DE69306153T2

DE69306153T2 - Detektorelement für Oberflächen-Druckverteilung des Matrixtyps

Info

Publication number: DE69306153T2
Application number: DE69306153T
Authority: DE
Inventors: Teruhiko Tamori
Original assignee: Enix Corp
Current assignee: Bmf Corp Kawasaki Kanagawa Jp
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1993-04-08
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2013-04-09
Also published as: JPH06288846A; JPH0758235B2; EP0566337A3; EP0566337B1; DE69306153D1; EP0566337A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiter-Oberflächendruck-Detektorelement vom Matrixtyp und insbesondere auf Mittel zum Lesen von Druckverteilungen auf kleinen Oberflächen, wie sie sich aus den Erhebungen und vertiefungen eines Fingerabdruck-Musters ergeben.
Zur Zweckdienlichkeit des Ausdrucks verwenden die Beschreibung und die Ansprüche die Begriffe "Reihe, Spalte, horizontal, vertikal und Matrix", um eine orthogonale Anordnung zu beschreiben. Diese Ausdrücke identifizieren nicht notwendigerweise irgendeine andere besondere Orientierung als die orthogonale Be ziehung. Auch wird die Erfindung nachfolgend hinsichtlich MOS-Feldeffekttransistoren beschrieben. Jedoch ist verständlich, daß auch andere Typen von Transistoren verwendet werden können. Daher sollte in der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen die Bezugnahme auf MOS-Feldeffekttransistoren so aufgefaßt werden, daß sie jeden geeigneten Transistor meint.
Eine Fingerspitze ist ein Beispiel fur eine Vorrich tung zum Ausüben einer Druckverteilung auf eine sehr kleine Oberfläche in einem festen Muster. In einem herkömmlichen Fingerabdruckmuster-Erfassungssgerät wird eine Fingerspitze mit einer Oberfläche eines Prismas, das mit Licht bestrahlt wird, in Kontakt gebracht. Das Licht wird mit Widerhall von der Prismenoberfläche reflektiert und von einem Fotodetektor- Element empfangen, wie einem CCD-(Ladungsverschiebe- Element). Jedoch ist dieses Verfahren empfänglich für schädliche Einflüsse wie solchen, die sich aus Schweiß und Feuchtigkeit ergeben, bis zu einem Ausmaß, daß ein Fingerabdruck-Muster nicht genau erfaßt und gelesen werden kann. Der Schweiß der Person, dessen Fingerabdruck zuletzt gemessen wurde, kann noch auf der Oberfläche des Prismas sein, um Meßfehler zu verursachen, wodurch sich falsche Lesungen und Unannehmlichkeiten für die Personen ergeben, deren Fingerabdrücke gelesen werden.
Genauer gesagt, der Rückstand kann Licht absorbieren, das von außen für die Messung eines Fingerabdrucks eingestrahlt wurde. Wegen dieses Rückstands findet eine kleine Reflexion des Lichts von der Oberfläche des Prismas statt, wodurch sich eine fehlerhafte Messung des Fingerabdrucks ergibt. Es kann auch viele andere Ursachen für Falschlesungen geben. Eine fehlerhafte Messung eines Fingerabdrucks kann nicht nur aufgrund des Rückstands von dem Schweiß einer Person, deren Fingerabdruck vorher gemessen wurde, erfolgen, sondern kann auch ein Ergebnis von Feuchtigkeit von irgendwoher wie Umgebungsfeuchtigkeit, Regen oder dergleichen sein. Trockenheit kann auch Falschlesungen bewirken aufgrund eines Versagens der Messung, eine totale Reflexion des Lichts von der Oberfläche des Prismas korrekt zu erfassen. Daher kann ein Fingerabdruck-Muster nicht immer genau durch ein Lichtleseverfahren erfaßt werden.
Zusätzlich erfordert dieses Verfahren nach dem Stand der Technik einen hohen Leistungsverbrauch und ist daher nicht geeignet für batteriebetriebene Lesegeräte. Daher sind die beschriebenen Fingerabdruck-Lesegeräte nach dem Stand der Technik nicht geeignet für Messungen im Freien, wie durch die Polizei, die im Freien arbeitet.
In der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 63-204374 offenbarte der vorliegende Erfinder ein Detektorgerät zum Lesen eines Fingerabdrucks in Abhängigkeit von den Druckdifferenzen oder dem Kontakt, der sich in einem Oberflächen-Druckverteilungs-Detektorgerät ergibt, welches von den vorerwähnten Problemen der Lichtreflexion frei ist. Gemäß dieser Offenbarung wird das Muster gefunden aufgrund einer Änderung in der Leitfähigkeit, die durch eine Druckdifferenz verursacht wird, die durch die Erhebungen ("Spitzen") und Vertiefungen ("Täler") einer einen Fingerabdruck bildenden Hautoberfläche ausgeübt wird. Der Detektor antwortet auf die Druckdifferenzen auf einem Blatt aus leitendem Gummi mit einer Leitfähig keit, welche in übereinstimmung mit dem Druck geändert wird. Eine Abtastelektroden-Matrix antwortete auf die Leitfähigkeitsänderungen, indem sie Signale in einer EIN/AUS- oder digitalen Weise abgab.
Der vorliegende Erfinder beschrieb als nächstes ein Oberflächen-Druckverteilungs-Detektorelement in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2-179735 und dem US-Patent Nr. 5 079 949. In diesem Element erstrecken sich Abtastelektroden in einer Richtung auf einem harten Substrat. Die Elektroden sind in einem vorbestimmten Abstand (50 bis 100 µm) voneinander angeordnet. Widerstandsfilme sind über den Abtastelektroden gebildet. Über den Widerstandsfilmen ist ein flexibler Film geschichtet, der eine untere Oberfläche mit Abtastelektroden, die sich in senkrechten Richtungen erstrecken, aufweist. Der Gesamtwiderstand der Widerstandsfilme zwischen den Abtastelektroden wird geändert in Übereinstimmung mit den Bereichen der Erhe bungen der über den flexiblen Film mit den Widerstandsfilmen in Kontakt gebrachten Fingerabdruck- Hautoberfläche
Die vorhergehenden Oberflächen-Druckverteilungs-Detektorelemente des Erfinders sind frei von den nachteiligen Einflüssen von Schweiß und Feuchtigkeit. Jedoch haben diese Elemente Probleme hinsichtlich des Materials, der Struktur und der Herstellung. Es ist schwierig, ein praktisches und dauerhaftes flexibles Filmmaterial zu finden, welches genau die Druckdifferenz der Hautoberfläche übertragen kann und das ein Absetzen der Abtastelektroden durch Ätzen oder dergleichen sicherstellen kann. Während des Herstellungsvorgangs ist es auch sehr schwierig, die Abtastelektroden in Reihen und Spalten, die sich senkrecht zueinander erstrecken, zu positionieren. Auch kann die Druckempfindlichkeit des Elements in Abhängigkeit von dem Mangel der Gleichförmigkeit der Qualität variieren.
Gemäß der Erfindung ist eine große Anzahl von Transistoren, die in einer Matrixform angeordnet sind, auf einem einzelnen Halbleitersubstrat hergestellt. Die Kollektorelektroden mehrerer Transistoren sind ge meinsam in Spalten verbunden. Die Transistoren in einer Spalte sind gemeinsam miteinander verbunden, jedoch elektrisch von Transistoren in anderen Spalten getrennt. Die Basiselektroden mehrerer Transistoren sind gemeinsam miteinander verbunden, Reihe für Rei he, mit einer elektrischen Trennung zwischen den Reihen von Transistoren. Die Reihen sind senkrecht zu den Spalten angeordnet, um eine orthogonale Matrix zu bilden.
Die Vielheit von Halbleiterschaltelementen ist in einer Matrixform auf einem Halbleitersubstrat mit einer Teilung von 10 bis 100 µm angeordnet. Jedes dieser Elemente hat einen Anschluß, der oberhalb der Halbleiteroberfläche freigelegt ist. Ein flexibler Film mit einer leitenden Beschichtung ist über den freigelegten Anschlüssen angeordnet, um die Schaltelemente selektiv zu betreiben, wodurch sich ein Oberflächen-Druckverteilungs-Detektorelement ergibt. Bipolare Transistoren oder MOS-Feldeffekttransistoren werden als die Halbleiterschaltelemente verwendet.
Wenn eine Fingerabdruck-Erhebung von oben einen Oberflächendruck auf den flexiblen Film ausübt, wird der gedrückte Bereich des Films gebogen und mit einem Anschluß des Halbleiterschaltelements in Kontakt gebracht, welches sich unterhalb des heruntergedrückten Bereichs befindet, so daß das Schaltelement eingeschaltet wird. Daher kann die Oberflächen-Druckverteilung, die von Erhebungen eines Fingerabdrucks ausgeübt wird, digital erfaßt werden, indem die EIN/AUS- Zustände einer Vielzahl von in einer Matrix angeordneten Halbleiterschaltelementen erfaßt werden.
Die Erfindung wird als nächstes im einzelnen beschrieben mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 ist eine teilweise Schnittansicht eines Halbleiter-Fingerabdrucksensors mit einem Oberflächen-Druckverteilungs-Detektorelement;
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf ein Halbleiterchip mit einer integrierten Schaltung, die eine Detektoreinheit eines Oberflächen-Druckverteilungs-Detektorelements bildet;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 3-3' in Fig. 2 genommen wurde und welche einen Teil einer Reihe von elektronischen Schaltern in der Detektoreinheit zeigt;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 4-4' in Fig. 2 genommen wurde und die eine einzelne Detektoreinheit zeigt;
Fig. 5 zeigt eine äquivalente elektrische Schaltung der Oberflächen-Druckverteilungs-Matrix von Detektorelementen;
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die einen Teil eines Halbleiterchips mit einer integrierten Schaltung zeigt, welche eine Detektoreinheit eines Oberflächen-Druckverteilungs-Detektorelements bildet;
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 7-7' in Fig. 6 genommen ist und die eine Detektoreinheit zeigt;
Fig. 8 ist eine Draufsicht auf eine Detektoreinheit eines Oberflächen-Druckverteilungs-Detektorelements gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie 9-9' in Fig. 8 genommen ist und die die Detektoreinheit zeigt; und
Fig. 10 ist ein Blockschaltbild, das eine Oberflächen-Druckverteilungs-Matrix von Detektorelementen und ihre Treiberschaltung zeigt.
In der folgenden Beschreibung sind die durch die Bezugszahlen identifizierten Komponenten wie folgt:
Fig. 1 ist eine teilweise Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Fingerabdruck-Mustererfassungs- Halbleitersensors mit einem Oberflächen-Druckverteilungs-Detektorelement. Ein Halbleiter-Herstellungsprozeß bildet diesen Fingerabdruck-Sensor auf einem Halbleitersubstrat 1. Über der Detektoreinheit ange ordnet ist ein flexibler Film 11 aus einem Polyester- oder Polyamidfilm mit einer Dicke von etwa 10 µm Eine leitende Beschichtung 12 wird auf der unteren Oberfläche des Films 11 niedergeschlagen oder in anderer Weise gebildet. Fig. 1 zeigt nur die Emitter elektroden 8, einen Siliziumoxidfilm 9 und einen isolierenden Schutzfilm 10, welche zusammengenommen die Detektoreinheit bilden.
Wenn die Spitze eines Fingers F den Film 11 leicht herunterdrückt, wird die geerdete leitende Beschichtung 12 auf der unteren Oberfläche des Films 11 in Kontakt mit den Emitterelektroden 8 einer Anordnung von Transistoren gebracht gemäß dem Muster von Fingerabdruck-Erhebungen. Sich unterhalb des herunterge drückten Teils des Films 11 befindend, in Kontakt mit den Spitzen (Erhebungen) der Hautoberfläche stehend, sind die Emitterelektroden 8 durch die leitende Beschichtung 12 gemäß dem Fingerabdruck-Muster geerdet.
Die in den Fign. 2 bis 4 gezeigte Struktur der Detektoreinheit verwendet bipolare Transistoren als Halbleiterschaltelemente. Genauer gesagt, wenn das Halbleiter-Fingerabdruck-Sensorchip hergestellt wird, wird eine vergrabene Schicht 2 vom n+-Typ (Fig. 3) teilweise auf dem Halbleitersubstrat 1 vom p-Typ gebildet. Eine Epitaxialschicht 3 vom n-Typ wird nachfolgend auf der sich ergebenden Struktur aufgewachsen. Eine Isolationsschicht 4 vom p-Typ, eine Basisschicht 5 vom p-Typ und eine Emitterschicht 6 vom n- Typ werden auf der gebildeten Struktur hergestellt. Danach wird ein Siliziumoxidfilm 9 gebildet. Die Teile des Siliziumoxidfilms 9, welche nicht auf der Basisschicht 5 vom p-Typ und der Emitterschicht 6 vom n-Typ sind, werden entfernt.
Nachfolgend werden die Basiselektroden 7 und die Emitterelektroden 8 gebildet. Der isolierende Schutzfilm 10 bedeckt vollständig die gesamte sich ergebende Struktur mit Ausnahme der Emitterelektroden 8. Die Emitterelektroden 8 sind Teil einer Matrix von in Reihen und Spalten angeordneten Kontaktanschlüssen. Diese Elektroden werden geerdet entsprechend dem Muster von Fingerabdruck-Erhebungen. Vorzugsweise besteht die Emitterelektrode 8 aus Gold ("Au").
Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Fingerabdruck- Sensors wird als nächstes beschrieben mit Bezug auf die in Fig. 5 gezeigte äquivalente Schaltung. Insbesondere ist die Detektoreinheit des Fingerabdruck- Sensors eine Matrix, die Reihen von n sich in horizontaler Richtung erstreckenden Transistoren und Spalten von m sich in vertikaler Richtung erstreckenden Transistoren aufweist. Die Basiselektroden der n Transistoren (z.B. Transistoren T&sub1;&sub1;, T&sub2;&sub1;, ..., Tn1) die in der Reihe oder horizontalen Richtung angeordnet sind, sind gemeinsam miteinander verbunden. Die jeweiligen gemeinsamen Basisanschlüsse sind identifiziert als Y&sub1;, Y&sub2;, ..., Ym Die Kollektorelektroden der m Transistoren (z.B.- T&sub1;&sub1;, T&sub1;&sub2;, ..., T1m) sind in sich in der vertikalen Richtung erstreckenden Spalten angeordnet. Die Kollektoren in jeder Spalte sind gemeinsam miteinander verbunden, wobei die jeweiligen gemeinsamen Kollektoranschlüsse als X&sub1;, X&sub2;, ..., Xn identifiziert sind.
Es wird angenommen, daß der gemeinsame Basisanschluß Y&sub1; einer Reihe von sich in der horizontalen Richtung erstreckenden Transistoren auf ein gegebenes Potential gesetzt ist, und weiterhin, daß eine Kollektor spannung aufeinanderfolgend angelegt wird, um die individuellen gemeinsamen Kollektoranschlüsse von X&sub1; bis Xn abzutasten. Jeder gemeinsame Kollektoranschluß bezieht sich auf eine individuelle Spalte von sich in der vertikalen Richtung erstreckenden Transistoren. Wenn der Film 11 des Fingerabdruck-Sensors durch eine Erhebung eines Fingerabdrucks heruntergedrückt wird, um zu bewirken, daß die entsprechende Emitterelektrode 8 in Kontakt mit der geerdeten leitenden Beschichtung 12 auf der unteren Oberfläche des Films 11 kommt, ist der entsprechende Emitterkontaktanschluß (z.B. ein Anschluß E(i,j)) auf Erdpotential. Der entsprechende Transistor Tij wird eingeschaltet und ein Kollektorstrom fließt darin. Durch Überwachen dieses Kollektorstroms kann der Transistor, welcher einen Emitteranschluß in Kontakt mit dem Film 11 hat, identifiziert werden.
Wenn ein gemeinsamer Basisanschluß Yj+1 auf ein gegebenes Potential gesetzt wird und eine Kollektorspannung aufeinanderfolgend angelegt wird, um die gemeinsamen Kollektoranschlüsse von X&sub1; bis Xn abzutasten, können die EIN/AUS-Zustände aller Transistoren T1,j+1, T2,j+n, ..., Tn,j+1 der horizontalen Reihe oder Anordnung Yj+1 erfaßt werden. Durch Wiederholung desselben Vorgangs, um die individuellen Reihen bis zur horizontalen Ym abzutasten, können die EIN/AUS-Zustände aller Transistoren gefunden werden.
Zusätzlich ist es möglich zu bestimmen, ob eine Kontaktfläche groß oder klein ist, auf einer Grundlage der Größe eines erfaßten Kollektorstroms. Wenn ein auf jeden Anschluß wirkender Druck erhöht wird, wird die Kontaktfläche entsprechend vergrößert. Da die Kontaktfläche vergrößert wird, nimmt der Kontaktwiderstand ab, um den Kollektorstrom zu erhöhen. Das heißt, es kann eine feine Auflösung der Druckerfassung durchgeführt werden. Daher kann selbst ein kleines Fingerabdruck-Muster gelesen werden.
Die Fign. 6 und 7 sind teilweise Querschnittsansichten, die ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Erfassen der Oberflächen-Druckverteilung zeigen, durch Verwendung von MOS-Feldeffekttransistoren als Halbleiterschaltelemente. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Siliziumsubstrat vom n-Typ verwendet, um einen MOS-Feldeffekttransistor zu bilden.
Genauer gesagt, dieses Ausführungsbeispiel wird hergestellt durch Anwendung desselben Verfahrens, das zur Herstellung eines normalen MOS-Feldeffekttransistors verwendet wird. Zum Beispiel wird eine Brunnenschicht 14 vom p-Typ in einem Siliziumsubstrat 13 vom n-Typ gebildet. Danach werden aufeinanderfolgend ein Toroxidfilm 18 und ein Tor-Polysiliziumfilm 17 gebildet. Phosphorionen werden in die sich ergebende Struktur implantiert durch Verwendung des Tor-Polysiliziumfilms 17 als Maske, um gleichzeitig Drain- und Sourceschichten 15 und 16 zu bilden. Danach wird eine isolierende Zwischenschicht 21 wie eine PSG-Schicht gebildet um den Tor-Polysiliziumfilm 17 abzudecken. Ein Kontaktfenster für eine Drainelektrode wird in der isolierenden Zwischenschicht 21 gebildet. Dann wird eine Drainelektroden-Verdrahtungsschicht 19 gebildet.
Nachfolgend wird die Oberfläche der sich ergebenden Struktur mit einem isolierenden Schutzfilm 10 aus Polyamid oder dergleichen bedeckt. Ein Kontaktfenster wird im Film 10 gebildet, um eine Sourceelektrode 20 vorzusehen, welche als ein Kontaktanschluß dient. Die Elektrode 20 ist aus einem gegen Korrosion widerstandsfähigen Material (z.B. Au) hergestellt, wodurch ein Detektorelement gebildet wird.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, kann ein Siliziumsubstrat 1 vom p-Typ verwendet werden, um MOS-Feldeffekttransistoren zu bilden. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Detektorelement auch hergestellt durch Anwendung desselben Verfahrens, das zur Herstellung eines normalen MOS-Feldeffekttransistors angewendet wird. Daher wird eine Beschreibung der Herstellungsverfahren weggelassen. Es zu beachten, daß Fig. 8 eine Draufsicht auf die in Fig. 9 gezeigte Detektoreinheit ist.
Der Unterschied zwischen den in den Fign. 6 und 7 bzw. den Fign. 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispielen besteht darin, daß die Fign. 6 und 7 ein Siliziumsubstrat benötigen, welches positiv (+) mit Bezug auf das Sourcepotential ist, während die Fign. 8 und 9 ein negatives (geerdetes) Substrat benötigen. Die Arbeitsweise dieser Elemente kann verstanden werden durch Einsetzen von MOS-Feldeffekttransistoren anstelle der Transistoren beim ersten Ausführungsbeispiel. Das heißt, Tor, Drain und Source können Basis, Kollektor und Emitter jedes Transistors ersetzen, um eine Matrix aus Reihen und Spalten von Transistoren zu bilden.
Im Vergleich zu dem Transistor-Ausführungsbeispiel nach den Fign. 2 bis 5 ist das MOS-Feldeffekttransistor-Ausführungsbeispiel wie folgt gekennzeichnet. Da keine Epitaxial- und vergrabene Schicht für das MOS- Feldeffekttransistor-Ausführungsbeispiel benötigt werden, können die Detektorelemente mit einem einfachen und kostengünstigen Verfahren hergestellt wer den. Zusätzlich verbraucht ein MOS-Feldeffekttransistor anders als ein bipolarer Transistor keinen Basisstrom (er erfordert nur eine Torspannung), wodurch der Leistungsverbrauch herabgesetzt wird.
Obgleich die obige Beschreibung mit Bezug auf npn- Transistoren oder n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren gemacht wurde, ist offensichtlich, daß pnp-Transistoren oder p-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren ebenfalls verwendet werden können.
Der Abstand zwischen den Erhebungen einer Fingerspitzen-Hautoberfläche beträgt etwa 200 bis 300 µm. Sowohl im ersten (Transistor) als auch im zweiten (MOS Feldeffekttransistor) Ausführungsbeispiel können die Kontaktanschlüsse mit einer Teilung im Bereich von 20 bis 100 µm angeordnet werden, um das Fingerabdruck- Muster genauer zu erfassen.
Fig. 10 ist ein Blockschaltbild, das eine Treiberschaltung zum Lesen der erfindungsgemäßen Oberflächen-Druckverteilung auf den Matrix-Detektorelementen zeigt.
Der erfindungsgemäße Fingerabdruck-Sensor (Fig. 10) hat eine Oberflächen-Druckverteilungs-Detektormatrix 100, welche Reihen von rn gemeinsamen Basisanschlüssen Y&sub1;, Y&sub2; ..., Ym und Spalten von n gemeinsamen Kollektoranschlüssen X&sub1;, X&sub2;, ..., Xn aufweist. Schieberegi ster 101 und 102, ein Schalterkreis 103, eine Detektorschaltung 104 und ein Matrix 100 sind integral auf demselben Halbleiterchip gebildet. Das Schieberegister 101 legt aufeinanderfolgend Abtastsignale an die gemeinsamen Basisanschlüsse Y&sub1;-Ym an. Das Schiebere gister 102 erzeugt Abtastsignale, welche an die gemeinsamen Kollektoranschlüsse X&sub1;, X&sub2;, ..., Xn angelegt werden. Der Schalterkreis 103 schaltet aufeinanderfolgend die Signale von dem Schieberegister 102 und legt sie an die gemeinsamen Kollektoranschlüsse X&sub1;, X&sub1;, ..., Xn der Matrix an. Die Detektorschaltung 104 erfaßt den EIN/AUS-Zustand des Schalterkreises 103.
Die Schieberegister 101 und 102, der Schalterkreis 103 und die Detektorschaltung 104 bilden die Treiberschaltung. Alle sind bekannt; daher wird eine genauere Beschreibung dieser Schaltungen weggelassen.
Wie vorbeschrieben ist, werden die Oberflächen-Druckverteilungs-Detektorelemente und ihre Treiberschaltung auf demselben Halbleiterchip gebildet. Eine große Anzahl von Extraktionselektroden muß nicht in der X- und der Y-Richtung gebildet werden. Es ist nur eine minimale Anzahl von Anschlüssen erforderlich im Vergleich zu einer Vorrichtung, bei welcher ein Detektorelement als eine einzelne Einheit verwendet wird. Daher können die Elektroden leicht gebildet werden und eine Herabsetzung der Größe des Elements kann realisiert werden.
Im Betrieb wird, wenn ein Oberflächendruck auf den flexiblen Film 11 ausgeübt wird (Fig. 1), der gedrückte Bereich des Films gebogen. Die Emitterelektroden oder Kontaktelektroden der in den heruntergedrückten Bereichen des Films befindlichen Transistoren werden in Kontakt mit der leitenden Beschichtung 12 auf dem flexiblen Film gebracht. Mit dieser Anordnung besteht keine Notwendigkeit, Abtastelektrgden, welche einander kreuzen, zu positionieren, was den Herstellungsprozeß komplizieren würde. Zusätzlich werden die Transistoren hergestellt durch die Verwendung von Halbleiter-Herstellungstechniken, welche bereits eine hohe technische Perfektion und Präzision bei relativ niedrigen Kosten erreicht haben. Die her gestellten Detektorelemente sind fast vollständig frei von Empfindlichkeitsveränderungen. Da der auf die Oberfläche der Oberflächen-Druckverteilungs-Matrix von Detektorelementen geschichtete Film nur eine leitende Beschichtung hat, die auf der gesamten unteren Oberfläche gebildet ist, stellt weiterhin die Adhäsion zwischen den Abtastelektroden und der Filmoberfläche kein Problem dar. Daher besteht kein Problem in der Auswahl eines Materials für den Film.
Die herkömmlichen Elemente dienen als ein passives Element einer einfachen Matrix, welche die Größe einer durch Druck bewirkten Änderung des Kontaktwiderstandes erfaßt. Jedoch verwendet die Erfindung eine aktive Matrix von aktiven Elementen, um die Größe des Drucks an einem Kollektor oder einer Drain zu erfassen. Daher kann ein hoher Rauschabstand aufgrund eines Verstärkungsvorgangs erhalten werden.
Wenn ein Gerät wie ein Fingerabdruck-Detektorgerät gebildet wird durch Verwendung der Oberflächen-Druckverteilungs-Matrix von Detektorelementen, können sowohl die Matrix als auch eine Treiberschaltung für das Element zur selben Zeit und auf demselben Chip gebildet werden. Daher ist keine Verdrahtung erfor derlich zwischen den Elementen und der Treiberschaltung. All dies führt zu einem kleinen kompakten Gerät.
In den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen wird, wenn der flexible Film einen Oberflächendruck empfängt, die leitende Beschichtung in Kontakt mit der Ausgangselektrode eines entsprechenden Transistors gebracht, welcher eingeschaltet wird. Es ist wichtig, daß, wenn der flexible Film einen Oberflächendruck empfängt, der Grad des Kontakts der leitenden Beschichtung mit der Ausgangselektrode eines entsprechenden Transistors als ein digitaler oder analoger Wert gemessen wird auf der Grundlage eines in dem Trans istor fließenden Betriebsstroms.

Claims

1. Oberflächen-Druckverteilungs-Matrix aus Detektorelementen, welche eine Vielzahl von in einer Matrixform auf einem Halbleitersubstrat (1) angeordneten Transistoren aufweist, wobei jeder der Transistoren eine erste Elektrode (8) hat, die auf einer Oberfläche des Substrats (1) freigelegt ist, die ersten Elektroden (8) in der Matrixform angeordnet sind, ein flexibler Film (11) über der Matrix von ersten Elektroden (8) befestigt ist, welcher eine leitende Beschichtung (12) hat, die auf einer dem Halbleitersubstrat (1) zugewandten Oberfläche gebildet ist, für einen selektiven Eingriff der ersten Elektroden (8) in einem Muster entsprechend einem auf dem Film (11) ausgeübten Druckmuster, eine zweite Elektrode auf jedem der Transistoren, wobei die Transistoren in Reihen und Spalten auf dem Halbleitersubstrat (1) angeordnet sind und die zweiten Elektroden gemeinsam in Spalten verbunden sind mit einer elektrischen Isolierung zwischen den Spalten, eine dritte Elektrode (7) auf jedem der Transistoren, wobei die dritten Elektroden (7) gemeinsam in Reihen verbunden sind mit einer elektrischen Isolierung zwischen den Reihen, ein Bereich des flexiblen Films (11), welcher einen Oberflächendruck empfängt, ausgelenkt wird, um wenigstens eine der ersten Elektroden (8) zu berühren, damit bewirkt wird, daß ein Transistor an der Druckstelle über seine erste Elektrode (8) eingeschaltet wird.

2. Matrix nach Anspruch 1, worin Mittel vorgesehen sind zum Anzeigen eines Grades des Kontaktdrucks zwischen dem ausgelenkten Bereich des Films (11) und der ersten Elektrode (8).

3. Matrix nach Anspruch 2, worin der Grad des Kontakts angezeigt wird in Abhängigkeit von einem an der zweiten Elektrode in dem Transistor auftretenden Strom, wodurch eine Fläche der Oberflächen-Druckverteilung auf der ersten berührten Elektrode (8) als ein digitaler oder analoger Wert erfaßt und angezeigt wird.

4. Matrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die ersten Elektroden (8) in Reihen und Spalten mit einer Teilung von 10 bis 100 µm angeordnet sind.

5. Matrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend ein erstes (101) und ein zweites (102) Schieberegister, die gekoppelt sind zum aufeinanderfolgenden Anlegen von Abtastsignalen an die gemeinsamen Reihen- bzw. gemeinsamen Spaltenelektroden, und eine Detektorschaltung (104) zum Erfassen eines EIN/AUS- Zustandes von jedem der Transistoren in der Matrix (100).

6. Matrix gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in welcher die erste Elektrode (8) eine Emitterelektrode aufweist, die zweite Elektrode eine Kollektorelektrode aufweist und die dritte Elektrode(7) eine Basiselektrode aufweist.

7. Matrix nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in welcher die erste Elektrode eine Sourceelektrode (20) aufweist, die zweite Elektrode eine Drainelektrode (19) aufweist und die dritte Elektrode eine Gateelektrode (17) aufweist.

8. Matrix nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in welcher die erste Elektrode eine Drainelektrode (19) aufweist, die zweite Elektrode eine Sourceelektrode (20) aufweist und die dritte Elektrode eine Gateelektrode (17) aufweist.