CN116800209B - 基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路及单元器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路，包括：n×n个子单元，每个子单元的输入端可接入一个目标信号，子单元包括：第一双栅并联场效应晶体管、第一场效应晶体管、第二场效应晶体管；第一条件下，第一电容存储第一双栅并联场效应晶体管自适应产生的第一偏置电压，通过第一偏置电压对目标信号进行补偿；第二条件下，子单元将接入的补偿后的目标信号放大后得到第一输出电压，并通过第六电导线输出。本申请通过输出经补偿和放大后的第一输出电压，使信号处理电路的增益特性均匀，从而实现高质量的二维传感图像的采集；同时使得外围读出电路不再产生失调电压，提高了电路的精度和分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路技术领域，尤其涉及一种基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路及单元器件。
背景技术
在大面积、柔性电子领域，薄膜晶体管由于其低温和低成本的制造工艺常被用来构建可扩展的传感器阵列和外围的读出电路。在传感器阵列中，薄膜晶体管的特性存在不均匀性和长时间的电应力不稳定性，造成像素内的信号处理电路的增益等特性不均匀，从而无法实现高质量的二维传感图像的采集；在外围读出电路中，薄膜晶体管的不均匀性和长时间的电应力不稳定性会使对称的电路结构不匹配，从而产生失调电压，降低电路的精度和分辨率。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提出了一种基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路及单元器件。
一种基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路，包括：n×n个子单元，每个所述子单元的输入端可接入一个目标信号，所述子单元包括：所述第一双栅并联场效应晶体管、第一场效应晶体管、第二场效应晶体管和第一电容、第一电导线、第二电导线、第三电导线、第四电导线、第五电导线和第六电导线；
所述第一双栅并联场效应晶体管的第一栅极与所述第三电导线连接，所述第一双栅并联场效应晶体管的第二栅极接入目标信号，所述第一双栅并联场效应晶体管的源极与所述第二电导线连接，所述第一双栅并联场效应晶体管的漏极与所述第六电导线连接；
所述第一场效应晶体管的栅极与所述第五电导线连接，所述第一场效应晶体管的源极与所述第六电导线连接，所述第一场效应晶体管的漏极与所述第三电导线连接；
所述第二场效应晶体管的栅极与所述第四电导线连接，所述第二场效应晶体管的源极与所述第六电导线连接，所述第二场效应晶体管的漏极与所述第一电导线连接；
所述第一电容的一端与所述第一双栅并联场效应晶体管的第一栅极连接，另一端与所述第二电导线连接；
所述第一电导线用于接入第一供电电压，所述第二电导线用于接入第二供电电压，所述第三电导线用于接入第一工作电压，所述第四电导线用于接入第二工作电压，所述第五电导线于接入第一控制电压，所述第六电导线还与外围电路连接，用于输出第一输出电压；
在第一条件下，所述第一电容用于存储所述第一双栅并联场效应晶体管自适应产生的第一偏置电压，通过所述第一偏置电压对所述目标信号进行补偿；
在第二条件下，所述子单元用于将接入的补偿后的所述目标信号进行放大后得到第一输出电压，并通过所述第六电导线输出所述第一输出电压。
在一个实施例中，所述第一条件为：
令所述第五电导线上的第五电压与所述第一供电电压相等，以使所述第一场效应晶体管开启。
在一个实施例中，所述第二条件为：
令所述第五电导线上的第五电压与所述第二供电电压相等，以使所述第一场效应晶体管关断。
在一个实施例中，当所述目标信号为差分信号时，所述子单元还包括：第二双栅并联场效应晶体管、第三场效应晶体管、第四场效应晶体管、第二电容、第七导线、第八导线和第九导线；
所述第二双栅并联场效应晶体管的第一栅极接入所述差分信号的正信号，所述第二双栅并联场效应晶体管的第二栅极与所述第七导线连接，所述第二双栅并联场效应晶体管的源极与所述第二电导线连接，所述第二双栅并联场效应晶体管的漏极与所述第九导线连接；
所述第三场效应晶体管的栅极与所述第五电导线连接，所述第三场效应晶体管的源极与所述第九导线连接，所述第三场效应晶体管的漏极与所述第七导线连接；
所述第四场效应晶体管的栅极与所述第八导线连接，所述第四场效应晶体管的源极与所述第九导线连接，所述第四场效应晶体管的漏极与所述第一电导线连接；
所述第二电容的一端与所述第二双栅并联场效应晶体管的第二栅极连接，另一端与所述第二电导线连接；
所述第一双栅并联场效应晶体管的第二栅极接入所述差分信号的负信号。
在一个实施例中，所述基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路，还包括：第五场效应晶体管、第六场效应晶体管、第七场效应晶体管和第八场效应晶体管；
所述第五场效应晶体管的栅极与所述第九导线连接，所述第五场效应晶体管的源极与所述第七场效应晶体管的源极连接，所述第五场效应晶体管的漏极与所述第四电导线连接；
所述第六场效应晶体管的栅极与所述第一电导线连接，所述第六场效应晶体管的源极与所述第四电导线连接，所述第六场效应晶体管的漏极与所述第一电导线连接；
所述第七场效应晶体管的栅极与所述第六电导线连接，所述第七场效应晶体管的栅极漏极与所述第八导线连接；
所述第八场效应晶体管的栅极与所述第一电导线连接，所述第八场效应晶体管的源极与所述第八导线连接，所述第八场效应晶体管的漏极与所述第一电导线连接。
在一个实施例中，所述基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路，还包括：第九场效应晶体管和第十场效应晶体管；
所述第九场效应晶体管的栅极接入第二控制电压，所述第九场效应晶体管的源极与所述第十场效应晶体管的源极连接，所述第九场效应晶体管的漏极与所述第二电导线连接；
所述第十场效应晶体管的栅极接入反馈电压，所述第十场效应晶体管的漏极与所述第五场效应晶体管的源极连接；
其中，所述第一场效应晶体管的电子开关、所述第二场效应晶体管的电子开关、所述第三场效应晶体管的电子开关、所述第四场效应晶体管的电子开关、所述第五场效应晶体管的电子开关、所述第六场效应晶体管的电子开关、所述第七场效应晶体管的电子开关、所述第八场效应晶体管的电子开关、所述第九场效应晶体管的电子开关、所述第十场效应晶体管的电子开关均由沟道区、漏区和源区组成；所述沟道区附近放置栅电极，所述漏区连接漏电极，所述源区连接源电极；
所述第一双栅并联场效应晶体管、所述第二双栅并联场效应晶体管均由沟道区、漏区和源区组成，所述沟道区附近放置两个栅电极，所述漏区连接漏电极，所述源区连接源电极；至少部分所述沟道区夹在所述第一双栅并联场效应晶体管和所述第二双栅并联场效应晶体管的两个栅电极之间；
所述第一场效应晶体管、所述第二场效应晶体管、所述第三场效应晶体管、所述第四场效应晶体管、所述第五场效应晶体管、所述第六场效应晶体管、所述第七场效应晶体管、所述第八场效应晶体管、所述第九场效应晶体管、所述第十场效应晶体管、所述第一双栅并联场效应晶体管、所述第二双栅并联场效应晶体管均为薄膜场效应晶体管；
所述薄膜场效应晶体管的第三沟道区材料为非晶硅、多晶硅和金属氧化物半导体中的任一种；
所述金属氧化物半导体为氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化铟镓锌和氧化铟锡锌中的任一种。
在一个实施例中，所述基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路，还包括：第三双栅并联场效应晶体管、第十一场效应晶体管、第十二场效应晶体管、第三电容、第十导线、第十一导线、第十二导线和第十三导线；
所述第三双栅并联场效应晶体管的第一栅极与所述第十导线连接，所述第三双栅并联场效应晶体管的源极与所述第二电导线连接，所述第三双栅并联场效应晶体管的漏极与所述第十三导线连接；
所述第十一场效应晶体管的栅极与所述第五电导线连接，所述第十一场效应晶体管的源极与所述第十三导线连接，所述第十一场效应晶体管的漏极与所述第十导线连接；
所述第十二场效应晶体管的栅极与所述第十一导线连接，所述第十二场效应晶体管的源极与所述第十三导线连接，所述第十二场效应晶体管的漏极与所述第一电导线连接；
所述第三电容的一端与所述第三双栅并联场效应晶体管的第一栅极连接，另一端与所述第二电导线连接。
在一个实施例中，所述基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路，还包括：第四电容和第十三场效应晶体管；
所述第十三场效应晶体管的栅极接入第三控制电压，所述第十三场效应晶体管的源极与所述第三双栅并联场效应晶体管的第二栅极连接，所述第十三场效应晶体管M1的漏极与所述第十二导线连接；
所述第四电容的一端与所述第一场效应晶体管的源极连接，另一端与所述第十三场效应晶体管的源极连接；
其中，所述第十一场效应晶体管的电子开关、所述第十二场效应晶体管的电子开关和所述第十三场效应晶体管的电子开关均由沟道区、漏区和源区组成；所述沟道区附近放置栅电极，所述漏区连接漏电极，所述源区连接源电极；
所述第三双栅并联场效应晶体管由沟道区、漏区和源区组成，所述沟道区附近放置两个栅电极，所述漏区连接漏电极，所述源区连接源电极；至少部分所述沟道区夹在所述第三双栅并联场效应晶体管的两个栅电极之间；
所述第十一场效应晶体管、所述第十二场效应晶体管和所述第十三场效应晶体管和所述第三双栅并联场效应晶体管均为薄膜场效应晶体管；
所述薄膜场效应晶体管的第三沟道区材料为非晶硅、多晶硅和金属氧化物半导体中的任一种；
所述金属氧化物半导体为氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化铟镓锌和氧化铟锡锌中的任一种。
一种单元器件，所述单元器件为所述子单元，包括：
衬底，位于所述单元器件的最底层；
第一绝缘层，沉积在所述衬底上；
第一导电层，沉积在所述第一绝缘层上；
第二绝缘层，沉积在所述第一导电层上；
有源层，沉积在所述第二绝缘层上，并图案化；
第三绝缘层，覆盖在所述有源层的表面；
第二导电层，沉积在所述第三绝缘层上，并图案化；
第四绝缘层，覆盖在所述第二导电层的表面；
第三导电层，沉积在所述第四绝缘层上，并图案化。
在一个实施例中，所述第一导电层形成为所述第一双栅并联场效应晶体管的第一栅极和所述第一电容的底电极；
所述有源层形成为所述第一双栅并联场效应晶体管的沟道、所述第一场效应晶体管的沟道、所述第二场效应晶体管的沟道和所述第一电容的极板；
所述第二导电层形成为所述第一双栅并联场效应晶体管的第二栅极、所述第一场效应晶体管的顶栅和所述第二场效应晶体管的顶栅；
所述第三导电层形成为所述第一双栅并联场效应晶体管的源极和漏极、所述第一场效应晶体管的源极和漏极、所述第二场效应晶体管的源极和漏极、所述第一电容的极板电极。
实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
通过设置第一双栅并联场效应晶体管、一场效应晶体管、第二场效应晶体管和第一电容、第一电导线、第二电导线第三电导线、第四电导线、第五电导线和第六电导线构成了一个每个子单元，多个每个子单元构成了动态补偿放大电路，在第一条件下，第一电容用于存储第一双栅并联场效应晶体管自适应产生的偏置电压，通过偏置电压对所述目标信号行补偿；在第二条件下，子单元用于将接入的补偿后的目标信号进行放大后得到第一输出电压，并通过第六电导线输出第一输出电压。此时的第一输出电压为目标信号进行补偿和放大后得到的，同时经由第六电导线输出给传感器阵列或外围读出电路，由于传感器阵列中的信号处理电路接收到了经补偿和放大后的第一输出电压，就使得信号处理电路的增益特性均匀，从而实现高质量的二维传感图像的采集；同时使得外围读出电路不再产生失调电压，提高了电路的精度和分辨率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为一个实施例中基于双栅薄膜晶体管的子单元的电路图；
图2为另一个实施例中子单元的电路图；
图3为另一个实施例中子单元的电路图；
图4为另一个实施例中子单元的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在大面积、柔性电子领域，薄膜晶体管由于其低温和低成本的制造工艺常被用来构建可扩展的传感器阵列和外围的读出电路。在传感器阵列中，薄膜晶体管的特性存在不均匀性和长时间的电应力不稳定性，造成像素内的信号处理电路的增益等特性不均匀，从而无法实现高质量的二维传感图像的采集；在外围读出电路中，薄膜晶体管的不均匀性和长时间的电应力不稳定性会使对称的电路结构不匹配，从而产生失调电压，降低电路的精度和分辨率。为了解决上述技术问题，本申请提供一种基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路。
实施例一，如图1所示，包括：n×n个子单元，每个所述子单元的输入端可接入一个目标信号，所述子单元包括：所述第一双栅并联场效应晶体管M111、第一场效应晶体管M113、第二场效应晶体管M112和第一电容CS1、第一电导线LDD、第二电导线LSS、第三电导线LB11、第四电导线LB12、第五电导线LCTR1和第六电导线LOUT1；所述第一双栅并联场效应晶体管M111的第一栅极与所述第三电导线LB11连接，所述第一双栅并联场效应晶体管M111的第二栅极接入目标信号VIN，所述第一双栅并联场效应晶体管M111的源极与所述第二电导线LSS连接，所述第一双栅并联场效应晶体管M111的漏极与所述第六电导线LOUT1连接；所述第一场效应晶体管M113的栅极与所述第五电导线LCTR1连接，所述第一场效应晶体管M113的源极与所述第六电导线LOUT1连接，所述第一场效应晶体管M113的漏极与所述第七导线LB21连接；所述第二场效应晶体管M112的栅极与所述第四电导线LB12连接，所述第二场效应晶体管M112的源极与所述第六电导线LOUT1连接，所述第二场效应晶体管M112的漏极与所述第一电导线LDD连接；所述第一电容CS1的一端与所述第一双栅并联场效应晶体管M111的第一栅极连接，另一端与所述第二电导线LSS连接；所述第一电导线LDD用于接入第一供电电压VDD，所述第二电导线LSS用于接入第二供电电压VSS，所述第三电导线LB11用于接入第一工作电压VB11，所述第四电导线LB12用于接入第二工作电压VB12，所述第五电导线LCTR1于接入第一控制电压VCTR1，所述第六电导线LOUT1还与外围电路连接，用于输出第一输出电压VOUT1；在第一条件下，所述第一电容CS1用于存储所述第一双栅并联场效应晶体管M111自适应产生的第一偏置电压VB11，通过所述第一偏置电压VB11对所述目标信号VIN进行补偿；其中，所述第一条件为：令所述第五电导线LCTR1上的第五电压VCTR1与所述第一供电电压VDD相等，以使所述第一场效应晶体管M113开启。在第二条件下，所述子单元用于将接入的补偿后的所述目标信号VIN进行放大后得到第一输出电压VOUT1，并通过所述第六电导线LOUT1输出所述第一输出电压VOUT1；其中，所述第二条件为：令所述第五电导线LCTR1上的第五电压VCTR1与所述第二供电电压VSS相等，以使所述第一场效应晶体管M113关断。
具体的，所述第二场效应晶体管M112作为动态补偿放大电路的负载管，所述第一场效应晶体管M113为动态补偿放大电路的补偿管。所述第一电容CS1用于存储所述第一双栅并联场效应晶体管M111自适应产生的第一偏置电压VB11的电容器。所述第一双栅并联场效应晶体管M111和所述第二场效应晶体管M112组成一个放大电路，一种可能的补偿过程如下，令所述第五电压VCTR1与所述第一供电电压VDD相等，以使所述第一场效应晶体管M113开启，此时所述第三电导线LB11与所述第六电导线LOUT1相连接，在所述第一双栅并联场效应晶体管M111的一个栅极承载一个固定参考电压VREF的情况下，由于所述第一双栅并联场效应晶体管M111工作在饱和区，其会在另一个栅极连接的所述第三电导线LB11自适应产生一个对应的第一工作电压VB11，也即第一偏置电压VB11。所述第一双栅并联场效应晶体管M111和所述第二场效应晶体管M112组成一个放大电路，一种可能的放大过程如下，令所述第五电压VCTR1与所述第二供电电压VSS相等，以使所述第一场效应晶体管M113关断，此时所述第三电导线LB11与所述第六电导线LOUT1断开，在上述补偿过程中得到的第一偏置电压VB11存储在第一电容CS1上。所述第一双栅并联场效应晶体管M111的第二栅极接入目标信号VIN，此时的接入目标信号VIN可为输入的电压信号，其相对于上述补偿过程中的固定参考电压VREF的变化量，目标信号VIN被所述第一双栅并联场效应晶体管M111和所述第二场效应晶体管M112组成的放大电路放大，表现为所述第六电导线LOUT1上承载的第一输出电压VOUT1。通过设置第一双栅并联场效应晶体管、一场效应晶体管、第二场效应晶体管和第一电容、第一电导线、第二电导线第三电导线、第四电导线、第五电导线和第六电导线构成了一个每个子单元，多个每个子单元构成了动态补偿放大电路，在第一条件下，第一电容用于存储第一双栅并联场效应晶体管自适应产生的偏置电压，通过偏置电压对所述目标信号行补偿；在第二条件下，子单元用于将接入的补偿后的目标信号进行放大后得到第一输出电压，并通过第六电导线输出第一输出电压。此时的第一输出电压为目标信号进行补偿和放大后得到的，同时经由第六电导线输出给传感器阵列或外围读出电路，由于传感器阵列中的信号处理电路接收到了经补偿和放大后的第一输出电压，就使得信号处理电路的增益特性均匀，从而实现高质量的二维传感图像的采集；同时使得外围读出电路不再产生失调电压，提高了电路的精度和分辨率。
实施利二，在实施例一的基础上，当所述目标信号为差分信号时，如图2所示，所述子单元还包括：第二双栅并联场效应晶体管M121、第三场效应晶体管M122、第四场效应晶体管M123、第二电容CS2、第七导线LB21、第八导线LB22和第九导线LOUT-；所述第二双栅并联场效应晶体管M121的第一栅极接入所述差分信号的正信号VIN+，所述第二双栅并联场效应晶体管M121的第二栅极与所述第七导线LB21连接，所述第二双栅并联场效应晶体管M121的源极与所述第二电导线LSS连接，所述第二双栅并联场效应晶体管M121的漏极与所述第九导线LOUT-连接；所述第三场效应晶体管M122的栅极与所述第五电导线LCTR1连接，所述第三场效应晶体管M122的源极与所述第九导线LOUT-连接，所述第三场效应晶体管M122的漏极与所述第七导线LB21连接；所述第四场效应晶体管M123的栅极与所述第八导线LB22连接，所述第四场效应晶体管M123的源极与所述第九导线LOUT-连接，所述第四场效应晶体管M123的漏极与所述第一电导线LDD连接；所述第二电容CS2的一端与所述第二双栅并联场效应晶体管M121的第二栅极连接，另一端与所述第二电导线LSS连接；所述第一双栅并联场效应晶体管M111的第二栅极接入所述差分信号的负信号VIN-。
具体的，在本实施例中，所述第一双栅并联场效应晶体管M111、第一场效应晶体管M113、第二场效应晶体管M112和第一电容CS1构成正端放大电路；所述第二双栅并联场效应晶体管M121、第三场效应晶体管M122、第四场效应晶体管M123、第二电容CS2构成负端放大电路；所述第一双栅并联场效应晶体管M111作为正端输入管，用于接入所述差分信号的负信号VIN-、所述第二双栅并联场效应晶体管M121负端输入管，用于接入所述差分信号的正信号VIN+；一种可能的补偿过程如下，令所述第五电压VCTR1等于所述第一供电电压VDD，开启第三场效应晶体管M122与所述第一场效应晶体管M113，此时所述第七导线LB21与所述第九导线LOUT-相连接，所述第七导线LB21与第六电导线LOUT1(LOUT+)相连接。在所述第一双栅并联场效应晶体管M111的第一栅极与所述第二双栅并联场效应晶体管M121的的第一栅极均承载一个固定参考电压VREF的情况下，由于所述第一双栅并联场效应晶体管M111与所述第二双栅并联场效应晶体管M121均工作在饱和区，会分别在各自的第二栅极自适应产生一个对应的第一偏置电压VB11与第二偏置电压VB12，并分别存储在第一电容CS1与第二电容CS2上。一种可能的放大过程如下，令所述第五电压VCTR1等于所述第二供电电压VSS相等，关断第三场效应晶体管M122与所述第一场效应晶体管M113，此时所述第七导线LB21与所述第九导线LOUT-断开，所述第三电导线LB11与所述第六电导线LOUT1(LOUT+)断开，所述第二双栅并联场效应晶体管M121的第一栅极承载所述差分信号的正信号VIN+，所述第一双栅并联场效应晶体管M111的第二栅极承载所述差分信号的负信号VIN-，其相对于上述补偿过程中的的参考电压VREF的变化量，所述差分信号的正信号VIN+被所述第二双栅并联场效应晶体管M121和所述第四场效应晶体管M123组成的正端放大器放大；所述差分信号的负信号VIN-被所述第一双栅并联场效应晶体管M111和所述第二场效应晶体管M112组成的负端放大器放大。进一步提升了动态补偿放大电路的放大能力，表现为第六电导线LOUT1(LOUT+)上承载的第一输出电压VOUT+(VOUT1)与所述第九导线LOUT-上承载的第二输出电压VOUT-。
实施例三，在实施例二的基础上，如图2所示，还包括：第五场效应晶体管M114、第六场效应晶体管M115、第七场效应晶体管M124、第八场效应晶体管M125、第九场效应晶体管M2和第十场效应晶体管M3；其中，所述第五场效应晶体管M114的栅极与所述第九导线LOUT-连接，所述第五场效应晶体管M114的源极与所述第七场效应晶体管M124的源极连接，所述第五场效应晶体管M114的漏极与所述第四电导线LB12连接；所述第六场效应晶体管M115的栅极与所述第一电导线LDD连接，所述第六场效应晶体管M115的源极与所述第四电导线LB12连接，所述第六场效应晶体管M115的漏极与所述第一电导线LDD连接；所述第七场效应晶体管M124的栅极与所述第六电导线LOUT1连接，所述第七场效应晶体管M124的栅极漏极与所述第八导线LB22连接；所述第八场效应晶体管M125的栅极与所述第一电导线LDD连接，所述第八场效应晶体管M125的源极与所述第八导线LB22连接，所述第八场效应晶体管M125的漏极与所述第一电导线LDD连接；所述第九场效应晶体管M2的栅极接入第二控制电压VAP，所述第九场效应晶体管M2的源极与所述第十场效应晶体管M3的源极连接，所述第九场效应晶体管M2的漏极与所述第二电导线LSS连接；所述第十场效应晶体管M3的栅极接入反馈电压，所述第十场效应晶体管M3的漏极与所述第五场效应晶体管M114的源极连接。所述第五场效应晶体管M114、第六场效应晶体管M115、第七场效应晶体管M124、第八场效应晶体管M125组成了反馈电路，增加了所述动态补偿放大电路的等效负载。
实施例四，在实施例一的基础上，如图3所示，为了实现更好的补偿和放大效果，所述基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路还包括：第三双栅并联场效应晶体管M131、第十一场效应晶体管M133、第十二场效应晶体管M132、第三电容CS3、第十导线LB31、第十一导线LB33、第十二导线LCOM、第十三导线LOUT2、第四电容CS4和第十三场效应晶体管M1；其中，所述第一双栅并联场效应晶体管M111、第一场效应晶体管M113、第二场效应晶体管M112、第三双栅并联场效应晶体管M131、第十一场效应晶体管M133、第十二场效应晶体管M132构成了两级级联补偿放大电路，所述第三双栅并联场效应晶体管M131的第一栅极与所述第十导线LB31连接，所述第三双栅并联场效应晶体管M131的源极与所述第二电导线LSS连接，所述第三双栅并联场效应晶体管M131的漏极与所述第十三导线LOUT2连接；所述第十一场效应晶体管M133的栅极与所述第五电导线LCTR1连接，所述第十一场效应晶体管M133的源极与所述第十三导线LOUT2连接，所述第十一场效应晶体管M133的漏极与所述第十导线LB31连接；所述第十二场效应晶体管M132的栅极与所述第十一导线LB33连接，所述第十二场效应晶体管M132的源极与所述第十三导线LOUT2连接，所述第十二场效应晶体管M132的漏极与所述第一电导线LDD连接；所述第三电容CS3的一端与所述第三双栅并联场效应晶体管M131的第一栅极连接，另一端与所述第二电导线LSS连接；所述第十三场效应晶体管M1的栅极接入第三控制电压VCTR2，所述第十三场效应晶体管M1的源极与所述第三双栅并联场效应晶体管M131的第二栅极连接，所述第十三场效应晶体管M1的漏极与所述第十二导线LCOM连接；所述第四电容CS4的一端与所述第一场效应晶体管M113的源极连接，另一端与所述第十三场效应晶体管M1的源极连接。
具体的，所述第一双栅并联场效应晶体管M111和所述第二场效应晶体管M112组成第一级放大电路，所述第三双栅并联场效应晶体管M131和所述第十二场效应晶体管M132组成第二级放大电路；一种可能的补偿过程如下，令所述第五电导线LCTR1和第三控制电压VCTR2均等于所述第一供电电压VDD，开启所述第一场效应晶体管M113，第十一场效应晶体管M133和所述第十三场效应晶体管M1，此时所述第三电导线LB11和第六电导线LOUT1相连接，所述第十导线LB31与所述第十三导线LOUT2相连接，所述第十二导线LCOM与所述第三双栅并联场效应晶体管M131的第二栅极相连。在所述第一双栅并联场效应晶体管M111的第一栅极承载一个固定参考电压VREF1的情况下，所述第一双栅并联场效应晶体管M111的第二栅极自适应产生一个对应的电压VB11，并将其存储在所述第一电容CS1上作为第一级的补偿电压。第十二导线LCOM在所述第三双栅并联场效应晶体管M131的第一栅极上产生一个固定偏置电压VCOM。在所述第三双栅并联场效应晶体管M131的第二栅极承载一个固定偏置电压VREF2的情况下，所述第三双栅并联场效应晶体管M131的另第二栅极自适应产生一个对应的电压VB21，并将其存储在第二电容CS2上作为第二级的补偿电压。一种可能的放大过程如下，令所述第五电导线LCTR1和第三控制电压VCTR2均等于所述第二供电电压VSS，关断所述第一场效应晶体管M113，第十一场效应晶体管M133和所述第十三场效应晶体管M1，此时第三电导线LB11与和第六电导线LOUT1断开,所述第十导线LB31与所述第十三导线LOUT2断开,所述第十二导线LCOM与所述第三双栅并联场效应晶体管M131的第二栅极断开。所述第一双栅并联场效应晶体管M111的第二栅极承载输入电压VIN1，其相对于上述补偿过程中所述第一双栅并联场效应晶体管M111的第二栅极承载的参考电压VREF的变化量，输入电压VIN1号被所述第一双栅并联场效应晶体管M111和第二场效应晶体管M112组成的放大器放大，表现为第六电导线LOUT1上承载的第一输出电压VOUT1。放大后的第一输出电压VOUT1经过第四电容CS4被传输至ss第三双栅并联场效应晶体管M131的第二栅极，其相对于上述补偿过程中第三双栅并联场效应晶体管M131的第二栅极载的偏置电压VCOM的变化量电压信号被所述第三双栅并联场效应晶体管M131和第十二场效应晶体管M132组成的放大器再次放大，表现为所述第十三导线LOUT2上承载的第二输出电压VOUT2。
如图4所示，提供了有实施例一种的子单元组成的2×2阵列，以此说明本发明应用在传感器阵列接收前端的一种可能的工作流程，实际应用系统可以为m×n(m≥2,n≥2)的阵列电路。一种可能的工作流程如下，同一时刻VCTR1，VSCAN1，VSCAN2中只有一个被设置为开启电压，剩余设置为关闭电压。VCTR1设置为开启电压时，电路工作在补偿阶段，VCTR1设置为关闭电压时，电路工作在放大输出阶段。在补偿阶段,VCTR1设置为开启电压，打开电子开关第一场效应晶体管M113，第十四场效应晶体管M4，第十四场效应晶体管M142，第十五场效应晶体管M6，第十六场效应晶体管M152，第十七场效应晶体管M8，第十八场效应晶体管M62，第十九场效应晶体管M10，在传感信号采集阶段，VCTR1设置为关闭电压，关闭电子开关第一场效应晶体管M113，第十四场效应晶体管M142，第十六场效应晶体管M152和第十八场效应晶体管M62，电压信号VB11，VB12，VB21，VB22分别存储在电容器CS1，CS，CS21，CS22上。同时关闭电子开关第十四场效应晶体管M4，第十五场效应晶体管M6，第十七场效应晶体管M8，第十九场效应晶体管M10，电导线LIN11，LIN12，LIN21，LIN22上分别接收四个传感器单元T11，T12，T21，T22产生的传感信号。当VSCAN1设置为开启电压，VSCAN2被设置为关闭电压，打开第二十场效应晶体管M5和第二十一场效应晶体管M7，电导线LIN11和LIN12上产生的传感信号被放大并分别通过第六电导线LOUT1和所述第十三导线LOUT2上承载的输出电压第一输出电压VOUT1和第二输出电压VOUT2读取并输出。其他的可能的单元阵列的工作流程包括但不限于第一场效应晶体管M113和第十四场效应晶体管M142共享一条控制电导线LCTR1,承载控制电压VCTR1，第十六场效应晶体管M152和第十八场效应晶体管M62共享另一条控制电导线LCTR2，承载控制电压VCTR2。VCTR1和VCTR2可以同时被设置为开启电压，也可以不同时被设置为开启电压。
其中，所述第一场效应晶体管M113的电子开关、所述第二场效应晶体管M112的电子开关、所述第三场效应晶体管M122的电子开关、所述第四场效应晶体管M123的电子开关、所述第五场效应晶体管M114的电子开关、所述第六场效应晶体管M115的电子开关、所述第七场效应晶体管M124的电子开关、所述第八场效应晶体管M125的电子开关、所述第九场效应晶体管M2的电子开关、所述第十场效应晶体管M3的电子开关、所述第十一场效应晶体管M133的电子开关、所述第十二场效应晶体管M132的电子开关和所述第十三场效应晶体管M1的电子开关均由沟道区、漏区和源区组成；所述沟道区附近放置栅电极，所述漏区连接漏电极，所述源区连接源电极。
所述第一双栅并联场效应晶体管M111、所述第二双栅并联场效应晶体管M121、所述第三双栅并联场效应晶体管M131均由沟道区、漏区和源区组成，所述沟道区附近放置两个栅电极，所述漏区连接漏电极，所述源区连接源电极；至少部分所述沟道区夹在所述第一双栅并联场效应晶体管M111、所述第二双栅并联场效应晶体管M121和所述第三双栅并联场效应晶体管M131的两个栅电极之间。
所述第一场效应晶体管M113、所述第二场效应晶体管M112、所述第三场效应晶体管M122、所述第四场效应晶体管M123、所述第五场效应晶体管M114、所述第六场效应晶体管M115、所述第七场效应晶体管M124、所述第八场效应晶体管M125、所述第九场效应晶体管M2、所述第十场效应晶体管M3、所述第十一场效应晶体管M133、所述第十二场效应晶体管M132和所述第十三场效应晶体管M1、所述第一双栅并联场效应晶体管M111、所述第二双栅并联场效应晶体管M121和所述第三双栅并联场效应晶体管M131均为薄膜场效应晶体管。
所述薄膜场效应晶体管的第三沟道区材料为非晶硅、多晶硅和金属氧化物半导体中的任一种。
所述金属氧化物半导体为氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化铟镓锌和氧化铟锡锌中的任一种。
本申请还提供一种单元器件，所述单元器件为如上所述的子单元，具体包括：
衬底201，位于所述单元器件的最底层；
第一绝缘层202，沉积在所述衬底201上；
第一导电层203，沉积在所述第一绝缘层202上；
第二绝缘层204，沉积在所述第一导电层203上；
有源层205，沉积在所述第二绝缘层204上，并图案化；
第三绝缘层206，覆盖在所述有源层205的表面；
第二导电层207，沉积在所述第三绝缘层206上，并图案化；
第四绝缘层208，覆盖在所述第二导电层207的表面；
第三导电层209，沉积在所述第四绝缘层208上，并图案化。
在一个实施例中，
所述第一导电层203形成为所述第一双栅并联场效应晶体管M111的第一栅极203A和所述第一电容CS1的底电极203B；
所述有源层205形成为所述第一双栅并联场效应晶体管M111的沟道205A、所述第一场效应晶体管M113的沟道205B、所述第二场效应晶体管M112的沟道205B1和所述第一电容CS1的极板205C；
所述第二导电层207形成为所述第一双栅并联场效应晶体管M111的第二栅极207A、所述第一场效应晶体管M113的顶栅207B和所述第二场效应晶体管M112的顶栅207B1；
所述第三导电层209形成为所述第一双栅并联场效应晶体管M111的源极209A,和漏极209B、所述第一场效应晶体管M113的源极209C和漏极209D、所述第二场效应晶体管M112的源极209C1和漏极209D1、所述第一电容CS1的极板电极209E。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路，其特征在于，包括：n×n个子单元，每个所述子单元的输入端可接入一个目标信号，所述子单元包括：第一双栅并联场效应晶体管、第一场效应晶体管、第二场效应晶体管、第一电容、第一电导线、第二电导线、第三电导线、第四电导线、第五电导线和第六电导线；
所述第一双栅并联场效应晶体管的第一栅极与所述第三电导线连接，所述第一双栅并联场效应晶体管的第二栅极接入目标信号，所述第一双栅并联场效应晶体管的源极与所述第二电导线连接，所述第一双栅并联场效应晶体管的漏极与所述第六电导线连接；
所述第一场效应晶体管的栅极与所述第五电导线连接，所述第一场效应晶体管的源极与所述第六电导线连接，所述第一场效应晶体管的漏极与所述第三电导线连接；
所述第二场效应晶体管的栅极与所述第四电导线连接，所述第二场效应晶体管的源极与所述第六电导线连接，所述第二场效应晶体管的漏极与所述第一电导线连接；
所述第一电容的一端与所述第一双栅并联场效应晶体管的第一栅极连接，另一端与所述第二电导线连接；
所述第一电导线用于接入第一供电电压，所述第二电导线用于接入第二供电电压，所述第三电导线用于接入第一工作电压，所述第四电导线用于接入第二工作电压，所述第五电导线于接入第一控制电压，所述第六电导线还与外围电路连接，用于输出第一输出电压；
在第一条件下，所述第一电容用于存储所述第一双栅并联场效应晶体管自适应产生的第一偏置电压，通过所述第一偏置电压对所述目标信号进行补偿；
在第二条件下，所述子单元用于将接入的补偿后的所述目标信号进行放大后得到第一输出电压，并通过所述第六电导线输出所述第一输出电压。
2.根据权利要求1所述的基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路，其特征在于，所述第一条件为：
令所述第五电导线上的第五电压与所述第一供电电压相等，以使所述第一场效应晶体管开启。
3.根据权利要求2所述的基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路，其特征在于，所述第二条件为：
令所述第五电导线上的第五电压与所述第二供电电压相等，以使所述第一场效应晶体管关断。
4.根据权利要求1所述的基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路，其特征在于，当所述目标信号为差分信号时，所述子单元还包括：第二双栅并联场效应晶体管、第三场效应晶体管、第四场效应晶体管、第二电容、第七导线、第八导线和第九导线；
所述第二双栅并联场效应晶体管的第一栅极接入所述差分信号的正信号，所述第二双栅并联场效应晶体管的第二栅极与所述第七导线连接，所述第二双栅并联场效应晶体管的源极与所述第二电导线连接，所述第二双栅并联场效应晶体管的漏极与所述第九导线连接；
所述第三场效应晶体管的栅极与所述第五电导线连接，所述第三场效应晶体管的源极与所述第九导线连接，所述第三场效应晶体管的漏极与所述第七导线连接；
所述第四场效应晶体管的栅极与所述第八导线连接，所述第四场效应晶体管的源极与所述第九导线连接，所述第四场效应晶体管的漏极与所述第一电导线连接；
所述第二电容的一端与所述第二双栅并联场效应晶体管的第二栅极连接，另一端与所述第二电导线连接；
所述第一双栅并联场效应晶体管的第二栅极接入所述差分信号的负信号。
5.根据权利要求4所述的基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路，其特征在于，还包括：第五场效应晶体管、第六场效应晶体管、第七场效应晶体管和第八场效应晶体管；
所述第五场效应晶体管的栅极与所述第九导线连接，所述第五场效应晶体管的源极与所述第七场效应晶体管的源极连接，所述第五场效应晶体管的漏极与所述第四电导线连接；
所述第六场效应晶体管的栅极与所述第一电导线连接，所述第六场效应晶体管的源极与所述第四电导线连接，所述第六场效应晶体管的漏极与所述第一电导线连接；
所述第七场效应晶体管的栅极与所述第六电导线连接，所述第七场效应晶体管的栅极漏极与所述第八导线连接；
所述第八场效应晶体管的栅极与所述第一电导线连接，所述第八场效应晶体管的源极与所述第八导线连接，所述第八场效应晶体管的漏极与所述第一电导线连接。
6.根据权利要求5所述的基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路，其特征在于，还包括：第九场效应晶体管和第十场效应晶体管；
所述第九场效应晶体管的栅极接入第二控制电压，所述第九场效应晶体管的源极与所述第十场效应晶体管的源极连接，所述第九场效应晶体管的漏极与所述第二电导线连接；
所述第十场效应晶体管的栅极接入反馈电压，所述第十场效应晶体管的漏极与所述第五场效应晶体管的源极连接；
其中，所述第一场效应晶体管的电子开关、所述第二场效应晶体管的电子开关、所述第三场效应晶体管的电子开关、所述第四场效应晶体管的电子开关、所述第五场效应晶体管的电子开关、所述第六场效应晶体管的电子开关、所述第七场效应晶体管的电子开关、所述第八场效应晶体管的电子开关、所述第九场效应晶体管的电子开关、所述第十场效应晶体管的电子开关均由沟道区、漏区和源区组成；所述沟道区附近放置栅电极，所述漏区连接漏电极，所述源区连接源电极；
所述第一双栅并联场效应晶体管、所述第二双栅并联场效应晶体管均由沟道区、漏区和源区组成，所述沟道区附近放置两个栅电极，所述漏区连接漏电极，所述源区连接源电极；至少部分所述沟道区夹在所述第一双栅并联场效应晶体管和所述第二双栅并联场效应晶体管的两个栅电极之间；
所述第一场效应晶体管、所述第二场效应晶体管、所述第三场效应晶体管、所述第四场效应晶体管、所述第五场效应晶体管、所述第六场效应晶体管、所述第七场效应晶体管、所述第八场效应晶体管、所述第九场效应晶体管、所述第十场效应晶体管、所述第一双栅并联场效应晶体管、所述第二双栅并联场效应晶体管均为薄膜场效应晶体管；
所述薄膜场效应晶体管的第三沟道区材料为非晶硅、多晶硅和金属氧化物半导体中的任一种；
所述金属氧化物半导体为氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化铟镓锌和氧化铟锡锌中的任一种。
7.根据权利要求1所述的基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路，其特征在于，还包括：第三双栅并联场效应晶体管、第十一场效应晶体管、第十二场效应晶体管、第三电容、第十导线、第十一导线、第十二导线和第十三导线；
所述第三双栅并联场效应晶体管的第一栅极与所述第十导线连接，所述第三双栅并联场效应晶体管的源极与所述第二电导线连接，所述第三双栅并联场效应晶体管的漏极与所述第十三导线连接；
所述第十一场效应晶体管的栅极与所述第五电导线连接，所述第十一场效应晶体管的源极与所述第十三导线连接，所述第十一场效应晶体管的漏极与所述第十导线连接；
所述第十二场效应晶体管的栅极与所述第十一导线连接，所述第十二场效应晶体管的源极与所述第十三导线连接，所述第十二场效应晶体管的漏极与所述第一电导线连接；
所述第三电容的一端与所述第三双栅并联场效应晶体管的第一栅极连接，另一端与所述第二电导线连接。
8.根据权利要求7所述的基于双栅薄膜晶体管的动态补偿放大电路，其特征在于，还包括：第四电容和第十三场效应晶体管；
所述第十三场效应晶体管的栅极接入第三控制电压，所述第十三场效应晶体管的源极与所述第三双栅并联场效应晶体管的第二栅极连接，所述第十三场效应晶体管M1的漏极与所述第十二导线连接；
所述第四电容的一端与所述第一场效应晶体管的源极连接，另一端与所述第十三场效应晶体管的源极连接；
其中，所述第十一场效应晶体管的电子开关、所述第十二场效应晶体管的电子开关和所述第十三场效应晶体管的电子开关均由沟道区、漏区和源区组成；所述沟道区附近放置栅电极，所述漏区连接漏电极，所述源区连接源电极；
所述第三双栅并联场效应晶体管由沟道区、漏区和源区组成，所述沟道区附近放置两个栅电极，所述漏区连接漏电极，所述源区连接源电极；至少部分所述沟道区夹在所述第三双栅并联场效应晶体管的两个栅电极之间；
所述第十一场效应晶体管、所述第十二场效应晶体管和所述第十三场效应晶体管和所述第三双栅并联场效应晶体管均为薄膜场效应晶体管；
所述薄膜场效应晶体管的第三沟道区材料为非晶硅、多晶硅和金属氧化物半导体中的任一种；
所述金属氧化物半导体为氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化铟镓锌和氧化铟锡锌中的任一种。
9.一种单元器件，所述单元器件为权利要求1所述的子单元，其特征在于，包括：
衬底，位于所述单元器件的最底层；
第一绝缘层，沉积在所述衬底上；
第一导电层，沉积在所述第一绝缘层上；
第二绝缘层，沉积在所述第一导电层上；
有源层，沉积在所述第二绝缘层上，并图案化；
第三绝缘层，覆盖在所述有源层的表面；
第二导电层，沉积在所述第三绝缘层上，并图案化；
第四绝缘层，覆盖在所述第二导电层的表面；
第三导电层，沉积在所述第四绝缘层上，并图案化。
10.根据权利要求9所述的单元器件，其特征在于，
所述第一导电层形成为所述第一双栅并联场效应晶体管的第一栅极和所述第一电容的底电极；
所述有源层形成为所述第一双栅并联场效应晶体管的沟道、所述第一场效应晶体管的沟道、所述第二场效应晶体管的沟道和所述第一电容的极板；
所述第二导电层形成为所述第一双栅并联场效应晶体管的第二栅极、所述第一场效应晶体管的顶栅和所述第二场效应晶体管的顶栅；
所述第三导电层形成为所述第一双栅并联场效应晶体管的源极和漏极、所述第一场效应晶体管的源极和漏极、所述第二场效应晶体管的源极和漏极、所述第一电容的极板电极。
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