明实施例的跨阻型读出电路900的流程图，所述场效应传感器包括源极，漏极，栅极，所述检测方法900的流程图包括步骤S91～S95。

在步骤S91，将场效应传感器置于被检测环境中；

在步骤S92，在场效应传感器的源漏极之间施加一个恒定电压；

在步骤S93，在场效应传感器的源极或漏极施加一个恒定的电流，该电流值为场效应传感器在初始状态下的电流值；

在步骤S94，场效应传感器所处的被检测环境发生变化，使得场效应传感器的漏源电流发生改变；

在步骤S95，漏源电流的变化量作为场效应传感器的传感信号输出。

其中，所述的恒定的初始电流值由调节模块提供，在一个实施例中，调节模块可以是一个可控电流源，在另一个实施例中，调节模块可以是一个场效应器件。

要注意的是，在上述图9的流程图中，可以根据所示的不同指令来实施功能框，例如，两个连续的功能框可以同时被执行。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (25)

1.一种用于场效应传感器的跨阻型读出电路，所述场效应传感器具有栅极、源极和漏极，所述跨阻型读出电路包括：

调节模块，与所述场效应传感器串联耦接，输出一恒定的调节电流，所述调节电流等于初始状态下的场效应传感器的漏源电流，所述调节模块与所述场效应传感器具有一个公共连接端点；以及

运算放大电路，根据所述公共连接端点处输出的电流产生传感信号。

2.如权利要求1所述的跨阻型读出电路，其中所述公共连接端点处的电压恒定不变。

3.如权利要求1所述的跨阻型读出电路，所述运算放大电路包括：

运算放大器，具有正输入端、负输入端和输出端，所述负输入端耦接于所述公共连接端点，所述正输入端用于接收所述第一偏置电压，所述输出端用于输出所述传感信号；以及

反馈电阻，耦接于运算放大器的输出端与所述公共连接端点之间，用于接收所述公共连接端点处输出的电流；其中

所述传感电压信号根据第一偏置电压与反馈电阻两端的电压产生。

4.如权利要求3所述的跨阻型读出电路，其中所述公共连接端点处的电压等于第一偏置电压。

5.如权利要求3所述的跨阻型读出电路，其中所述传感信号等于第一偏置电压与反馈电阻两端的电压之和或差。

6.如权利要求1所述的跨阻型读出电路，所述调节模块包括：

可控电流源，根据初始状态下的场效应传感器的漏源电流输出所述调节电流。

7.如权利要求1所述的跨阻型读出电路，所述调节模块包括：

半导体器件，具有栅极、源极和漏极，所述漏极用于接收第二偏置电压，所述半导体器件的源极耦接于所述场效应传感器的漏极，所述半导体器件的栅极用于接收一栅极电压以控制半导体器件的漏源电流，使得所述半导体器件的漏源电流等于初始状态下的场效应传感器的漏源电流。

8.如权利要求1所述的跨阻型读出电路，所述调节模块包括：

半导体器件，具有栅极、源极和漏极，所述半导体器件的漏极耦接于所述场效应传感器的源极，所述场效应传感器的漏极用于接收第二偏置电压，所述半导体器件的栅极用于接收一栅极电压以控制半导体器件的漏源电流，使得所述半导体器件的漏源电流等于初始状态下的场效应传感器的漏源电流。

9.如权利要求1所述的跨阻型读出电路，所述调节模块包括：

可调节电阻，根据预设的初始状态下的场效应传感器的漏源电流输出所述调节电流。

10.如权利要求3所述的跨阻型读出电路，其中所述反馈电阻与所述场效应传感器制造于同一衬底之上。

11.如权利要求1所述的跨阻型读出电路，其中所述调节模块与所述场效应传感器制造于同一衬底之上。

12.如权利要求1所述的跨阻型读出电路，其中所述运算放大电路与所述场效应传感器制造于同一衬底之上。

13.一种用于场效应传感器的跨阻型读出方法，所述场效应传感器具有栅极、源极和漏极，所述跨阻型读出方法包括：

控制所述场效应传感器的漏极和源极之间的电压不变；

施加一恒定电流于场效应传感器的漏极端或源极端，其中所述恒定电流等于初始状态下场效应传感器的漏源电流；以及

根据场效应传感器的漏源电流变化值产生传感信号。

14.如权利要求13所述的跨阻型读出方法，其中控制所述场效应传感器的漏极和源极之间的电压不变包括：

将场效应传感器的漏极或源极耦接至一运算放大器的负输入端；以及

将所述运算放大器的正输入端与第一偏置电压耦接。

15.如权利要求14所述的跨阻型读出方法，还包括：将场效应传感器的漏极耦接至第二偏置电压。

16.如权利要求13所述的跨阻型读出方法，其中根据场效应传感器的漏源电流变化值产生传感信号包括：

在运算放大器的输出端与负输入端之间耦接一个反馈电阻，根据所述反馈电阻两端的电压值产生传感信号。

17.如权利要求13所述的跨阻型读出方法，还包括：根据所述第一偏置电压和所述反馈电阻两端的电压产生传感电压信号。

18.如权利要求13所述的跨阻型读出方法，其中当所述场效应传感器的漏极与所述调节模块耦接时，所述场效应传感器的漏源极之间电压等于所述第一偏置电压。

19.如权利要求13所述的跨阻型读出方法，其中当所述场效应传感器的源极与所述调节模块耦接时，所述场效应传感器的漏源极之间电压等于所述第二偏置电压减去第一偏置电压。

20.如权利要求13所述的跨阻型读出方法，其中施加一恒定电流于场效应传感器的源极或漏极端包括：将一恒定电流源与场效应传感器的源极或漏极端串联。

21.如权利要求13所述的跨阻型读出方法，其中施加一恒定电流于场效应传感器的源极或漏极端包括：

将一半导体器件与所述场效应传感器串联，其中所述半导体器件具有栅极、源极和漏极，所述半导体器件的源极耦接于所述场效应传感器的漏极，所述半导体器件的漏极与第二偏置电压耦接；以及

调节所述半导体器件的栅极电压大小使得所述半导体器件的漏源电流等于初始状态下场效应传感器的漏源电流。

22.如权利要求13所述的跨阻型读出方法，其中施加一恒定电流于场效应传感器的源极或漏极端包括：

将一半导体器件与所述场效应传感器串联，其中所述半导体器件具有栅极、源极和漏极，所述半导体器件的漏极耦接于所述场效应传感器的源极，所述场效应传感器的漏极与第二偏置电压耦接；以及

调节所述半导体器件的栅极电压大小使得所述半导体器件的漏源电流等于初始状态下场效应传感器的漏源电流。

23.如权利要求13所述的跨阻型读出方法，其中施加一恒定电流于场效应传感器的源极或漏极端包括：将一可调节电阻与场效应传感器的源极或漏极端串联。

24.如权利要求21所述的跨阻型读出方法，其中所述半导体器件的电特性与所述场效应传感器的电特性相同，所述半导体器件的漏源极之间电压等于所述第二偏置电压与所述第一偏置电压之差。

25.如权利要求22所述的跨阻型读出方法，其中所述半导体器件的电特性与所述场效应传感器的电特性相同，所述场效应传感器的漏源极之间电压等于所述第一偏置电压。

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