CN1882951A - 具有分布于薄膜上方的传感器电子设备的手指生物测量传感器以及单晶基底和相关方法 - Google Patents

Abstract

一种手指生物测量传感器包括薄膜基底、薄膜基底上的薄膜晶体管(TFT)层，以及相邻于TFT层并用于接纳相邻的手指的电场传感电极阵列。TFT层包括多个TFT，其限定相应用于每个电场传感电极的TFT放大级。传感器还包括用于施加电场到手指的手指激励电极，以及至少一个相邻于薄膜基底的集成电路。该至少一个集成电路包括单晶基底和相邻于该单晶基底并连接到TFT放大级的处理电路。

Description

具有分布于薄膜上方的传感器电子设备 的手指生物测量传感器以及单晶基底和相关方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2003年9月24日提交的美国临时申请No.60/505,659的优先权，该美国临时申请的整个内容在此被结合作为参考。

技术领域

本发明涉及个人识别和验证领域，更具体而言，涉及指纹传感和处理。

背景技术

指纹传感和匹配是一种可靠的、广泛应用于个人识别或验证的技术。尤其是，一种普通的指纹识别方法需要扫描一个指纹样本或其图像，并存储该图像和/或该指纹图像的独特特征。指纹样本的特征可以和已经在数据库中的参考指纹信息进行比较，以确定合适的个人识别，比如用于验证目的。

近年来，利用射频(RF)电场来构建高质量电子指纹传感设备已经是比较实际和经济的，从而开发出指纹图案的电子表示形式。这种设备已经被构造成单晶硅基底上的标准CMOS集成电路。这些过程需要该电子结构从每一个传感器象素或者构建于该象素正下方的传感电极读取信号。将信号调节电子设备或传感安培表定位于象素下面，这对于获得电路的准确性能而言是重要的。

一个这种RF指纹传感设备公开于Setlak等人申请的美国专利No.5,940,526中，其中Setlak等人被指定为本发明的受让人。该专利公开了一种集成电路指纹传感器，其包括一组射频传感电极，以提供指纹摩擦凸凹纹(ridges and valleys)的准确图像。更特别的，该射频传感例如可以对皮肤表面正下方的活性组织体进行成像，从而减少误传感。Setlak等人的这个专利的整个内容在此结合作为参考。

指纹传感设备的另一个例子被公开于Knapp申请的美国专利No.5,325,442中。该指纹传感设备具有一个传感元件的行/列阵列，其被耦合到驱动电路，还具有分别由行和列导体组成的传感电路。这些传感元件可以由驱动电路有源(actively)寻址。每一个传感元件包括一个传感电极和切换装置，比如薄膜晶体管(TFT)切换装置，以便有源寻址这些传感电极。传感电极由绝缘材料所覆盖，并用于接纳手指。通过施加电位到传感电极并测量充电特性，源自个人手指表面部分结合传感电极的电容由传感电路进行传感。

历史上，电子集成电路通常通过使用具有较小电子设备几何形状的构建过程来实现构建成本的减小。利用较小的设备几何形状，电路本身变得较小，所需要的硅也减少，从而构建所需成本减少。然而，电子指纹传感器却通常不能制造得比需要成象的手指皮肤面积还要小。较小的元件几何形状不会大大减小指纹传感器口型尺寸或者成本。较小元件几何形状的唯一结果是在传感器象素下面出现未使用硅区域。

减少指纹传感成本的一种方法是，设计出能够利用较小皮肤面积的图象进行有效工作的系统。该方法已经在许多设备当中采用。第二种方法是，利用滑动传感器。利用滑动传感器，不论手指还是传感器都在数据获取过程中运动，这使得可以采用小型传感器来产生较大块皮肤的图象。然而，滑动传感器会有严重的图象失真，并且/或者它们会提供一种不方便的用户范例。

发明内容

考虑到上述背景技术，因此本发明的一个目的是，提供一种手指生物测量传感器，其提供所需的传感特性，而不需要在传感电极或象素下面设置相对较大的半导体基底。

通过如下的一种手指生物测量传感器来提供根据本发明的这个和其它目的、特性以及优点，其中该手指生物测量传感器包括薄膜基底、薄膜基底上的薄膜晶体管(TFT)层，以及相邻于TFT层并用于接纳相邻的手指的电场传感电极阵列。TFT层包括多个TFT，其限定用于每个电场传感电极的相应TFT放大级。传感器还包括用于施加电场到手指的手指激励电极，以及至少一个相邻于薄膜基底的集成电路。该至少一个集成电路包括单晶基底和相邻于该单晶基底并连接到TFT放大级的处理电路。这样，薄膜基底提供了一种例如在单晶基底上生产电极阵列的相对较低成本的可选方案。

更具体而言，TFT层还包括多个TFT切换电路，每一个TFT切换电路连接到相应TFT放大级的输出和处理电路之间。此外，该至少一个集成电路还包括相邻于该单晶基底、并用于选择性操作TFT切换电路的寻址电路。该寻址电路选择性操作TFT切换元件，以提供时域多路复用或频域多路复用两者中的至少一个。进而，TFT切换元件设置成行和列，寻址电路顺序操作TFT切换电路的至少一个行和列。

每个TFT放大级包括一个差分TFT对，该至少一个集成电路还包括多个相邻于单晶基底的增益放大级，每一个增益放大级都连接在相应TFT放大级和处理电路之间。此外，每个增益放大级在反馈回路中连接到其相应TFT放大级。

该至少一个集成电路还包括相邻于单晶基底、并用于使用交流(AC)信号来驱动手指激励电极的激励驱动放大器。此外，该至少一个集成电路还包括用于选择性操作TFT放大级的寻址电路。寻址电路包括用于解调来自TFT放大级的信号的解调器，以及连接到该解调器下端的模数转换器(ADC)。

指纹传感器还包括相应屏蔽电极，其和每个电场传感电极相关，用于将每个电场传感电极屏蔽于相邻的电场传感电极。以及，每个TFT放大级驱动用于其相应电场传感电极的屏蔽电极。基于静止手指位置或滑动手指位置，电场传感电极阵列产生手指生物测量数据。

本发明的方法方面是一种用于制造手指生物测量传感器的方法，该方法包括：在薄膜基底上形成TFT层，相邻于该TFT层形成用于接纳相邻手指的电场传感电极阵列。TFT层包括多个TFT，其限定用于每个电场传感电极的相应TFT放大级。该方法还包括：相邻于电场传感电极阵列形成手指激励电极，以及定位至少一个集成电路相邻于薄膜基底。该至少一个集成电路包括单晶基底以及相邻于该单晶基底的处理电路。此外，该方法还包括连接处理电路到TFT放大级。

附图说明

图1是根据本发明的手指生物测量传感器的透视图。

图2是图1的手指生物测量传感器的电场传感电极的示意性横截面图。

图3是图1的手指生物测量传感器的示意性方块图。

图4是和图1的手指生物测量传感器的电场传感电极相关的薄膜晶体管(TFT)电子设备的示意性方块图。

图5是和图1的手指生物测量传感器的电场传感电极相关的TFT电子设备的一种可选实施例的示意性方块图。

图6-10是包括分流(split)运算放大器结构的图1的手指生物测量传感器的实施例的示意性方块图。

图11是根据本发明用于制造生物测量传感器的方法的示意性方块图。

具体实施方式

下面将参照附图更加全面的描述本发明，其中在附图中示出本发明的优选实施例。然而，本发明还可以实现为许多不同的形式，而不应当被构建限制于这里提出的实施例。相反，提供这些实施例是为了让本公开内容变得透彻和完整，并且将向本领域技术人员完全的传达本发明的范围。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的部件，数字符号以及复合数字符号用来表示相应实施例中的类似部件。

通常来说，本发明的目的旨在提供一种用于设计手指生物测量传感器的方法，其中相对较低成本的压板结构被用来隔开跨过若干不同基底的所需电路。也就是，相对较低成本的压板模片被用于手指传感结构以及相关电路，以及标准单晶半导体模片被用于高性能电子元件。该电路优选的脱离薄膜基底设置，例如，位于高性能硅上等等，该电路提供以下功能的一些或全部：高增益带宽放大；可调信号增益和偏差；解调和过滤；模数转换；激励信号发生和同步；数字缓冲、处理以及通信；以及计时、定时以及控制信号。

相比于在单晶半导体(例如，硅)基底上获得的性能而言，在低成本基底上构建的电子电路的性能通常比较差。因此，希望最小化位于低成本压板基底上的性能决定性电路的数量，而是在可能情况下在单晶硅模片中实现这些功能。相反，如果能够实现足够性能的话，非决定性电路在低成本基底上构建要比在单晶硅上构建便宜。这两个因素的平衡，结合互连问题以及其它系统性考虑，制造出具有最大成本效率的传感器。

利用上述谈及的设计考虑，现在参照图1和2，其中首先描述了根据本发明的手指生物测量传感器20。传感器20能够利用低成本薄膜半导体构造方法来产生高质量指纹图象。传感器20利用射频(RF)电场成象方法来获取高质量指纹图象。

手指生物测量传感器20因此是一种低成本、高质量的传感器，其采用适用于在薄膜半导体设备的限制内进行操作的电子电路。此外，薄膜半导体技术可以结合其它低成本构建方法来实现高性能成象所需的复合象素结构，这将在下面进一步讨论。进而，具有小几何形状的薄膜压板(也就是，手指传感区域)结构结合到单晶硅集成电路，以实现所需的系统性能。

手指生物测量传感器20如图所示包括薄膜基底21，在该薄膜基底上具有薄膜晶体管(TFT)半导体层22。压板包括叠加在TFT层22上面的第一介电层24、叠加在第一介电层上面的接地面25，以及叠加在接地面上面的第二介电层26。

传感器象素结构阵列23形成在第二介电层26上，每一个都包括位于第二介电层26上的电场传感电极27。在图2所示的实施例中，传感电极27或板基本上是圆的，每个传感电极可选的具有与其相关的相应环形屏蔽电极28，该屏蔽电极用于将每个电场传感电极屏蔽于相邻场传感电极。传感电极27和屏蔽电极28也可以采用其它形状。在所示实施例中，传感电极基于手指30的静止位置来产生手指生物测量数据。然而，在其它实施例，可以使用包括一个或多个象素行的较小阵列44来提供滑动手指生物测量传感器，其基于滑动手指位置来产生手指生物测量数据，这对于本领域技术人员来说是容易理解的。

象素结构23还包括叠加在传感电极27和屏蔽电极28上面的第三介电层29。第三介电层29用于接纳将被传感电极28传感或读取的手指30的那部分。应当注意，在图3中手指30并没有依比例来画出，而是包含在该图中以提供压板和象素结构23的参考框架。关于所述压板和象素结构的进一步细节被提供于上述美国专利No.5,940,526中，以及美国专利No.5,963,679中，该专利的整个内容也在此被结合作为参考。

TFT层22包括多个TFT(见图6)，其限定用于每个电场传感电极的相应TFT放大级37。传感器电极27通过通路35连接到相应TFT放大级37，该路由延伸通过第一和第二介电层24、26。此外，每个TFT放大级37经路由36驱动用于其相应电场传感电极27的屏蔽电极28，如图所示。

相比于连接TFT放大级37和路由35、36的导电互连，接地层25、第二介电层26、传感电极27以及屏蔽电极28可以利用相对较低的成本以及较低精度的图案沉积方法来构建。在这个方面，指纹传感器象素23能够视为类似于有效矩阵LCD显示器中的显示象素，这对于本领域技术人员而言是容易理解的。

手指生物测量传感器20还包括用于施加电场到手指30的手指激励电极38。在所示实施例中，手指激励电极相邻于电场传感电极阵列27，虽然并不是在所有实施例都需要是这样。传感器20如图所示还包括一个或多个相邻于薄膜基底的集成电路(IC)39。可以在薄膜基底22、象素结构23以及IC39上方形成保护性上模40，以便对其提供保护，这对于本领域技术人员而言是容易理解的。

通常来说，来自传感电极27的信号首先由TFT放大级37进行处理，以提供所需的阻抗匹配，然后进一步由IC39的处理电路进行处理。通常需要进行阻抗转换，这是由于大多数象素信号转换器都是不能直接驱动阵列总线的高阻抗结构。也可以使用较低阻抗的信号来驱动传感电极27周围的保护屏蔽28。保护屏蔽28减小象素间串扰，增强传感器的有效分辨率。

IC39可以例如是CMOS特定用途集成电路(ASIC)，其利用标准CMOS处理技术进行构建，然而也可以采用其它合适的IC。IC39包括单晶半导体基底41(例如，硅，锗)和处理电路，处理电路相邻于单晶基底并连接到TFT放大级。

此外，现在转到图3，IC39的处理电路通常包括某些特定象素电子设备、模拟输出通道电子设备以及模数转换器(ADC)电子设备。更具体而言，特定象素电子设备如图所示包括用于每个TFT放大级37的相应双同步解调器45，其具有连接到其相应TFT放大级的输出的第一输入。相应z矩阵滤波器46也在其输入端连接到相应TFT放大级37的输出，而z矩阵滤波器的输出连接到解调器45的第二输入。象素电子设备还包括相应双模拟多路复用器47，其与每个解调器45相关，而该多路复用器具有用于接收解调器的双输出的双输入。

多个多路复用器47的双输出被提供给模拟输出通道电子设备，其如图所示包括差分输入积分器/滤波器50，差分输入积分器/滤波器50具有连接到多路复用器的双输出的反相和非反相输入。通道偏差归零伺服电路51连接到差分输入积分器/滤波器50，而该积分器/滤波器的输出被提供给采样保持电路52。

ADC部55连接到模拟输出通道电子设备的下端，如图所示其包括用于接收采样保持电路52的输出的16:1模拟多路复用器56。当然，也可以采用其它尺寸的多路复用器。ADC电路57(例如，3比特位)将来自模拟多路复用器56的输出转换成数字比特位，其在经通信通道、信号线等等进行通信之前由缓冲器58进行缓冲。ADC电路57由参考信号发生器59(例如，5比特位)进行控制。

集成电路39还包括用于驱动手指激励电极38的激励发生器60。激励电路如图所示包括激励信号合成器61，其提供多比特位(例如，5)输出到参考数模(D/A)转换器62(例如，5比特位)。来自D/A转换器62的模拟输出输入到激励驱动放大器63，其利用交流(AC)信号驱动手指激励电极38，以提供RF电场指纹传感，这对于本领域技术人员而言是容易理解的。在美国专利No.5,862,248中进一步描述了，利用围绕阵列的封装的导电顶表面来承载激励信号，以及将该信号电容性耦合到手指中，据此该美国专利的整个内容在此被结合作为参考。激励信号合成器61还提供激励解调同步信号给双同步解调器45。

集成电路39如图所示还包括模拟子系统控制器65，其可选包括主增益和偏置电路66，该电路连接到积分器/滤波器50。模拟子系统控制器65还包括扫描控制器67，其连接到模拟多路复用器56、采样保持电路52、通道偏差归零伺服电路51以及双模拟多路复用器47。控制器65如图所示还包括一个或多个寻址电路，比如环形计数器68，其用于选择性操作TFT放大级，这将在下面进一步描述，以及包括传感放大器功率和偏置开关69。环形计数器68和传感放大器功率和偏置开关69接收来自扫描控制器67的输出。

环形计数器68提供馈电输出信号到双同步解调器45，选择信号输出到z矩阵滤波器46，以及将有源输出信号输出到传感放大器功率和偏置开关69。传感放大器功率和偏置开关69连接到TFT放大级37以及如图所示的相应DC恢复电路48，其用于选择性切换TFT放大级的开和关，以使得来自不同传感电极27的输入能够被选择性或者顺序性读取。

如上所述，由于压板是传感器20的大尺寸受限部分，所以，希望利用尽可能最低成本的过程以及材料来制造它。一些可能的低成本半导体构建技术包括经典硅方法(例如，沉积，扩散，光蚀刻处理，等等)、丝网印刷和镂花涂装法、墨水喷射印刷法，等等。这些方法所采用的材料包括单晶硅、多晶硅、玻璃上的硅、塑性或合成基底上的有机和塑性半导体，等等。其它低成本构建技术继续发展，以使得能够用于以这里所述的方式来构建所设计的传感器，这对于本领域技术人员来说是容易理解的。

应当注意的是，低成本构建过程和基底材料通常产生低质量晶体管。这会导致低增益、低增益/带宽产品、关断时的漏电高于期望值、开启时的阻抗高于期望值，以及通过膜片以及膜片之间的设备到设备的变化量大于期望值。因此，需要在某些应用场合进行适当的设计调整，以消除这些缺陷，这对于本领域技术人员来说是容易理解的。

与其选择性开关TFT放大级37以读取不同传感电极27，还不如结合使用多路切换阵列和一小组阵列总线将信号从所有传感电极27传送到IC39的处理电路。可以使用多种形式的多路传输，包括直接寻址、时域切换、频域调制、代码调制，等等。

参照图4，现在描述用于简化的两行两列传感器的时域多路复用的实施例。相应TFT切换元件70连接到每个TFT放大级37的输出端。TFT切换元件70连接到环形计数器68，其一次开关一列TFT切换元件(如果需要，开关一行)，以使得给定列的所有传感电极27的输出一次被读取。代表给定行的每个传感电极27的一序列调幅信号因此经相应行总线被输出到处理电路，一次一个传感电极。虽然在图4中已经示意性示出，但是，应当注意，行实际上和共面的传感电极27是并排的，这对于本领域技术人员来说是容易理解的。

现在又转到图5，现在描述频域多路复用的实施例。在该实施例中，非线性电路元件接收相应TFT放大级37的输出以及来自不同类型的寻址电路的信号作为输入，不同类型的寻址电路也就是频率合成器72′。来自频率合成器72′的信号均具有与其相关的多个不同频率F1、F2等等当中相应的一个频率。非线性电路元件71′产生和两个输入信号的乘积成比例的输出信号分量。因此，行总线变成求和总线，在该总线上，来自不同频率的行中的每个传感电极27的调幅信号之和被求和。也就是，来自给定行的所有传感电极的信号可以同时出现，利用公知的频率解调技术可以对被求和信号有利地进行解码，这对于本领域技术人员来说是容易理解的。

还参照图6，在一些低成本半导体过程中，可以构建造度平衡的差分晶体管对，其可以用作TFT放大级37。这种差分对可以用作运算放大器的前端或第一级，而运算放大器的第二增益级75可以包含于IC39中。换言之，在这种“分流”运算放大器设计中，运算放大器被横穿两个(或更多)基底而划分。也就是，在相对较低成本的薄膜基底22上的传感电极37下面构建第一差分放大级37，以提供所需的阻抗转换和切换功能。运算放大器的随后一级(或几级)75被构造在IC39的单晶基底上。

增益级75提供具有充足带宽的高开环增益，以使得负反馈的高电平能够回到第一放大级37。反馈可以用来补偿低成本基底上元件的性能变化量和弱性，可以产生大大优于在单独的低成本基底上通常可以获得的、或者当前端放大级没有很强耦合到较高性能后端级时的总体电路性能和象素到象素一致性。

多种电路结构可以用于第一TFT放大级37，这依赖于所使用的该特定过程的具体强度和弱性。例如，可以实施分流运算放大器概念的许多变化，以助于减轻许多种类的低成本压板构建过程中的具体弱性。在图6中示出采用了穿过基底边界的单端信号线的分流运算放大器。在一些实施例中如果希望采用穿过基底边界的差分信号路径，可以实现改良性能，如图7所示。该概念可以延伸到对于信号路径和反馈路径都采用差分结构，这对于本领域技术人员来说是容易理解的。

如上所述，一些种类的传感元件27受益于在传感电极之间采用屏蔽电极28。在图8中示出一种分流运算放大器方法，其可以用于屏蔽电极28″，采用了通过高性能硅放大器增益级75″来改良的低阻抗反馈信号。如果总体运算放大器被构建用于单位闭环增益，则反馈信号将紧密追踪传感器27″信号，并提供屏蔽电极28″所需的低阻抗解耦信号，这对于本领域技术人员来说是容易理解的。

根据另一个有利方面，还可以采用一种分流运算放大器电流吸收器来切换差分TFT对中的偏流的开关，从而有效执行基于时间的多路复用所需的切换功能，如图9所示。这里，复合传感电极27连接到相同信号和反馈总线，一次仅激活一个差分对，这样电流仅仅由一个被电流激活的差分对通过信号线来牵曳。

在一些实施例中，如果从反馈线获得屏蔽电极28的驱动，那么希望从反馈线断接用于未激活传感电极27的该屏蔽电极，从而避免过载。多种不同电路结构可以用于该目的，其中一个示出于图10中，其中电路元件76″″用于选择性将屏蔽电极断接于它的反馈线。

在该所示例子中还示出了两种其它类型的能够被实施的性能增强。一种是被切换DC中心调整电路，不管切换晶体管泄漏如何，该电路都可以维持到传感器的极高输入阻抗，第二种是一种机械装置，其通过减小穿过这些晶体管的电压降到几乎为零，从而最小化通过未激活第一级晶体管的来自信号总线的漏电，如图所示。

如果传感电极27信号的总线汇流连接处理得当，则可以激活在被测量的特定传感电极周围的区域中的传感电极。可以这样实施，以使得通过耦合TFT放大级37到阻抗基体，从而能够执行下象素图象处理，这例如在美国专利No.6,067,368中进行了描述。还在该′368专利中加以描述的下象素空间滤波也可以用于帮助标准化阵列输出，还可以补偿穿过低成本压板阵列的半导体特性中的变化，这对于本领域技术人员来说是容易理解的。以及，系统的动态范围可以通过机械装置来调节，比如美国专利No.6,259,804中所描述的这些机械装置，从而使得系统能够适于宽泛种类的手指和传感器的操作所需的环境。据此，每一个上述专利的整个内容都在此被结合作为参考。

用于低成本压板材料的表面涂层可以依赖于所使用的具体基底和构建过程而变化。采用非常硬材料的薄层的类似玻璃的涂层(类似于单晶硅传感器中使用的涂层)可能可以用于玻璃基底薄膜结构。然而，用作薄膜装置顶表面的较厚聚合体涂层可以大大削弱直接读取电子传感器中的电场。

对于采用低温处理的柔性基底，比如塑性/有机半导体结构，采用非常硬材料的薄层并不实际。这些系统将会优选的采用柔性涂层。在上述两种情况中，可以有效的采用具有高电介电常数和/或各向异性介电常数的合成材料(比如，在美国专利No.6,088,471中所描述的那样，据此该专利的整个内容在此被结合作为参考)来作为保护性涂层。这些材料可以包括带有嵌入其中的电激活颗粒的聚合体矩阵。已经发现，这些材料的比较厚的涂层对于单晶硅指纹传感器来说是有效的。

手指生物测量传感器20还可以采用同步解调方案或其它相位敏感解码机械装置来将来自象素传感器的AC信号转换成凸凹纹(ridgeand valley)结构的电子表示形式。相位差别可以用于改进出汗手指或表面被污染的手指的成象，这对于本领域技术人员来说是容易理解的。手指皮肤的复阻抗(complex impedance)的测量也可以用于区分真手指和假手指，这在美国专利5,953,441中进行了描述，该专利的整个内容也在此被结合作为参考。比如美国专利5,965,415中所述的密码功能也可以结合到IC39中，以防止对传感器的外部接口进行的安全攻击，据此该专利的整个内容在此被结合作为参考。

如上所述，在手指生物测量传感器20和基于TFT的激活矩阵液晶显示器(LCD)所通用的结构之间具有一定的相似度。该相似度有利的使得整个传感器20的构建可以和现存显示器生产设备兼容。此外，在一些应用场合，可能可以结合手指生物测量传感器20和激活矩阵LCD的结构，这对于本领域技术人员来说是容易理解的。

上述设计技术可以用于构造标准两维传感阵列，其可用于简单的触摸型手指表象。当然，还可以采用一维的和 维的传感阵列，比如那些用于手指表象期间的撞击手指运动中的阵列。还应当注意，上述手指生物测量传感器可以采用不同的传感阵列，比如，在一些实施例中，采用容性传感阵列等等，这对于本领域技术人员来说是容易理解的。此外，通过这里描述的技术，采用复合生物测量传感阵列也是有利的，比如本发明受让人所受让的2004年9月3日提交的美国专利申请序列号No.10/935,704“MULTI-BIOMETRIC FINGER SENSORUSING DIFFERENT BIOMETRICS HAVING DIFFERENTSELECTIVETIES AND ASSOCIATED METHODS”所公开的那样，该专利的整个内容在此被结合作为参考。

柔性塑性识别(ID)卡的商用用户(当电子设备被建入卡中时其通常被成为“智能卡”)将长期希望结合指纹传感器到卡本身上。这在以前通常不太实际，因为建在硅或玻璃基底上的传感器太刚性/脆性而不能容许塑性ID卡所需的柔性。上述技术可以利用比如塑性/有机半导体的柔性基底来用于指纹压板，从而可以物理上实际的结合指纹传感器到柔性智能卡中，这对于本领域技术人员来说是容易理解的。当然，手指生物测量传感器20可以用于许多类型的装置，比如例如上述美国专利No.5,963,679中所述的那样。

现在将参照图11来描述本发明的一种用于制造手指生物测量传感器20的方法方面。该方法开始于(方块110)在薄膜基底21上形成TFT层22，在方块111，并且相邻于用于接纳相邻手指的TFT层形成电场传感电极27的阵列，在方块112。TFT层22可以包括多个TFT，其限定用于每个电场传感电极27的相应TFT放大级37。

该方法还包括相邻于电场传感电极27形成手指激励电极38，在方块113，以及将至少一个集成电路39定位为相邻该薄膜基底，在方块114。该至少一个集成电路39包括单晶基底41以及相邻于该单晶基底的处理电路。此外，该方法还包括连接处理电路到TFT放大级37，在方块115，如上所述，因此，结束所示方法(方块116)。基于上述讨论可以理解出本发明的进一步的方法方面。

利用上述描述和相关附图中提出的教义，本领域技术人员可以进行许多变型和获得本发明的其它实施例。因此，可以理解的是，本发明不限于所公开的具体实施例，这些变型和实施例都应当包含于附属的权利要求的范围之内。

Claims (44)

1.一种手指生物测量传感器，包括：

薄膜基底；

所述薄膜基底上的薄膜晶体管(TFT)层；

相邻于所述TFT层并用于接纳与它邻近的手指的电场传感电极阵列；

所述TFT层包括多个TFT，其限定用于每个电场传感电极的相应TFT放大级；

用于施加电场到手指的手指激励电极；以及

至少一个相邻于薄膜基底的集成电路，包括单晶基底，和

相邻于所述单晶基底并连接到所述TFT放大级的处理电路。

2.根据权利要求1所述的手指生物测量传感器，其中所述TFT层还包括多个TFT切换电路，每一个TFT切换电路连接到相应TFT放大级的输出和所述处理电路之间；所述至少一个集成电路还包括相邻于所述单晶基底、并用于选择性操作所述TFT切换电路的寻址电路。

3.根据权利要求2所述的手指生物测量传感器，其中所述寻址电路选择性操作所述TFT切换元件，以提供时域多路复用。

4.根据权利要求2所述的手指生物测量传感器，其中所述寻址电路选择性操作所述TFT切换元件，以提供频域多路复用。

5.根据权利要求2所述的手指生物测量传感器，其中所述TFT切换元件设置成行和列；以及其中所述寻址电路顺序操作所述TFT切换电路的至少一个行和列。

6.根据权利要求1所述的手指生物测量传感器，其中每个TFT放大级包括一个差分TFT对；以及其中所述至少一个集成电路还包括多个相邻于所述单晶基底的增益放大级，每一个增益放大级都连接在相应TFT放大级和所述处理电路之间。

7.根据权利要求6所述的手指生物测量传感器，其中每个增益放大级在反馈回路中连接到其相应TFT放大级。

8.根据权利要求1所述的手指生物测量传感器，其中所述至少一个集成电路还包括相邻于所述单晶基底、并用于使用交流(AC)信号来驱动所述手指激励电极的激励驱动放大器。

9.根据权利要求1所述的手指生物测量传感器，其中所述至少一个集成电路还包括用于选择性操作所述TFT放大级的寻址电路。

10.根据权利要求1所述的手指生物测量传感器，还包括相应屏蔽电极，其和每个所述电场传感电极相关，用于将每个电场传感电极与相邻的电场传感电极相屏蔽。

11.根据权利要求10所述的手指生物测量传感器，其中每个TFT放大级驱动用于其相应电场传感电极的所述屏蔽电极。

12.根据权利要求1所述的手指生物测量传感器，其中所述处理电路包括：

用于解调来自TFT放大级的信号的解调器；以及

连接到该解调器下端的模数转换器(ADC)。

13.根据权利要求1所述的手指生物测量传感器，其中基于滑动手指位置，所述电场传感电极阵列产生手指生物测量数据。

14.根据权利要求1所述的手指生物测量传感器，其中基于静止指纹位置，所述电场传感电极阵列产生手指生物测量数据。

15.一种手指生物测量传感器，包括：

薄膜基底；

所述薄膜基底上的薄膜晶体管(TFT)层；

用于接纳与其相邻的手指的电场传感电极阵列；

所述TFT层包括多个TFT，其限定相应用于每个电场传感电极的TFT放大级，包括多个TFT切换电路，每一个TFT切换电路连接在相应TFT放大级的输出和所述处理电路之间；

用于施加电场到手指的手指激励电极；以及

相邻于所述薄膜基底的至少一个集成电路，其包括：

单晶基底，

相邻于所述单晶基底用于选择性操作所述TFT切换电路的寻址电路，

相邻于所述单晶基底、并用于使用交流(AC)信号来驱动所述手指激励电极的激励驱动放大器，以及

相邻于所述单晶基底并连接到所述TFT放大级的处理电路。

16.根据权利要求15所述的手指生物测量传感器，其中所述寻址电路选择性的操作所述TFT切换元件，以提供时域多路复用。

17.根据权利要求15所述的手指生物测量传感器，其中所述寻址电路选择性操作所述TFT切换元件，以提供频域多路复用。

18.根据权利要求15所述的手指生物测量传感器，其中所述TFT切换元件设置成行和列；以及其中所述寻址电路顺序操作所述TFT切换电路的至少一个行和列。

19.根据权利要求15所述的手指生物测量传感器，其中每个TFT放大级包括差分TFT对；以及其中所述至少一个集成电路还包括多个相邻于所述单晶基底的增益放大级，每一个增益放大级都连接在相应TFT放大级和所述处理电路之间。

20.根据权利要求19所述的手指生物测量传感器，其中每个增益放大级在反馈回路中连接到其相应TFT放大级。

21.根据权利要求15所述的手指生物测量传感器，还包括相应屏蔽电极，其和每个所述电场传感电极相关，用于将每个电场传感电极与相邻的电场传感电极相屏蔽。

22.根据权利要求15所述的手指生物测量传感器，其中基于滑动手指位置，所述电场传感电极阵列产生手指生物测量数据。

23.根据权利要求15所述的手指生物测量传感器，其中基于静止指纹位置，所述电场传感电极阵列产生手指生物测量数据。

24.一种手指生物测量传感器，包括：

薄膜基底；

所述薄膜基底上的薄膜晶体管(TFT)层；

相邻于所述TFT层用于接纳与其邻近的手指的电场传感电极阵列；

所述TFT层包括多个TFT，其限定相应用于每个电场传感电极的TFT放大级，以及每个TFT放大级包括差分TFT对；以及

相邻于所述薄膜基底的至少一个集成电路，包括

单晶基底，

相邻于所述单晶基底的处理电路，以及

多个相邻于所述单晶基底的增益放大级，每一个增益放大级都连接在相应TFT放大级和所述处理电路之间。

25.根据权利要求24所述的手指生物测量传感器，其中所述TFT层还包括多个TFT切换电路，每一个TFT切换电路连接到相应TFT放大级的输出和所述处理电路之间；所述至少一个集成电路还包括相邻于所述单晶基底、并用于选择性操作所述TFT切换电路的寻址电路。

26.根据权利要求25所述的手指生物测量传感器，其中所述寻址电路选择性操作所述TFT切换元件，以提供时域多路复用。

27.根据权利要求25所述的手指生物测量传感器，其中所述寻址电路选择性操作所述TFT切换元件，以提供频域多路复用。

28.根据权利要求25所述的手指生物测量传感器，其中所述TFT切换元件设置成行和列；以及其中所述寻址电路顺序操作所述TFT切换电路的至少一个行和列。

29.根据权利要求24所述的手指生物测量传感器，其中每个增益放大级在反馈回路中连接到其相应TFT放大级。

30.根据权利要求24所述的手指生物测量传感器，还包括和每个所述电场传感电极相关的相应屏蔽电极，用于将每个电场传感电极与相邻的电场传感电极相屏蔽。

31.根据权利要求24所述的手指生物测量传感器，其中基于滑动手指位置，所述电场传感电极阵列产生手指生物测量数据。

32.根据权利要求24所述的手指生物测量传感器，其中基于静止指纹位置，所述电场传感电极阵列产生手指生物测量数据。

33.根据权利要求24所述的手指生物测量传感器，还包括用于施加电场到手指的手指激励电极；以及其中所述至少一个集成电路还包括激励驱动放大器，其相邻于所述单晶基底，用于利用交流(AC)信号来驱动所述手指激励电极。

34.一种用于制造手指生物测量传感器的方法，包括：

在薄膜基底上形成薄膜晶体管(TFT)层，TFT层包括多个TFT，其限定多个TFT放大级；

形成相邻于该TFT层的、用于接纳与其相邻的手指的电场传感电极阵列，每个电场传感电极和相应TFT放大级相关；

形成用于施加电场到手指的手指激励电极；

定位至少一个集成电路相邻于薄膜基底，该至少一个集成电路包括相邻于单晶基底的单晶基底处理电路；以及

连接处理电路到TFT放大级。

35.根据权利要求34所述的方法，其中TFT层还包括多个TFT切换电路，每一个TFT切换电路连接到相应TFT放大级的输出和处理电路之间；以及其中至少一个集成电路还包括相邻于单晶基底、并用于选择性操作TFT切换电路的寻址电路。

36.根据权利要求35所述的方法，其中寻址电路选择性地操作TFT切换元件，以提供时域多路复用。

37.根据权利要求35所述的方法，其中寻址电路选择性地操作TFT切换元件，以提供频域多路复用。

38.根据权利要求35所述的方法，其中TFT切换元件设置成行和列；以及其中寻址电路顺序操作TFT切换电路的至少一个行和列。

39.根据权利要求34所述的方法，其中每个TFT放大级包括一个差分TFT对；以及其中至少一个集成电路还包括多个相邻于所述单晶基底的增益放大级，以及还包括将每一个增益放大级连接在相应TFT放大级和所述处理电路之间。

40.根据权利要求39所述的方法，其中连接每个增益放大级包括在反馈回路中连接每个增益放大级到其相应TFT放大级。

41.根据权利要求34所述的方法，其中所述至少一个集成电路还包括相邻于所述单晶基底、并用于使用交流(AC)信号来驱动所述手指激励电极的激励驱动放大器。

42.根据权利要求34所述的方法，还包括形成相应屏蔽电极，其用于将每个电场传感电极与相邻的电场传感电极相屏蔽。

43.根据权利要求34所述的方法，其中所述电场传感电极阵列用于基于滑动手指位置产生手指生物测量数据。

44.根据权利要求34所述的方法，其中所述电场传感电极阵列用于基于静止指纹位置产生手指生物测量数据。

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