KR101909915B1

KR101909915B1 - 화학·물리현상 검출방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR101909915B1
Application number: KR1020137034513A
Authority: KR
Inventors: 후미히로 다사이; 가즈아키 사와다
Original assignee: 고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 도요하시 기쥬쯔 가가꾸 다이가꾸
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2018-10-19
Also published as: KR20140042825A; WO2013008908A1; EP2733483A1; JP6074770B2; EP2733483B1; EP2733483A4; US20140139231A1; JPWO2013008908A1; US9766202B2

Abstract

본 발명은, 고집적화에 적합한 화학·물리현상 검출장치 및 그 제어방법을 제공한다.
전하측정이 필요한 픽셀의 선택을 TG부 신호에 의하여 하지 않고, TG부의 개폐 타이밍(센싱부로부터 FD부에 대한 전하의 이동 타이밍)은 모든 픽셀에서 동일한 타이밍에 의하여 하고, 한편 센싱부에 대한 전하의 주입, 배출을 별도로 제어함으로써 전하측정이 필요한 픽셀의 센싱부에만 전하를 홀드시키고, 전하측정이 불필요한 픽셀의 센싱부는 비어 있는 상태로 한다. 이 상태에 있어서, 모든 픽셀의 TG부를 일제히 열면, 전하가 홀드되어 있는 센싱부로부터만 전하가 FD부로 이송되어, 그 픽셀의 전하량이 검출된다.

Description

화학·물리현상 검출방법 및 그 장치{METHOD FOR DETECTING CHEMICAL AND PHYSICAL PHENOMENON, AND DEVICE THEREFOR}

본 발명은 화학·물리현상 검출장치 및 검출방법의 개량에 관한 것이다.

화학·물리현상 검출장치(이 명세서에서 「검출장치」라고 약칭하는 경우가 있다)로서, 플로팅 디퓨젼(floating diffusion)(이 명세서에서 「FD부」라고 약칭하는 경우가 있다)을 이용한 것이 제안되어 있다(특허문헌1∼8을 참조).

이 검출장치는, 예를 들면 도1에 나타내는 바와 같이 센싱부(sensing部)(10), 전하공급부(電荷供給部)(20), 전하이송·축적부(電荷移送·蓄積部)(30), 전하량 검출부(電荷量檢出部)(40) 및 전하제거부(電荷除去部)(50)를 구비하여 이루어진다.

센싱부(10)는 검출대상에 따라 전위를 변화시키는 감응막(感應膜)(12)과 표준전극(標準電極)(13)을 구비한다. 감응막(12)의 전위변화에 따라 실리콘 기판(71)에 있어서 대향(對向)하는 영역(p확산영역(72))의 포텐셜 우물(potential well)(15)의 깊이가 변화된다.

전하공급부(20)는 인젝션 다이오드(injection diode)(이 명세서에서 「ID부」라고 약칭하는 경우가 있다)부(21), 인풋 콘트롤 게이트(input control gate)(이 명세서에서 「ICG부」라고 약칭하는 경우가 있다)부(23)를 구비한다. ID부(21)를 전하에 의하여 충전하고 또한 ICG부(23)의 전위를 제어함으로써 ID부(21)의 전하를 센싱부(10)의 포텐셜 우물(15)에 공급한다.

전하이송·축적부(30)는 트랜스퍼 게이트(transfer gate)(이 명세서에서 「TG부」라고 약칭하는 경우가 있다)부(31), 플로팅 디퓨젼(이 명세서에서 「FD부」라고 약칭하는 경우가 있다)부(33)를 구비한다. TG부(31)의 전압을 변화시킴으로써 실리콘 기판(71)에 있어서 대향하는 영역의 포텐셜을 변화시키고, 이에 따라 센싱부(10)의 포텐셜 우물(15)에 충전된 전하를 FD부(33)로 이송하고, 여기에 축적한다.

FD부(33)에 축적된 전하는 전하량 검출부(40)에 의하여 검출된다. 상기 전하량 검출부(40)로서 소스 팔로워형(source follower型)의 신호증폭기를 사용할 수 있다.

전하제거부(50)는 리셋 게이트(reset gate)(이 명세서에서, 「RG」라고 약칭하는 경우가 있다)부(51), 리셋 드레인(reset drain)(이 명세서에서, 「RD」라고 약칭하는 경우가 있다)부(53)를 구비한다. RG부(51)의 전압을 변화시킴으로써 실리콘 기판(71)에 있어서 대향하는 영역의 포텐셜을 변화시키고, 이에 따라 FD부(33)에 축적된 전하를 RD부(53)로 이송하고, 여기에서 배출한다.

이 검출장치의 상세구조 및 그 동작을, 수소이온농도를 검출대상으로 하는 pH 센서를 예로 채용하여 설명한다. 이하의 설명에서는 전하로서 전자(電子)를 채용하고, 이 전자의 이송에 적합하도록 기판(71)의 대상부분을 적절하게 도프(dope) 하고 있다.

pH 센서로서의 검출장치(1)는 n형의 실리콘 기판(71)을 구비한다. 이 실리콘 기판(71)의 소정 영역이 p형으로 도프 되어(p-well의 형성), 센싱부(10)에 대응하는 부분(p형 확산층(72))이 구성된다. p-well 영역에 있어서, p형 확산영역(72)을 협지(挾持)하도록 n형 도펀트(dopant)가 확산되어 n+영역(74, 75)이 형성되고 또한 n+영역(75)으로부터 소정의 거리를 두고 n+영역(77)이 형성된다. n+영역(74, 75, 77)은 각각 ID부(21), FD부(33) 및 RD부(53)가 된다.

p형 확산층(72)의 표면은 n형으로 도프 된다(n영역(73)).

실리콘 기판(71)의 표면에는 산화실리콘으로 이루어지는 보호막(保護膜)(81)이 형성되고, 그 위에 ICG부(23)의 전극, TG부(31)의 전극 및 RG부(51)의 전극이 적층(積層)된다. 각 전극에 전압이 인가되면 이것과 대향하는 부분의 실리콘 기판(71)의 포텐셜이 변화된다.

센싱부(10)에 있어서는 보호막(81) 위에 질화실리콘으로 제작된 감응막(12)이 적층된다.

이와 같이 구성된 검출장치(1)의 기본동작을 이하에서 설명한다(도2 참조).

검출대상인 수용액에 센싱부(10)를 접촉시키면, 수용액의 수소이온농도에 따라 센싱부(10)의 포텐셜 우물(15)의 깊이가 변화된다(스텝(A)). 즉 수소이온농도가 커지게 되면 포텐셜 우물(15)이 깊어지게 된다(밑바닥의 포텐셜이 높아지게 된다).

한편 ID부(21)의 전위를 내려서 여기에 전하를 충전한다(스텝(B) 참조). 이 때에 ID부(21)에 충전된 전하는 ICG부(23)를 넘어서 센싱부(10)의 포텐셜 우물(15)을 충전시킨다. 또 TG부(31)의 포텐셜은 ICG부(23)보다 낮아, 포텐셜 우물(15)에 충전되는 전하가 TG부(31)를 타고 넘어가서 FD부(33)에 도달하지 않는다.

다음에 ID부(21)의 전위를 올려서 ID부(21)로부터 전하를 뽑아냄으로써, ICG부(23)에서 소진된 전하가 포텐셜 우물(15)에 남는다(스텝(C) 참조). 여기에서 포텐셜 우물(15)에 남겨진 전하량은, 포텐셜 우물(15)의 깊이 즉 검출대상의 수소이온농도에 대응하고 있다.

다음에 TG부(31)의 전위를 올려서, 포텐셜 우물(15)에 남겨진 전하를 FD부(33)로 이송한다(스텝(D) 참조). 이와 같이 하여 FD부(33)에 축적된 전하량을 전하량 검출부(40)에 의하여 검출한다(스텝(E) 참조). 그 후에 RG부(51)의 전위를 올려서 FD부(33)의 전하를 RD부(53)로 배출한다(스텝(F) 참조). 이 RD부(53)는 VDD에 접속되어, 부(負)로 충전된 전하를 빨아올린다.

일본국 특허4171820호 공보 일본국 공개특허 특개2008-79306호 공보 일본국 특허4073831호 공보 일본국 특허4183789호 공보 일본국 특허4133028호 공보 WO/2009/081890A1호 공보 WO/2010/106800A1호 공보 WO/2009/151004호 공보

상기 pH 검출장치는 실리콘 기판 상에 각종 전극이나 감응막을 형성한 구성이기 때문에, 이것을 2차원적으로 집적(集積)할 수 있다. 이에 따라 pH의 분포를 2차원적으로 검출하고, 이것을 이미지(image)로서 출력할 수 있다.

상기 pH 이미지를 형성하는 것에 있어서, 각 pH 검출장치가 1-픽셀(pixel)을 구성하기 때문에, pH 검출장치의 고집적화(高集積化)가 기대되고 있다.

도1에 나타내는 pH 검출장치의 회로구성을 도3에 나타낸다. 도3에 분명하게 나타내는 바와 같이 1-픽셀마다 센싱부 : 1, 트랜지스터 : 5, 입출력 배선 : 7이 요구된다.

이와 같이 1-픽셀마다 요구되는 다수의 요소는 고집적화의 방해가 된다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 열심히 검토를 거듭한 결과, 우선 각 픽셀에 있어서, 소스 팔로워 회로(source follower 回路)(41) 및 리셋회로(reset回路)(53)에 관련되는 트랜지스터의 공통화를 검토하였다. 그 결과 도4에 나타내는 바와 같이 소스 팔로워 회로(141), 리셋회로(153)를 구성하는 트랜지스터를 공통화함으로써 실효적으로 1-픽셀당 트랜지스터 수의 감소를 도모할 수 있다.

즉 각 픽셀(센싱부)로부터 FD부로 이송된 전하는 공통화된 소스 팔로워 회로(141)로 보내지고, 그 전하량에 따른 출력이 출력선(OUT)으로 출력된다. 또 출력의 타이밍은 리드아웃 라인(read-out line)(WL)에 입력되는 리드아웃 신호에 동기(同期)된다. FD부에 축적된 전하는 리셋회로(153)를 통하여 VDD(RD)로 배출된다. 리셋회로(153)는 RG 제어선의 신호에 의하여 온/오프 제어된다.

예를 들면 종래에는 1-픽셀당 5개의 트랜지스터의 실장이 필요하였지만, 2개의 픽셀에 의하여 상기 소스 팔로워 회로 등을 공통화하였을 때에 실장 합계의 트랜지스터를 1픽셀당으로 환산하면, 트랜지스터 수가 3.5개가 된다. 마찬가지로 4개의 픽셀에 의하여 상기 소스 팔로워 회로 등을 공통화하였을 때에 실장 합계의 트랜지스터를 1픽셀당으로 환산하면, 트랜지스터 수는 2.75개가 된다.

따라서 실장하여야 할 트랜지스터의 양이 삭감되어 고집적화에 적합한 구성이 된다.

그러나 공통화된 픽셀을 협동시키면 화소밀도(畵素密度)가 저하되기 때문에, 픽셀 단위에서의 전하량을 검출하는 것이 기대되는 경우가 있다.

그 때에는, 선택된 픽셀의 센싱부만으로부터 전하가 FD부로 이송되도록 TG부를 제어하는 것이 바람직하다.

그렇게 하기 위해서는, TG부 신호를 각 픽셀에 배당하게 되고, 그 필요에 의하여 각 픽셀의 TG부에 접속되는 TG부 제어선을 독립시키게 된다(도4 참조).

독립된 TG부 제어선을 각 픽셀의 TG부에 접속시키는 것은, 배선영역의 증가로 이어지게 되어 고집적화에 지장을 줄 수밖에 없다.

본 발명자들은, 전하측정이 필요한 픽셀의 선택을 TG부 신호에 의하여 하지 않고, TG부의 개폐 타이밍(開閉 timing)(센싱부로부터 FD부에 대한 전하 이동의 타이밍)은 모든 픽셀에서 동일한 타이밍으로 하고, 한편 센싱부에 대한 전하의 주입, 배출을 별도로 제어함으로써 전하측정이 필요한 픽셀의 센싱부에만 전하를 홀드(존재)시키고, 한편 전하측정이 불필요한 픽셀은 전하를 비어 있는 상태로 하여 두면 좋다고 생각하였다.

이 상태에 있어서, 모든 픽셀의 TG부를 일제히 열면, 전하가 홀드되어 있는 센싱부만으로부터 전하가 FD부로 이송되어, 그 픽셀의 전하량이 검출된다.

이와 같이 TG부의 개폐 타이밍을 동일하게 하면, 픽셀마다 독립된 TG부 제어선을 배선할 필요가 없어지게 되고, 이에 따라 배선영역의 증가를 억제할 수 있다. 또한 센싱부에 대한 전하의 주입, 배출은 전하공급부(20)의 제어에 의하여 조달할 수 있기 때문에, 트랜지스터나 배선량의 증가를 초래하지 않는다.

본 발명의 제1국면은 상기의 검토결과로부터 도출된 것으로서, 다음과 같이 규정된다. 즉

측정대상의 화학·물리현상에 대응하여 포텐셜 우물의 바닥부 전위를 변화시키는 복수의 센싱부를 구비하고,

TG부를 통하여 상기 각 센싱부의 전하를 대응하는 FD부로 이송하고, 상기 FD부에 축적된 전하에 의거하여 상기 화학·물리현상을 특정하는 화학·물리현상 검출장치의 제어방법으로서,

상기 복수의 센싱부에 있어서 선택된 제1센싱부의 제1포텐셜 우물은 전하를 홀드하고, 선택되지 않은 제2센싱부의 제2포텐셜 우물은 전하가 비어 있는 상태로 하고,

상기 제1포텐셜 우물 및 상기 제2포텐셜 우물로부터 동시에 하나의 상기 FD부로 전하를 이송 가능 상태로 하는 화학·물리현상 검출장치의 제어방법.

이와 같이 규정되는 제1국면의 제어방법에 의하면, TG부를 동일한 타이밍에 의하여 개폐함에 있어서, 선택된 픽셀의 센싱부(제1센싱부)의 포텐셜 우물(제1포텐셜 우물)에는 전하를 홀드시키고, 선택되지 않은 픽셀의 센싱부(제2센싱부)의 포텐셜 우물(제2포텐셜 우물)은 전하가 비어 있는 상태로 하여 두기 때문에, 모든 TG부를 동시에 열더라도 선택된 픽셀의 제1센싱부만으로부터 전하가 FD부로 보내지게 되어, 당해 제1센싱부의 전하량이 검출된다.

이에 따라 픽셀마다 독립적으로 제어되는 TG부 제어선이 불필요하게 되어(도5 참조), 배선에 필요로 하는 영역의 증대를 억제할 수 있다. 또 도5에 있어서, 도4와 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고 그에 대한 설명을 생략한다.

바꾸어 말하면, 2개의 센싱부 중에서 일방(一方)의 센싱부로부터의 전하의 이송을 제어하는 제1TG부와 타방(他方)의 센싱부로부터의 전하의 이송을 제어하는 제2TG부를 동일한 타이밍에 의하여 열면 각 센싱부로부터 FD부로 전하가 이송되기 때문에, 2개의 센싱부를 구비하는 의미가 없다.

여기에서 처음에는 일방의 센싱부를 액티브(active)로 하고 타방은 논액티브(non-active)로 하고, 다음에는 일방을 논액티브로 하고 타방을 액티브로 하면, 제1 및 제2TG부를 동시에 열더라도 각각의 센싱부의 전하량을 측정할 수 있다.

이 발명에서는, TG부가 동일한 타이밍에 의하여 개폐되는 것을 전제로 하여, 센싱부를 선택적으로 액티브, 논액티브로 한다. 또 액티브 한 센싱부를 제1센싱부라고 규정하고, 논액티브 한 센싱부를 제2센싱부라고 규정한다. 물리적으로 동일한 센싱부이더라도 그 상태에 따라 제1 및 제2 중에서 어느 하나의 센싱부라고 규정된다.

종래의 검출장치는 센싱부를 항상 액티브로 하고 있고, 본 발명에 있어서도 센싱부를 액티브로 하는 방법은 종래의 기술을 사용할 수 있다.

원하는(선택되지 않은) 센싱부를 논액티브로 하는 방법은 이번에 새롭게 제안하는 것으로서, 그 제1방법으로서, 일단은 모든 센싱부에 전하를 공급하고, 그 후에 ICG부의 전위를 높게 하여 원하는(선택되지 않은) 센싱부로부터 전하를 배출하고, 이에 따라 그 센싱부를 논액티브로 한다.

다른 방법으로서, 원하는(선택되지 않은) 센싱부에 대응하는 ICG부의 전위를 낮게 하여, ID부로부터 당해 센싱부로 전하가 공급되는 것 자체를 금지한다.

도1은, 종래의 검출장치의 구성을 도식적으로 나타낸다.
도2는, 마찬가지로 종래의 검출장치의 동작 플로우를 나타낸다.
도3은, 마찬가지로 종래의 검출장치의 배선도이다.
도4는, 본 발명의 검토예의 검출장치의 배선도이다.
도5는, 본 발명의 실시형태의 검출장치의 배선도이다.
도6은, 도5의 검출장치의 동작 플로우를 나타낸다.
도7은, 도5의 검출장치의 다른 동작 플로우를 나타낸다.
도8은, 광량검출 기능을 구비한 검출장치의 배선도를 나타낸다.
도9는, 실시예의 검출장치의 어레이 구성을 나타내는 블럭도이다.
도10은, 실시예의 검출장치의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도11은, 검출장치의 동작 플로우를 나타낸다.
도12는, 도11에 나타내는 동작 플로우의 각 단계에 있어서의 검출장치의 각 부위의 전위상태를 나타낸다.
도13은, 실시예의 검출장치의 다른 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도14는, 검출장치의 다른 동작 플로우를 나타낸다.
도15는, 도14에 나타내는 동작 플로우의 각 단계에 있어서의 검출장치의 각 부위의 전위상태를 나타낸다.
도16은, 실시예의 검출장치의 또 다른 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도17은, 검출장치의 또 다른 동작 플로우를 나타낸다.
도18은, 도17에 나타내는 또 다른 동작 플로우의 각 단계에 있어서의 검출장치의 각 부위의 전위상태를 나타낸다.

이하에서는, 제1센싱부(第一sensing部)에만 전하(電荷)를 공급하고, 제2센싱부는 전하가 비어 있는 상태로 하는 방책을 설명한다.

(제1센싱부 및 제2센싱부에 함께 전하를 공급하고, 그 후에 제2센싱부에서만 전하를 제거한다)

도6에 의하면, 제1 및 제2센싱부에는, 도2와 마찬가지로 하여 전하공급부에서 전하를 공급한다(스텝(A)∼(C)).

그 후에 제2센싱부에 대응하는 ICG부의 전위를 올려서, 제2센싱부의 전하를 ID부측으로 배출한다(스텝(G)). 이에 따라 제2센싱부의 제2포텐셜 우물(第二potential well)의 전하는 비어 있는 상태가 되기 때문에, 그 후에 도2와 동일한 스텝(D)∼(F)을 실행하더라도 FD부에는 전혀 전하는 이송되지 않는다.

도6의 예에서는, ICG부를 제어하여 제2센싱부의 전하를 ID부측으로 배출하고 있었지만, 제2센싱부에 별도의 드레인(drain)을 설치하고, 제2센싱부로부터 전하를 당해 드레인으로 배출 또는 대피시켜서 그 전하를 비어 있게 할 수 있다. 상기 배출용 드레인으로서, 일본국 특허4171820호에 기재되어 있는 혹 대책용의 제거 우물(용량을 충분히 크게 한다)을 이용할 수 있다.

(제1센싱부에만 선택적으로 전하를 공급하고, 제2센싱부에는 전하를 공급하지 않는다)

전하공급스텝(도2의 스텝(A)∼(C)를 참조)을 다음과 같이 실행한다.

(i)선택된 픽셀에 대해서만 도2의 스텝(A)∼(C)를 실행한다.

이 때에 (i-i)모든 픽셀에 있어서 ICG부를 동일한 동작으로 하고, 선택된 픽셀만의 ID부를 선택적으로 동작시키고, 이것으로부터 전하를 공급하여도 좋다.

또한 (i-ⅱ)모든 픽셀에 있어서 ID부를 동일한 동작으로 하고, 선택되지 않은 즉 제2센싱부를 구비하는 픽셀에 대응하는 ICG부의 전위를 제어(저하시킨다)함으로써, 스텝(B)에 있어서 ID부로부터 센싱부에 대한 전하의 공급을 저지하도록 하여도 좋다.

상기 (i-i), (i-ⅱ)의 동작을 실행할 때에 ICG부 제어라인 또는 ID부 제어라인을 각 픽셀에 있어서 공통화할 수 있다.

도7에는 다른 전하공급방법을 나타낸다.

도7의 예에서는, ID부(21)에는 항상 전하가 충전(charge)되어 있는 것으로 한다. 이 때에 전하의 최저 포텐셜은, 포텐셜 우물(15)이 취할 수 있는 최저 포텐셜보다 낮고 또한 TG부의 최저 포텐셜보다 높은 것으로 한다(A도 참조).

다음에 ICG부의 전위를 포텐셜 우물(15)의 밑바닥 전위보다 높게 하여, ID부의 전하에 의하여 포텐셜 우물(15)을 채운다(B도 참조). 또 ID부에는 끊임없이 전하가 공급상태에 있어, 전하의 최저 포텐셜은 유지되고 있다.

다음에 ICG부의 전위를 낮게 하여, ID부의 전하와 포텐셜 우물(15)의 전하를 ICG부에 의하여 갈라서 분리한다(C도 참조). 그리고 TG부의 전위를 올려서 포텐셜 우물(15)의 전하를 FD부로 이송한다(D도 참조).

또 FD부의 전하량 검출 및 그 배출은, 도2의 스텝(E) 및 스텝(F)와 동일한 처리가 된다.

도7에 나타낸 전하의 공급방법에 의하면, 도2의 스텝(B)∼(C)에 걸쳐서의 소위 고르게 하는 동작이 없기 때문에, 포텐셜의 혹의 영향을 배제할 수 있다.

또한 ID부에 대한 전하의 충전, 방전(discharge)이 필요하였던 도2의 방법에 비하여, ICG부의 포텐셜의 오르내림은 고속으로 실행할 수 있다. 본 발명자들의 검토에 의하면, ID부의 전하와 포텐셜 우물(15)의 전하를 분리하는 데에 필요로 하는 시간(도7의 스텝(B)∼(C)에 필요로 하는 시간)은, 도2의 (B)∼(C)에 나타내는 고르게 하는 것에 필요로 하는 시간의 1/2∼1/5로 단축된다.

또 ICG부의 전극에 도면에 나타내는 좌우방향으로 전위경사(電位傾斜)(ID부측에서 높게, 센싱부측에서 낮게 한다)를 형성하여, ICG부의 전극대향영역(電極對向領域)에 존재하는 전하를 더 민첩하게 ID부측으로 이동시키는 것이 바람직하다.

도7의 스텝(A)∼(C)에서 나타내는 전하의 공급을 선택된 픽셀에 대해서만 실행하면, 센싱영역의 포텐셜 우물이 전하에 의하여 채워진 것(활성화된 액티브(active)한 픽셀)과, 포텐셜 우물의 전하가 비어 있는 것(활성화되지 않은 논액티브(non active)한 픽셀)이 분류된다.

이 때에 도7에 기재된 방법에 있어서, ID부는 항상 일정 전위로 유지되기 때문에, ID부 제어선을 각 픽셀에서 공통화할 수 있다.

또 도7의 스텝(C)의 후에, 도5의 스텝(G), (D)∼(F)를 계속하더라도 좋다.

이상과 같이 하여 포텐셜 우물에 전하가 홀드되어 있는 제1센싱영역을 구비하는 픽셀 및 포텐셜 우물의 전하가 비어 있는 상태의 제2센싱영역을 구비하는 픽셀의 TG부를 동시에 열어서 각 센싱부로부터 공통화된 소스 팔로워 회로(source follower 回路)(141)로 전하가 공급된다.

픽셀의 집적체에 있어서, 소스 팔로워 회로(141)를 공통화하는 픽셀은 임의로 선택할 수 있는 것이지만, 집적체에 있어서 공통화한 픽셀의 그룹을 균등하게 분배하는 것이 바람직하다.

공통화한 각 픽셀은 공통화 요소(소스 팔로워 회로 등)를 중심으로 하여, 또한 여기에서부터 연장되는 배선영역을 중심으로 하여 대칭적으로 배치하는 것이 바람직하다.

이와 같이 공통화한 픽셀에 대하여, TG부 제어선도 공통화하여 배선영역의 증대를 방지한다.

상기에서는, 소스 팔로워 회로 등을 공통화하는 것을 전제로 하여 설명을 진행하였다. 그러나 당해 회로의 공통화 유무에 관계없이 TG부 제어선을 공통화하여 각 픽셀의 TG부의 제어를 동기화(同期化)하여, 센싱부에 있어서의 전하의 유무에 의거하여 각 픽셀의 활성화 상태를 제어하는 것은, 집적화(集積化)에 적합한 제어방법이 된다.

다음에 본 발명의 실시예에 대하여 설명을 한다.

TG 제어선을 공통화하여 TG가 동일한 타이밍에 의하여 개폐하는 2개의 센싱부를 구비한 검출장치를 단위유닛(U)으로 하고, 당해 단위유닛을 4개(U11, U12, U21, U22)를 구비한 어레이 회로(array 回路)를 도9에 나타낸다. 각 단위유닛(U)의 회로구성은 도5에 나타내는 것이다. 도8에 나타내는 회로에 의하여 단위유닛을 구성할 때에 2개의 OUT 라인이 전하량검출 제어부에 연결된다.

도9에 있어서, 부호 301은 센싱부 제어부를 나타내고, 이 센싱부 제어부(301)는 전하공급 제어부(303), TG 제어부(305), 전하량검출 제어부(311), 전하제거 제어부(313)를 구비한다. 센싱부 제어부(301)는 범용적인 컴퓨터 장치에 의하여 구성할 수 있다.

전하공급 제어부(303)는 ICG1, ICG2 및 ID에 인가하는 전위를 제어한다. 이에 따라 각 유닛에 있어서, 어느 일방의 센싱부(pixel)를 액티브(또는 논액티브)로 할 수 있다.

TG 제어부(305)는 TG 라인에 접속되고, 이 TG 라인은 모든 유닛의 센싱부와 소스 팔로워 회로(FD부)의 사이에 배치되는 게이트부에 접속되어 이것들을 동일한 타이밍에 의하여 개폐한다.

전하량검출 제어부(311)는 각 센싱부의 리드아웃 라인(read-out line)(WL1, WL2)에 리드아웃 신호를 인가하여 대응하는 출력라인(OUT1, OUT2)의 출력을 리드아웃한다. 출력라인(OUT1, OUT2)에 소스 팔로워 회로의 출력이 출력된다.

전하제거 제어부(315)는 RG 라인과 VDD 라인의 전위를 제어하여 소스 팔로워 회로(FD부)에 축적된 전하를 제거한다.

실시예의 검출장치(300)의 동작에 대하여 설명한다.

도10은 검출장치(300)의 타이밍 차트이고, 도11은 검출장치의 동작 플로우를 나타내고, 도12는 도11에 나타내는 동작 플로우의 각 단계에 있어서의 각 부위의 전위의 상세를 나타낸다.

이 예에서는, 각 유닛의 센싱부(pixel)에 함께 전하를 공급하고(도11의 스텝(2), (7)을 참조), 그 후에 원하는(선택되지 않은) 센싱부만으로부터 전하를 제거하여(마찬가지로 스텝(3), (8)을 참조), 이것을 논액티브(제2센싱부)로 한다.

스텝(4), (9)에 있어서 동시에 TG를 열어서 센싱부의 전하를 리드아웃부(FD부, 소스 팔로워 회로)로 이송한다.

상기에 있어서, 도10에 나타내는 센싱동작1에서는 pixel((1,1), (1,3), (2,1), (2,3))의 전하를 FD로 전송하고, 센싱동작2에서는 pixel((1,2), (1,4), (2,2), (2,4))의 전하를 FD로 전송한다. 센싱동작 후의 리드아웃 동작 기간에서는 WLn을 순차적으로 high로 하여 FD로 전송된 신호가 OUTn으로부터 순차적으로 출력된다.

도11에 있어서, FD로 전송된 pixel(1(2))의 전하가 pixel(2(1))을 타고 넘어가지 않도록 FD의 전위가 TG = high의 포텐셜 이하가 되지 않도록 하여 크로스 토크(cross talk)를 방지하고 있다.

실시예의 검출장치(300)의 다른 동작예를 설명한다.

도13은 검출장치(300)의 타이밍 차트이며, 도14는 검출장치의 동작 플로우를 나타내고, 도15는 도14에 나타내는 동작 플로우의 각 단계에 있어서의 각 부위의 전위의 상세를 나타낸다.

이 예에서는, 각 유닛에 있어서 선택된 센싱부(pixel)에만 전하를 공급하여(도14의 스텝(2)(3), (7)(8)을 참조), 전하의 공급이 거절된 센싱부를 논액티브(제2센싱부)로 한다.

상기에 있어서, 도13에 나타내는 센싱동작1에서는 pixel((1,1), (1,3), (2,1), (2,3))의 전하를 FD로 전송하고, 센싱동작2에서는 pixel((1,2), (1,4), (2,2), (2,4))의 전하를 FD로 전송한다. 센싱동작 후의 리드아웃 동작 기간에서는 WLn을 순차적으로 high로 하여 FD로 전송된 신호가 OUTn으로부터 순차적으로 출력된다.

도14에 있어서, TG가 ON의 상태에서는 비선택의 pixel에는 전하가 축적되어 있지 않기 때문에, 크로스 토크는 발생하지 않는다.

ID = Low일 때에 비선택 pixel에 전하가 주입되지 않도록 비선택 pixel의 ICG 포텐셜을 ID = Low의 포텐셜보다 낮게 설정한다.

실시예의 검출장치(300)의 다른 동작예를 설명한다.

도16은 검출장치(300)의 타이밍 차트이고, 도17은 검출장치의 동작 플로우를 나타내고, 도18은 도17에 나타내는 동작 플로우의 각 단계에 있어서의 각 부위의 전위의 상세를 나타낸다.

이 예에서는, 각 유닛에 있어서 선택된 센싱부(pixel)에만 전하를 공급할 때에, ICG의 전위를 낮게 함으로써 ID로부터의 전하가 선택되지 않은 센싱부에 공급되지 않도록 하고 있다(도17의 스텝(2), (7)을 참조). 한편 선택된 센싱부의 전위보다 ICG의 전위를 높게 하여 선택된 센싱부에 전하를 공급함과 아울러(스텝(3), (8)을 참조), 그 후에 ICG의 전위를 낮게 하여 선택된 센싱부의 전하와 ID부의 전하를 분리한다.

다음에 스텝(4), (9)에 있어서 동시에 TG를 열어서 센싱부의 전하를 리드아웃부(FD부, 소스 팔로워 회로)로 이송한다.

상기에 있어서, 도16에 나타내는 센싱동작1에서는 pixel((1,1), (1,3), (2,1), (2,3))의 전하를 FD로 전송하고, 센싱동작2에서는 pixel((1,2), (1,4), (2,2), (2,4))의 전하를 FD로 전송한다. 센싱동작 후의 리드아웃 동작 기간에서는 WLn을 순차적으로 high로 하여 FD로 전송된 신호가 OUTn으로부터 순차적으로 출력된다.

도17에 있어서, TG가 ON의 상태에서는 비선택의 pixel에는 전하가 축적되어 있지 않기 때문에, 크로스 토크는 발생하지 않는다.

ID의 전위를 일정하게 하여 ICG 트랜지스터를 ON-OFF 시켜서 전하의 주입을 제어한다.

화학·물리현상 검출장치의 감도(感度), 검출속도 및 집적화 등을 향상시키기 위하여 다음의 변형태양을 채용할 수 있다.

(센싱부에 대하여)

검출감도를 향상시키기 위하여 도2의 (A)∼(D)의 스텝을 반복하여, 누적적으로 축적된 FD부(33)의 전하량을 검출할 수 있다(일본국 특허3623728호 참조). 그리고 이 문헌에 기재된 내용은 이 명세서의 내용으로서 포함된다.

한편 ICG부에 의하여 전하를 고르게 할 때에(도2의 스텝(C)를 참조), ICG부와 포텐셜 우물의 계면(界面)에, 감응막(感應膜)의 폭에 대응하여 작은 포텐셜의 혹이 형성될 우려가 있다. 이 포텐셜의 혹이 존재하면, 포텐셜의 혹의 높이에 대응하여 쓸데없는 전하가 센싱부에 남게 된다. 포텐셜의 혹의 높이가 작더라도 상기한 바와 같이 누적적인 검출을 실행하면, 포텐셜의 혹에 기인하여 잔존한 전하량을 무시할 수 있게 된다. 여기에서 센싱부에 인접하여 또는 센싱부 내에 제거 우물을 형성하고, 포텐셜의 혹에 의하여 센싱부에 잔존하는 전하를 당해 제거 우물로 대피시킨다. 이에 따라 센싱부에서 FD부로 이송되는 전하량은 검출대칭값에 대응한 것으로만 되어 즉 포텐셜의 혹에 기인하여 잔존하는 전하는 이송되지 않게 되어, 이에 따라 정확한 검출이 가능하게 된다.

또 이 제거 우물에 대응하여 이 포텐셜을 제어하기 위한 제어전극을 더 설치할 수 있고, 이 제어전극은 ICG부나 TG부와 독립하여 제어된다.

이상, 일본국 특허 제4171820호 공보를 참조하기 바란다. 그리고 이 문헌에 기재된 내용은 이 명세서의 내용으로서 포함된다.

화학량으로서의 pH 검출에 사용되는 질화실리콘으로 제작된 감응막 및 산화실리콘으로 제작된 보호막은 모두 투광성(透光性)이다. 따라서 센싱부를 개방한 공간 등에서 사용하였을 때에는, 이들의 막을 투과한 광(光)이 실리콘 기판에 있어서 전하(전자)를 발생시킨다. 이 전하가 전하공급부로부터 센싱부로 공급된 전하와 하나가 되어 FD부에 축적되면, 검출오차의 원인이 될 수밖에 없다.

그래서 전하공급부로부터 센싱부에 대한 공급이 없는 상태에서, 센싱부로부터 FD부로 전하가 전송 가능하게 TG부의 전위를 조절하여 FD부로 이송된 제1전하량을 검출하여 저장하는 수단과, 전하공급부로부터 센싱부로 전하의 공급이 이루어진 상태에서, TG부의 전위를 조절하여 센싱부(2)의 전하를 FD부로 전송하고 FD부로 이송된 제2전하량을 검출하여 저장하는 수단을 구비하고, 상기 제2전하량과 상기 제1전하량의 차이를 연산하고, 얻어진 전하량의 차이에 의거하여 검출장치의 출력을 보정하고, 이에 따라 검출장치의 검출결과로부터 광의 영향을 제거할 수 있다.

이상, 일본국 공개특허 특개2008-79306호 공보를 참조하기 바란다. 그리고 이 문헌에 기재된 내용은 이 명세서의 내용으로서 포함된다.

(광의 검출)

센싱부가 광에 대하여 활성인 것을 이용하여 광량을 검출할 수 있다.

즉 광의 조사에 의하여 센싱부에서 생성한 전하를 FD부로 전송하는 타이밍을 제어함으로써, 센싱부에 입사된 광량(光量)을 특정할 수 있다. 이 경우에는 전하공급부는 불필요하다.

또 일본국 특허 제4073831호 공보에 나타내는 분광검출(分光檢出)을 실행하기 위해서는 센싱부에 투광성 전극막(透光性電極膜)을 적층하는 것이 바람직하다. 투광성 전극막을 감응막 상에 적층하면 감응막이 검출대상에 접촉하지 않아, pH 검출을 할 수 없다.

(pH·광의 검출)

pH 검출장치의 기본구조를 사용하여 광량의 검출이 가능하기 때문에, 검출에 시간차이를 설정함으로써 하나의 칩에 의하여 pH와 광량의 양자의 검출이 가능하게 된다(일본국 특허 제4183789호 공보를 참조). 그리고 이 문헌에 기재된 내용은 이 명세서의 내용으로서 포함된다.

전하이송·축적부를 pH 검출용과 광량검출용으로 각각 설치하더라도 좋다(일본국 특허 제4133028호 공보). 그리고 이 문헌에 기재된 내용은 이 명세서의 내용으로서 포함된다.

pH와 광량의 동시계측을 가능하게 하는 장치가 WO/2009/081890A1호 공보에 개시되어 있다. 그리고 이 문헌에 기재된 내용은 이 명세서의 내용으로서 포함된다. 이 장치에서는, 전하로서의 전자를 이용하는 pH 검출용의 전하이송·축적부와, 광 입사에 의하여 센싱부에서 발생한 정공(hole)을 이용하는 광량검출용의 전하이송·축적부가 나란하게 설치된다.

일본국 특허 제4073831호 공보에 기본동작을 나타내는 분광장치에 있어서, TG부의 전위를 제어함으로써 투광성 전극을 전혀 사용하지 않더라도, 센싱부(10)에 인가하는 전위를 변화시켰을 때와 같은 상태가 얻어진다(WO/2010/106800A1호 공보를 참조). 그리고 이 문헌에 기재된 내용은 이 명세서의 내용으로서 포함된다.

이 분광장치는 다음과 같이 구성된다. 즉 입사광에 의하여 전하를 발생시키는 센싱부와, 상기 센싱부의 표면으로부터 제1깊이까지 발생한 전하를 포획하는 제1상태와, 상기 표면으로부터 제2깊이까지 발생한 전하를 포획하는 제2상태가 되도록 센싱부를 제어하는 전하발생 제어부와, 상기 전하발생 제어부에서 포획된 전하량에 따른 신호를 출력하는 FD부를 구비하고,

전하발생 제어부는 센싱부에 인접하여 형성되고, 센싱부의 포텐셜 우물에 충전되어 있는 전하의 최저전위를 규정하는 TG부를 구비하고, 이 TG부의 전위를 제어하여 상기 포텐셜 우물에 충전되어 있는 전하의 최저전위를 제어함으로써 센싱부를 제1상태 또는 제2상태로 하고, 입사광에 의하여 센싱부에서 발생한 전하가 게이트부를 오버플로(overflow) 하여 상기 FD부로 이송되는 분광장치. 여기에서 TG부의 전위는 ICG부의 전위보다 높게 하는 것이 바람직하다.

상기 분광장치에 의하여 여기광(勵起光)과 이 여기광에 의하여 여기된 형광(螢光)을 포함하는 광을 분광하는 경우에는, 센싱부측으로부터 순차적으로 제1FD부와 제2FD부를 설치하고, 제1FD부의 용량을 제2FD부의 용량보다 크게 하고, 상기 센싱부로부터 이송되는 전하에 의하여 제1FD부는 항상 가득 찬 상태가 되어, 상기 제1FD부를 통과한 전하가 축적되는 제2FD부의 전하량에 의거하여 각 광의 세기를 특정한다. 제2FD부는 용량이 작기 때문에 검출감도가 향상된다.

이상, WO/2009/151004호 공보를 참조하기 바란다. 그리고 이 문헌에 기재된 내용은 이 명세서의 내용으로서 포함된다.

도8에는 pH 검출용의 전하이송·축적부와 광량검출용의 전하이송·축적부를 구비하였을 때의, 집적화에 적합한 회로구성예를 나타낸다.

또 도5와 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고 그에 대한 설명을 생략한다. 이 예에서는 제1센싱부(110)와 제2센싱부(210)의 각각에 대하여, 소스 팔로워 회로(143)(pH 검출용)와 리셋회로(153)(pH 검출용), 및 소스 팔로워 회로(243)(광량검출용)와 리셋회로(253)(광량검출용)가 공통화되어 있다.

pH 검출용으로는 도5와 동일한 동작을 한다.

광량검출도 pH 검출과 동일한 구조의 전하이동 축적부, 전하량 검출부 및 전하제거부를 구비한다. 광량검출에 있어서는 센싱부에 전하를 공급할 필요는 없다. 센싱부가 광에 반응하여 생성한 전하를 FD로 이송하고, 그 전하량에 따라 광량을 특정한다.

복수의 pH 검출장치를 사용하면, 각각의 센싱부에 있어서 감도의 편차가 발생한다. 감도의 편차 원인으로서 감응막의 충전 상승 등이 생각된다.

일반적으로 감도의 편차를 교정하기 위해서는, 표준용액에 대한 각 센싱부의 출력신호를 구하고, 그 출력신호가 정규의 출력신호가 되도록 이것을 소프트웨어적인 데이터 처리에 의하여 교정한다. 그러나 센싱부의 수가 증가하면 데이터 처리용 PC에 걸리는 부담이 커지기 때문에 고집적화의 저해요인이 된다.

여기에서 본 발명자들은 감도의 편차를 하드웨어적으로 교정하는 것을 생각하였다. 즉 표준용액에 대한 각 센싱부의 이송전하량(출력신호)을 구하고, 이 이송전하량과 표준센싱부에 의한 표준이송전하량(표준출력신호)의 차이를 구한다. 여기에서 표준센싱부는 임의로 또는 이론적으로 선택할 수 있고, 이 센싱부를 표준용액에 접촉시켰을 때에 이송되는 전하량을 일의적(一義的)으로 표준이송전하량으로 하여, 모든 센싱부의 출력의 기준으로 한다.

각 센싱부의 이송전하량과 표준이송전하량의 차이가 상쇄되도록 센싱부의 포텐셜 우물의 용량을 변화시키거나 또는 전하이송 시의 TG부의 포텐셜을 변화시킨다. 이에 따라 표준용액에 대하여 표준센싱부가 FD부로 이송시키는 전하량과 같은 전하량이 교정대상의 센싱부로부터 FD부에 대하여 이송된다.

포텐셜 우물의 용량 변화는, 예를 들면 ICG부의 전위, 참조전극의 전위 및/또는 포텐셜 우물의 바닥부의 전위를 하드웨어적으로 조정함으로써 할 수 있다. TG부의 전위조정도 동일하다.

또 검출장치에 요구되는 감도에 따라서는 각 센싱부를 각각 교정할 필요는 없다. 예를 들면 교정대상의 센싱부로부터의 이송전하량과 표준이송전하량의 차이를 미리 정해진 범위(전하량대(電荷量帶))로 분류하고, 당해 범위별로 교정값을 미리 정하여 둔다. 그리고 교정대상의 포텐셜 우물의 용량을 당해 교정값에 의하여 교정한다. 이에 따라 하드웨어적인 조정작업이 간소화된다.

이상을 정리하면, 다음과 같이 규정할 수 있다.

검출대상의 pH값에 대응하여 포텐셜 우물의 바닥부 전위를 변화시키는 제1센싱부 및 제2센싱부를 구비하고,

TG부를 통하여 각 센싱부의 전하를 대응하는 FD부로 이송하고, 상기 FD부에 축적된 전하에 의거하여 검출대상의 pH를 검출하는 장치의 제어방법으로서,

검출대상이 제1상태일 때에, 제1센싱부의 제1포텐셜 우물 및 제2센싱부의 제2포텐셜 우물로부터 각각 제1양의 전하가 대응하는 FD부로 이송되도록, 검출대상에 있어서 적어도 일방의 센싱부의 포텐셜 우물의 용량을 변화시키고 및/또는 전하이송 시에 TG부의 전위를 변화시키는 pH 검출장치의 제어방법.

상기에 있어서, pH 검출장치를 검출장치의 예로 하여 설명하였다. 감응막을 선택함으로써 측정대상을 임의의 화학현상, 물리현상으로 할 수 있다.

이 발명은, 상기 발명에 있어서의 실시형태 및 실시예의 설명에 조금도 한정되는 것은 아니다. 특허청구범위의 기재를 일탈하지 않고 당업자가 용이하게 착상할 수 있는 범위에서 여러 가지의 변형태양도 이 발명에 포함된다.

이 명세서에 기재한 선행문헌의 기재내용을, 이 명세서의 기재의 일부로서 포함할 수 있다.

1 : pH 검출장치
10 : 센싱부 12 : 감응막 13 : 참조전극 15 : 포텐셜 우물
20 : 전하공급부 21 : ID부 23 : ICG부
30 : 전하이송·축적부 31 : TG부 33 : FD부
40 : 전하량 검출부
50 : 전하제거부 51 : RG부 53 : RD부
71 : 기판 72 : p확산영역 73 : n영역 74, 75, 77 : n+영역

Claims

측정대상(測定對象)의 화학·물리현상에 대응하여 포텐셜 우물(potential well)의 바닥부 전위(電位)를 변화시키는 복수의 센싱부(sensing部)를 구비하고,
TG부를 통하여 상기 각 센싱부의 전하(電荷)를 대응하는 FD부로 이송하고, 상기 FD부에 축적된 전하에 의거하여 상기 화학·물리현상을 특정(特定)하는 화학·물리현상 검출장치의 제어방법으로서,
상기 복수의 센싱부에 있어서 선택된 제1센싱부의 제1포텐셜 우물은 전하를 홀드(hold)하고, 선택되지 않는 제2센싱부의 제2포텐셜 우물은 전하가 비어 있는 상태로 하고,
상기 제1포텐셜 우물 및 상기 제2포텐셜 우물로부터 동시에 하나의 상기 FD부로 전하를 이송 가능 상태로 하는 화학·물리현상 검출장치의 제어방법.
측정대상의 화학·물리현상에 대응하여 포텐셜 우물의 바닥부 전위를 변화시키는 복수의 센싱부를 구비하고,
ID부로부터 ICG부를 통하여 전하를 상기 각 센싱부의 포텐셜 우물에 주입하는 주입스텝(注入step)과,
상기 포텐셜 우물의 전하를 대응하는 FD부로 이송하는 이송스텝(移送step)을
포함하고,
상기 FD부에 축적된 전하에 의거하여 상기 화학·물리현상을 특정하는 화학·물리현상 검출장치의 제어방법으로서,
상기 주입스텝에서는, 상기 복수의 센싱부의 모두에 상기 ID부로부터 전하를 주입한 후에, 선택된 제1센싱부의 제1포텐셜 우물의 전하는 홀드하고, 선택되지 않은 제2센싱부의 제2포텐셜 우물의 전하를 배출하고,
상기 이송스텝에서는, 상기 제1포텐셜 우물 및 상기 제2포텐셜 우물로부터 동시에 하나의 상기 FD부로 전하를 이송 가능 상태로 하는 화학·물리현상 검출장치의 제어방법.
제2항에 있어서,
상기 제2포텐셜 우물의 전하의 배출은 상기 ID부로 하는 제어방법.
제2항에 있어서,
상기 주입스텝에서는, 상기 제1센싱부의 제1포텐셜 우물에 대하여, 대응하는 제1ICG부의 전위를 제어하여 상기 ID부로부터의 전하주입을 허용하고,
상기 제2센싱부의 제2포텐셜 우물에 대하여, 대응하는 제2ICG부의 전위를 제어하여 상기 ID부로부터의 전하주입을 거절하고,
상기 이송스텝에서는, 상기 제1포텐셜 우물 및 상기 제2포텐셜 우물로부터 동시에 각각의 대응하는 상기 FD부로 전하를 이동 가능 상태로 하는 화학·물리현상 검출장치의 제어방법.
제4항에 있어서,
상기 주입스텝에서는, 상기 ID부에 있어서의 전하의 최저전위를 일정하게 하고, 상기 ICG부의 전위를 상기 ID부에 있어서의 전하의 최저전위보다 높게 함으로써 상기 ID부로부터 상기 제1포텐셜 우물에 전하를 주입하고, 상기 ICG부의 전위를 상기 ID부에 있어서의 전하의 최저전위보다 낮게 함으로써 상기 ID부로부터 상기 제2포텐셜 우물에 전하가 주입되지 않도록 하는 제어방법.
제4항에 있어서,
상기 주입스텝에서는, 상기 ID부에 있어서의 전하의 최저전위를 일정하게 하고, 상기 제1ICG부의 전위를 상기 ID부에 있어서의 전하의 최저전위보다 높게 함으로써 상기 ID부로부터 상기 제1센싱부로 전하를 공급하고, 그 후에 상기 제1ICG부의 전위를 상기 제1TG부의 전위 이하로 하여 상기 제1센싱부에 전하를 홀드시키고,
상기 제2ICG부의 전위를 상기 ID부에 있어서의 전하의 최저전위보다 낮게 하여, 상기 ID부로부터 상기 제2센싱부에 대한 전하의 공급을 거절하는 제어방법.
측정대상의 화학·물리현상에 대응하여 포텐셜 우물의 바닥부 전위를 변화시키는 적어도 제1센싱부 및 제2센싱부와, TG부를 통하여 상기 각 센싱부의 전하를 이송하여 축적하는 FD부를 구비하고, 상기 FD부에 축적된 전하에 의거하여 상기 화학·물리현상을 특정하는 화학·물리현상 검출장치에 있어서,
상기 제1센싱부 및 상기 제2센싱부에 공통적으로 설치된 하나의 FD부에 축적된 전하를 검출하는 검출회로(檢出回路)와,
상기 제1센싱부와 상기 FD부의 사이에 배치되는 제1TG부와, 상기 제2센싱부와 상기 FD부의 사이에 배치되는 제2TG부와,
상기 제1TG부와 상기 제2TG부를 동일한 타이밍(timing)에 의하여 여는 TG부 제어부와,
상기 제1TG부 및 상기 제2TG부를 열기 직전에 있어서, 상기 제1센싱부의 포텐셜 우물에 전하를 홀드하고, 상기 제2센싱부의 포텐셜 우물은 전하를 비어 있는 상태로 하는 센싱부 제어부를
구비하는 화학·물리현상 검출장치.
제7항에 있어서,
상기 제1센싱부에는 ID부로부터 제1ICG부를 통하여 전하가 공급 가능하고,
상기 제2센싱부에는 상기 ID부로부터 제2ICG부를 통하여 전하가 공급 가능하고,
상기 센싱부 제어부는 전하공급 제어부(電荷供給制御部)를 구비하고, 상기 전하공급 제어부는 상기 제1ICG부를 상기 제1센싱부보다 낮은 전위로 하여, 상기 ID부로부터 공급된 전하를 상기 제1센싱부에 홀드하고, 상기 제2ICG부를 상기 제2센싱부보다 높은 전위로 하여, 상기 ID부로부터 공급된 전하를 상기 제2센싱부로부터 상기 ID부로 배출하는 화학·물리현상 검출장치.
제7항에 있어서,
상기 제1센싱부에는 ID부로부터 제1ICG부를 통하여 전하가 주입 가능하고,
상기 제2센싱부에는 상기 ID부로부터 제2ICG부를 통하여 전하가 주입 가능하고,
상기 센싱부 제어부는 전하공급 제어부를 구비하고, 상기 전하공급 제어부는 상기 제1ICG부를 제어하여 상기 ID부로부터 상기 제1센싱부로 전하를 공급하고, 상기 제2ICG부를 제어하여 상기 ID부로부터 상기 제2센싱부에 대한 전하의 공급을 거절하는 화학·물리현상 검출장치.
제9항에 있어서,
상기 전하공급 제어부는, 상기 ID부에 있어서의 전하의 최저전위를 일정하게 하고, 상기 제1ICG부의 전위를 상기 ID부에 있어서의 전하의 최저전위보다 높게 함으로써 상기 ID부로부터 상기 제1센싱부로 전하를 공급하고,
상기 제1ICG부의 전위를 상기 제1TG부의 전위 이하로 하여 상기 제1센싱부에 전하를 홀드시키고,
상기 제2ICG부의 전위를 상기 ID부에 있어서의 전하의 최저전위보다 낮게 하여, 상기 ID부로부터 상기 제2센싱부에 대한 전하의 공급을 거절하는 화학·물리현상 검출장치.
제7항에 있어서,
상기 센싱부 제어부는 전하배출 제어부(電荷排出制御部)를 구비하고, 상기 전하배출 제어부는 각 센싱부의 바닥부 전위보다 높은 전위의 드레인부(drain部)와, 상기 드레인부와 상기 각 센싱부의 사이에 각각 삽입되는 제2게이트부(第二gate部)를 구비하고,
상기 제1센싱부에 연속하는 제2게이트부는 상기 제1게이트부보다 낮은 전위로 하고, 상기 제2센싱부에 연속하는 제2게이트부는 상기 제2센싱부보다 높은 전위로 하는 화학·물리현상 검출장치.
제7항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제1TG부 및 상기 제2TG부는 하나의 신호선(信號線)에 연결되는 화학·물리현상 검출장치.