KR102655502B1 - 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로 및 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로 및 이를 이용한 차동형 회로에 관한 것이다. 상기 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로는, 감지 대상 물질에 대한 감지 특성을 갖는 제1 센서; 및 상기 감지 대상 물질에 대하여 상기 제1 센서와 상보적 감지 특성을 갖는 제2 센서;를 구비하고, 상기 제1 센서는 FET형 센서로 이루어지고 제2 센서는 FET형 센서 또는 저항형 센서로 이루어지며, 상기 제1 센서와 제2 센서는 직렬 연결된 것을 특징으로 한다. 전술한 구성을 갖는 인터페이스 회로는 출력 전압의 변화를 증가시킴으로써, 감지 민감도를 향상시킬 수 있게 된다. 상기 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로는 증폭 회로의 역할을 하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 전술한 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로를 이용하여 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로를 구성함으로써, 차동형 증폭 회로의 역할을 함과 동시에, 잡음을 감소시키고 민감도를 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 센서 인터페이스 회로에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 감지 대상 물질에 대하여 상보적 감지 특성을 갖는 둘 이상의 센서들을 조합하여 구성함으로써 감지 신호에 대한 출력 전압을 증가시키고 감지에 대한 민감도를 향상시킬 수 있도록 한 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로 및 전술한 인터페이스 회로들을 이용한 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 관한 것이다.
최근 실내외 대기 오염이 심해짐에 따라 가스 감지를 통해 대기중에 있는 유해 물질들을 모니터링하거나 사람의 날숨에 포함된 가스 감지를 통해 질병을 진단할 수 있도록 하는 화학 센서 또는 바이오 센서에 대한 수요와 관심이 증대되고 있다. 특히, 최근 사물 인터넷 시대에 접어들게 됨에 따라, 주변 환경에 대한 정보를 주기적으로 모니터링할 수 있는 사물 인터넷 환경을 구축하기 위하여, 다양한 종류의 센서들이 필요할 뿐만 아니라 안정적이면서 저전력으로 동작하는 센서들이 필요하게 됨에 따라, 이들에 대한 연구 및 개발이 증대되고 있다. 이러한 요구와 수요에 따라, 글로벌 가스 센서 시장은 급속히 성장하고 있을 뿐만 아니라, 광학, 전기, 화학, 반도체 기반의 가스 센서들이 다양하게 연구 및 개발되고 있다.
전술한 센서들 중 반도체 기반 센서의 경우, 금속 산화물을 감지 물질로 사용하며, 저항, FET형 등과 같은 다양한 센서 플랫폼이 존재한다. 반도체 기반 센서는 광학 센서 및 전기 화학 센서에 비해 크기가 작고 전력 소모가 적을 뿐만 아니라 저렴한 공정 가격으로 많은 센서를 제작할 수 있다는 장점이 있다. 반도체 기반 센서 중 저항형 센서는 금속 전극 위에 금속 산화물 반도체가 증착되는 매우 간단한 구조를 가지기 때문에 공정 과정이 간단하여 낮은 가격으로 많은 양의 센서를 생산할 수 있는 반면, 감지 물질이 출력 신호의 통로로 사용되기 때문에 센서 신호의 잡음이 매우 크고 신뢰성 및 내구성에서의 한계를 가진다. 반면, FET형 센서는 감지 물질과 FET의 채널이 분리되어 있기 때문에 잡음의 크기를 줄일 수 있으며, 신뢰성 및 내구성 또한 향상시킬 수 있다.
이러한 특징으로 인하여, FET형 센서는 안정적이면서 저전력으로 동작하며 잡음이 적고 CMOS 공정과 호환이 가능하기 때문에, 사물 인터넷 환경의 구축에 활용될 수 있는 강력한 후보로서 논의되고 있다.
한편, 사물 인터넷 환경의 구축을 위하여 안정적으로 동작하는 센서와 더불어, 센서로부터 출력되는 신호를 읽고 처리해줄 수 있는 프로세서를 필요로 한다. 현재 개발되고 있는 대부분의 센서는 감지 대상과의 반응에 따른 감지 신호들을 전류의 형태로 출력한다. 하지만, 전압 출력이 전류 출력에 비하여 잡음의 영향을 덜 받는 특성을 가지므로, 일반적으로 센서의 감지 신호를 처리하는 프로세서는 안정적인 신호 처리를 위하여 전압 출력을 더 선호한다.
한편, 종래의 화학 센서나 바이오 센서 기술들은 대부분 저항형 센서를 사용하고 있으며, 이와 같이 저항형 센서를 사용하는 종래의 회로들은 고정형 저항을 부하로 사용하여 인터페이스 회로를 구성하게 된다. 따라서, 저항형 센서를 사용하는 인터페이스 회로들은, 감지 대상에 반응하지 않는 고정형 저항을 사용한 전압 분할 회로나 휘트스톤 브릿지 회로 등을 구성하여 전압 출력으로 증폭하게 된다. 그러나, 이러한 방식은 회로의 민감도를 극대화시키기 위하여, 저항형 센서의 반응 정도에 따라 부하 저항의 크기를 달리 사용하여야 되는 문제점을 갖고 있다.
또한, TFT 형 센서를 사용하는 경우, 감지 대상에 반응하는 고정 저항이나 TFT 소자를 부하로 사용하여 인터페이스 증폭 회로를 구성하게 된다. 하지만, 이러한 방식은, TFT형 센서와 부하가 감지 대상에 반응하였을 때 전류의 변화 방향이 같기 때문에 회로의 민감도를 높이지 못하게 되는 문제점을 갖고 있다.
따라서, 본 발명에서는 센서 회로의 민감도를 증가시킬 수 있는 방안을 제안하고자 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 상보적인 감지 특성을 갖는 센서들을 사용하여 감지 신호를 증폭시키도록 구성하여 회로의 민감도를 향상시킬 수 있도록 하는 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로는, 감지 대상 물질에 대한 감지 특성을 갖는 제1 센서; 및 상기 감지 대상 물질에 대하여 상기 제1 센서와 상보적 감지 특성을 갖는 제2 센서;를 구비하고, 상기 제1 센서는 FET형 센서로 이루어지고 제2 센서는 FET형 센서 또는 저항형 센서로 이루어지며, 상기 제1 센서와 제2 센서는 직렬 연결된 것을 특징으로 한다.
전술한 제1 특징에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 상기 제1 센서는 p형 또는 n형 채널을 갖는 FET형 센서로 이루어지고, 상기 제2 센서는 저항형 센서로 이루어지거나 제1 센서와는 반대 유형의 채널을 갖는 FET형 센서로 이루어지는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로는 증폭 기능을 갖고, 이 증폭기의 일례로 감지 대상 물질에 따른 전류 변화를 전압 출력으로 변환하는 증폭 회로의 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 특징에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로는, 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로를 이용하여 구성한 차동형 증폭 회로의 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
전술한 제2 특징에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로는, 서로 병렬 배치된 제1 및 제2 회로부, 및 제1 및 제2 회로부의 한 끝단에 직렬로 연결된 정전류 공급 소자를 구비하는 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 관한 것으로서, 상기 제1 및 제2 회로부는 감지 대상 물질에 대한 감지 특성을 갖는 제1 및 제2 센서가 직렬로 연결되어 구비되며, 제1 센서는 FET형 센서로 이루어지고 제2 센서는 FET형 센서 혹은 저항형 센서를 이용하여 구성한 것을 특징으로 한다. 상기 제1 및 제2 회로부에서 직렬 연결된 제1 및 제2 센서 사이에서 제1 출력 및 제2 출력이 구비되되, 제1 출력과 제2 출력의 신호가 서로 상보가 되도록 제1 및 제2 회로부의 제1 및 제2 센서들을 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 특징에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로는, 서로 병렬 배치된 제1 및 제2 회로부, 및 제1 및 제2 회로부의 한 끝단에 직렬로 연결된 정전류 공급 소자를 구비하는 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 관한 것으로서, 상기 제1 및 제2 회로부는 각각 감지 대상 물질에 대한 감지 특성을 갖는 제1 및 제2 센서가 직렬로 연결되어 구비되며, 제1 센서는 FET형 센서로 이루어지고 제2 센서는 FET형 센서로 구비되되, 제1 및 제2 회로부의 제2 센서는 전류 미러 회로를 구성하도록 연결된 것을 특징으로 한다. 상기 제1 회로부의 제1 및 제2 센서 사이에서 구비된 제1 출력과 제2 회로부의 제1 및 제2 센서 사이에서 구비된 제2 출력의 신호가 서로 상보가 되도록, 상기 제1 및 제2 회로부의 제1 및 제2 센서들을 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로는 감지 대상 물질에 대하여 상보적 감지 특성을 갖는 센서들을 조합하여 회로를 구성함으로써, 기존의 회로에 비하여 출력 전압의 변화를 증가시켜 감지 대상 물질에 대한 회로의 민감도를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로는 저항형 센서, n채널과 p채널을 갖는 FET형 센서 등의 상보적 감지 특성을 갖는 센서들을 단일 공정으로 제작 가능하기 때문에, 다양한 조합으로 회로 구성이 가능하며 제작 공정을 최소화시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 회로를 구성하기 위한 센서로는 가스 센서뿐만 아니라 화학 센서, 바이오 센서 등에도 다양하게 활용이 가능하다.
도 1은 n형 채널을 갖는 FET형 센서와 p형 채널을 갖는 FET형 센서에 대한 가스 반응 특성 그래프이다.
도 2는 저항형 센서에 대한 가스 반응 특성 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제1 실시형태에 대한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제2 실시형태에 대한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제3 실시형태에 대한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제4 실시형태에 대한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제5 실시형태에 대한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로들로 구성한 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로 어레이를 모식적으로 도시한 것이다.
도 9은 본 발명의 제2 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제1 실시형태에 대한 회로도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제2 실시형태에 대한 회로도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제3 실시형태에 대한 회로도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제4 실시형태에 대한 회로도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제1 실시형태에 대한 회로도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제2 실시형태에 대한 회로도이다.
도 15, 도 16, 도 17 및 도 18은 본 발명에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에서 사용되는 FET형 센서의 일례들을 도시한 단면도들이다.
도 2는 저항형 센서에 대한 가스 반응 특성 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제1 실시형태에 대한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제2 실시형태에 대한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제3 실시형태에 대한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제4 실시형태에 대한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제5 실시형태에 대한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로들로 구성한 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로 어레이를 모식적으로 도시한 것이다.
도 9은 본 발명의 제2 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제1 실시형태에 대한 회로도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제2 실시형태에 대한 회로도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제3 실시형태에 대한 회로도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제4 실시형태에 대한 회로도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제1 실시형태에 대한 회로도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제2 실시형태에 대한 회로도이다.
도 15, 도 16, 도 17 및 도 18은 본 발명에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에서 사용되는 FET형 센서의 일례들을 도시한 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다.
<제1 실시예>
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 특허 명세서에 있어서, "상보적인 감지 특성을 갖는다"는 것은 두 개의 센서가 동일한 감지 대상에 반응하였을 때 반응에 의한 전류의 변화 방향이 서로 반대인 것을 의미한다. 따라서, 상보적인 감지 특성을 갖는 센서들의 조합을 구성하기 위하여는, 다른 기작으로 동작하는 센서를 사용하거나 같은 기작으로 동작하는 센서에 다른 종류의 감지 물질을 사용하거나 채널의 도핑 종류가 다른 센서를 사용할 수 있을 것이다. 또한, 본 특허 명세서에 있어서, "감지 대상 물질"이라 함은 센서와 반응하여 센서 신호의 변화를 일으키는 물질을 통칭하며 가스 분자 혹은 이온과 같은 것들을 포함한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로는, 감지 대상 물질에 대한 감지 특성을 갖는 제1 센서; 및 상기 감지 대상 물질에 대하여 상기 제1 센서와 상보적 감지 특성을 갖는 제2 센서;를 구비하고, 상기 제1 센서는 FET형 센서로 이루어지고 제2 센서는 FET형 센서 또는 저항형 센서로 이루어지며, 상기 제1 센서와 제2 센서는 직렬 연결된 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 제1 센서는 p형 또는 n형 채널을 갖는 FET형 센서로 이루어지고, 상기 제2 센서는 저항형 센서로 이루어지거나 제1 센서와는 반대 유형의 채널을 갖는 FET형 센서로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로는 증폭 회로의 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 따른 상기 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로는 상기 제1 센서와 상기 제2 센서가 연결되는 지점의 전류 또는 전압 신호를 획득하여 출력 신호로 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로의 출력 신호는 펄스 열 또는 펄스 폭으로 변환하는 기능을 가진 뉴런 회로에 연결되어 사용될 수 있다.
도 1은 n형 채널을 갖는 FET형 센서와 p형 채널을 갖는 FET형 센서에 대한 가스 반응 특성 그래프이다. 도 1을 참조하면, n형 채널을 갖는 FET형 센서(nFET)과 p형 채널을 갖는 FET형 센서(pFET)는 서로 상보적 반응 특성을 가짐을 알 수 있다. 한편, 도 2는 저항형 센서에 대한 가스 반응 특성 그래프이다. 도 2를 참조하면, 저항형 센서는 도 1의 pFET형 센서와 서로 상보적 반응 특성을 가짐을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제1 실시형태에 대한 회로도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 상기 제1 센서(Mp1)는 pFET형 센서로 이루어지고, 제2 센서(R1)는 저항형 센서로 이루어진다.
산화성 가스의 특징을 갖는 감지 대상 물질과 반응하였을 때, 제1 센서인 n형 감지 물질을 갖는 pFET형 센서(Mp1)의 전류는 증가하는 반면에, 제2 센서인 n형 감지 물질을 갖는 저항형 센서(R1)는 저항이 증가하게 된다. 이 때, pFET형 센서(Mp1)의 전류가 저항형 센서(R1)로 흐르게 됨에 따라, 출력 전압(Vout)은 증가하게 된다. 결과적으로, 본 실시형태에 따른 회로는 제1 센서인 pFET형 센서의 전류 변화와 제2 센서인 저항형 센서의 저항 변화가 더해지는 효과로 인하여, 회로의 출력 전압의 변화는 증가하게 된다. 이와 같이, 가스 등에 대한 감지 반응에 의해 출력 전압의 변화가 커짐에 따라 회로의 민감도가 향상될 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제2 실시형태에 대한 회로도이다. 도 4를 참조하면, 본 실시형태에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 상기 제1 센서(Mn1)는 nFET형 센서로 이루어지고, 제2 센서는 저항형 센서로 이루어진다.
산화성 가스의 특징을 갖는 감지 대상 물질과 반응하였을 때, 제1 센서인 p형 감지 물질을 갖는 nFET형 센서(Mn1)의 전류는 감소하는 반면에, 제2 센서인 p형 감지 물질을 갖는 저항형 센서(R1)는 저항이 감소하게 된다. 이때, nFET형 센서(Mn1)의 전류가 저항형 센서(R1)로 흐르게 됨에 따라, 출력 전압(Vout)은 감소하게 된다. 결과적으로, 본 실시형태에 따른 회로는 제1 센서인 nFET형 센서의 전류 변화와 제2 센서인 저항형 센서의 저항 변화가 더해지는 효과로 인하여, 회로의 출력 전압의 변화는 증가하게 된다. 이와 같이, 가스 등에 대한 감지 반응에 의해 출력 전압의 변화가 커짐에 따라 전술한 제1 실시형태와 유사한 방식으로 동작하게 되고, 그 결과 회로의 민감도가 향상될 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제3 실시형태에 대한 회로도이다. 도 5를 참조하면, 본 실시형태에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 상기 제1 센서(Mp1)는 pFET형 센서로 이루어지고, 상기 제2 센서(Mn1)는 nFET형 센서로 이루어진다. 도 5에 도시된 제3 실시형태에 따른 회로는 제1 센서와 제2 센서가 감지 대상 물질에 대하여 상보적 감지 특성을 가짐에 따라, 본 실시형태에 따른 회로는 전술한 제1 실시형태와 유사한 방식으로 동작하게 되고, 그 결과 회로의 민감도가 향상될 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제4 실시형태에 대한 회로도이다. 도 6을 참조하면, 본 실시형태에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 전술한 도 5의 제3 실시 형태와 동일한 구조로 이루어지되, 제1 센서와 제2 센서는 감지 물질층을 서로 공유하고 동일한 입력 전원이 인가된다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제5 실시형태에 대한 회로도이다. 도 7을 참조하면, 본 실시형태에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에 있어서, 제1 센서와 제2 센서는 각각 감지 물질층을 구비하는 반면 동일한 입력 전원이 인가됨으로써, 게이트 전극은 서로 공유한다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로들로 구성한 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로 어레이를 모식적으로 도시한 것이다. 도 8을 참조하면, 전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로들을 서로 연결하여 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로 어레이를 구성할 수 있다. 이때, 어레이를 구성하는 각 구성 요소들은 전술한 제1 실시예의 다양한 실시 형태들의 조합으로 이루어질 수 있다.
<제2 실시예>
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로는 전술한 제1 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로를 기반으로 구성하였으며, 차동형 증폭 회로의 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 실시예의 제1 실시형태에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로는, 서로 병렬 배치된 제1 및 제2 회로부, 및 제1 및 제2 회로부의 한 끝단에 직렬로 연결된 정전류 공급 소자를 구비한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제1 및 제2 회로부는 각각 감지 대상 물질에 대한 감지 특성을 갖는 제1 및 제2 센서가 직렬 연결되어 이루어지며 상기 정전류 공급 소자는 상기 제1 및 제2 회로부로 정전류 전원을 제공하는 것을 특징으로 한다. 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로를 기반으로 구성되는 제1 및 제2 회로부는 각각 서로 직렬 연결된 제1 및 제2 센서로 이루어진다. 상기 제1 및 제2 회로부에서 제1 센서는 FET형 센서로 이루어지고 제2 센서는 FET형 센서 혹은 저항형 센서로 이루어진 것을 특징으로 한다. 상기 제1 및 제2 회로부에서 직렬 연결된 제1 및 제2 센서 사이에서 각각 제1 출력 및 제2 출력이 구비되되, 상기 제1 및 제2 회로부의 제1 및 제2 센서들은 제1 출력과 제2 출력의 신호가 서로 상보가 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제1 실시형태에 대한 회로도이다. 도 9를 참조하면, 본 실시형태에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제1 및 제2 회로부는 제1 센서(Mp1, Mp2)와 제2 센서(R1, R2)가 직렬 연결되며, 제1 회로부와 제2 회로부가 서로 병렬 배치된다. 상기 제1 및 제2 회로부의 상기 제1 센서(Mp1, Mp2)는 pFET형 센서로 구성되고, 상기 제1 및 제2 회로부의 제2 센서(R1, R2)는 저항형 센서로 구성된다. 상기 제1 회로부의 제1 센서(Mp1)와 제2 회로부의 제2 센서(R2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나, 상기 제1 회로부의 제2 센서(R1)와 제2 회로부의 제1 센서(Mp2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나, 상기 제1 및 제2 회로부의 제1 센서들(Mp1, Mp2)이 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나, 상기 제1 및 제2 회로부의 제2 센서들(R1, R2)이 서로 상보적인 감지 특성을 갖는 것을 특징으로 한다. 이 때 서로 상보적인 감지 특성을 갖지 않는 센서들은 감지 대상 물질에 반응하지 않거나, 감지 대상 물질에 반응하는 경우 상보적인 감지 특성을 갖지 않는 센서들이 서로 같은 방향으로 전류의 변화가 일어난다. 정전류 전원 공급 소자(Mp3)는 일반적인 PMOS 소자로 구성될 수 있으며, 입력 전압(VB)를 일정하게 인가해줌으로써, 전류원으로 사용한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제2 실시형태에 대한 회로도이다. 도 10을 참조하면, 본 실시형태에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제1 및 제2 회로부는 제1 센서(Mn1, Mn2)와 제2 센서(R1, R2)가 직렬 연결되며, 제1 회로부와 제2 회로부가 서로 병렬 배치된다. 상기 제1 및 제2 회로부의 상기 제1 센서(Mn1, Mn2)는 nFET형 센서로 구성되고, 상기 제1 및 제2 회로부의 제2 센서(R1, R2)는 저항형 센서로 구성된다. 상기 제1 회로부의 제1 센서(Mn1)와 제2 회로부의 제2 센서(R2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나, 상기 제1 회로부의 제2 센서(R1)와 제2 회로부의 제1 센서(Mn2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나, 상기 제1 및 제2 회로부의 제1 센서(Mn1, Mn2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나, 상기 제1 및 제2 회로부의 제2 센서(R1, R2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖는 것을 특징으로 한다. 이 때 서로 상보적인 감지 특성을 갖지 않는 센서는 감지 대상 물질에 반응하지 않거나 감지 대상 물질에 반응하는 경우 상보적인 감지 특성을 갖지 않는 센서들이 서로 같은 방향으로 전류의 변화가 일어난다. 정전류 전원 공급 소자(Mn3)는 일반적인 NMOS 소자로 구성될 수 있으며, 입력 전압(VB)를 일정하게 인가해줌으로써, 전류원으로 사용한다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제3 실시형태에 대한 회로도이다. 도 11을 참조하면, 본 실시형태에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제1 및 제2 회로부는 제1 센서(Mn1, Mn2)와 제2 센서(Mp1, Mp2)가 직렬 연결되며, 제1 회로부와 제2 회로부가 서로 병렬 배치된다. 상기 제1 및 제2 회로부의 제1 센서(Mn1, Mn2)는 nFET형 센서로 구성되고, 상기 제1 및 제2 회로부의 제2 센서(Mp1, Mp2)는 pFET형 센서로 구성된다. 상기 제1 회로부의 제1 센서(Mn1)와 제2 회로부의 제2 센서(Mp2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나 상기 제1 회로부의 제2 센서(Mp1)와 제2 회로부의 제1 센서(Mn2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나 상기 제1 및 제2 회로부의 제1 센서(Mn1, Mn2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나 상기 제1 및 제2 회로부의 제2 센서(Mp1, Mp2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖는 것을 특징으로 한다. 이 때 서로 상보적인 감지 특성을 갖지 않는 센서는 감지 대상 물질에 반응하지 않거나 감지 대상 물질에 반응하는 경우 상보적인 감지 특성을 갖지 않는 센서들이 서로 같은 방향으로 전류의 변화가 일어난다. 정전류 전원 공급 소자(Mn3)는 일반적인 NMOS 소자로 구성될 수 있으며, 입력 전압(VB2)를 일정하게 인가해줌으로써, 전류원으로 사용한다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제4 실시형태에 대한 회로도이다. 도 12를 참조하면, 본 실시형태에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제1 및 제2 회로부는 제1 센서(Mp1, Mp2)와 제2 센서(Mn1, Mn2)가 직렬 연결되며, 제1 회로부와 제2 회로부가 서로 병렬 배치된다. 상기 제1 및 제2 회로부의 제1 센서(Mp1, Mp2)는 pFET형 센서로 구성되고, 상기 제1 및 제2 회로부의 제2 센서(Mn1, Mn2)는 nFET형 센서로 구성된다. 상기 제1 회로부의 제1 센서(Mp1)와 제2 회로부의 제2 센서(Mn2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나 상기 제1 회로부의 제2 센서(Mn1)와 제2 회로부의 제1 센서(Mp2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나 상기 제1 및 제2 회로부의 제1 센서(Mp1, Mp2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나 상기 제1 및 제2 회로부의 제2 센서(Mn1, Mn2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖는 것을 특징으로 한다. 이 때 서로 상보적인 감지 특성을 갖지 않는 센서는 감지 대상 물질에 반응하지 않거나 감지 대상 물질에 반응하는 경우 상보적인 감지 특성을 갖지 않는 센서들이 서로 같은 방향으로 전류의 변화가 일어난다. 정전류 전원 공급 소자(Mp3)는 일반적인 PMOS 소자로 구성될 수 있으며, 입력 전압(VB2)를 일정하게 인가해줌으로써, 전류원으로 사용한다.
<제3 실시예>
이하, 본 발명의 제3 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로를 이용한 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로는, 서로 병렬 배치된 제1 및 제2 회로부, 및 제1 및 제2 회로부의 한 끝단에 직렬로 연결된 정전류 공급 소자를 구비한다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제1 및 제2 회로부는 각각 서로 직렬 연결된 제1 및 제2 센서로 이루어지고, 상기 정전류 공급 소자는 상기 제1 및 제2 회로부로 정전류 전원을 제공하는 것을 특징으로 한다. 상기 제1 및 제2 회로부에서 제1 센서는 FET형 센서로 이루어지고 제2 센서는 FET형 센서로 구비되되, 제1 및 제2 회로부에서 제2 센서는 전류 미러 회로를 구성하도록 연결된 것을 특징으로 한다. 제1 회로부의 제1 및 제2 센서 사이에서 구비된 제1 출력과 제2 회로부의 제1 및 제2 센서 사이에서 구비된 제2 출력의 신호가 서로 상보가 되도록 제1 및 제2 회로부의 제1 및 제2 센서들이 구성된 것을 특징으로 한다. 정전류 전원 공급 소자(Mp3)는 상기 제1 및 제2 회로부에 공통 전류를 일정하게 인가하도록 하는 전류원으로 사용된다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제1 실시형태에 대한 회로도이다. 도 13을 참조하면, 본 실시형태에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제1 및 제2 회로부는 제1 센서(Mn1, Mn2)와 제2 센서(Mp1, Mp2)가 직렬 연결되며, 제1 회로부와 제2 회로부가 서로 병렬 배치된다. 상기 제1 및 제2 회로부의 제1 센서(Mn1, Mn2)는 nFET형 센서로 구성되고, 상기 제1 및 제2 회로부의 제2 센서(Mp1, Mp2)는 pFET형 센서로 구성되며 상기 제2 센서들은 전류 미러 회로를 구성하도록 연결된다. 상기 제1 회로부의 제1 센서(Mn1)와 제2 회로부의 제2 센서(Mp2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나 상기 제1 회로부의 제2 센서(Mp1)와 제2 회로부의 제1 센서(Mn2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나 상기 제1 및 제2 회로부의 제1 센서(Mn1, Mn2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나 상기 제1 및 제2 회로부의 제2 센서(Mp1, Mp2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖는 것을 특징으로 한다. 이 때 서로 상보적인 감지 특성을 갖지 않는 센서는 감지 대상 물질에 반응하지 않거나 감지 대상 물질에 반응하는 경우 같은 방향으로 전류의 변화가 일어난다. 정전류 전원 공급 소자(Mn3)는 일반적인 NMOS 소자로 구성될 수 있으며, 입력 전압(VB2)를 일정하게 인가해줌으로써, 전류원으로 사용한다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제2 실시형태에 대한 회로도이다. 도 14를 참조하면, 본 실시형태에 따른 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서, 제1 및 제2 회로부는 제1 센서(Mp1, Mp2)와 제2 센서(Mn1, Mn2)가 직렬 연결되며, 제1 회로부와 제2 회로부가 서로 병렬 배치된다. 상기 제1 및 제2 회로부의 제1 센서(Mp1, Mp2)는 pFET형 센서로 구성되고, 상기 제1 및 제2 회로부의 제2 센서(Mn1, Mn2)는 nFET형 센서로 구성되며 상기 제2 센서들은 전류 미러 회로를 구성하도록 연결된다. 상기 제1 회로부의 제1 센서(Mp1)와 제2 회로부의 제2 센서(Mn2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나 상기 제1 회로부의 제2 센서(Mn1)와 제2 회로부의 제1 센서(Mp2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나 상기 제1 및 제2 회로부의 제1 센서(Mp1, Mp2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖거나 상기 제1 및 제2 회로부의 제2 센서(Mn1, Mn2)가 서로 상보적인 감지 특성을 갖는 것을 특징으로 한다. 이 때 서로 상보적인 감지 특성을 갖지 않는 센서는 감지 대상 물질에 반응하지 않거나 감지 대상 물질에 반응하는 경우 같은 방향으로 전류의 변화가 일어난다. 정전류 전원 공급 소자(Mp3)는 일반적인 PMOS 소자로 구성될 수 있으며, 입력 전압(VB2)를 일정하게 인가해줌으로써, 전류원으로 사용한다.
전술한 제1 및 제2 실시예에 따른 차동형 인터페이스 회로는, 상기 제1 회로부의 제1 및 제2 센서 사이에서 구비되는 제1 출력과 상기 제2 회로부의 제1 및 제2 센서 사이에서 구비되는 제2 출력의 전류 또는 전압 신호의 차이값을 획득하여 출력 신호로 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 차동형 인터페이스 회로의 출력 신호가 펄스 열 또는 펄스 폭으로 변환하는 기능을 가진 뉴런 회로에 연결되어 사용될 수 있다.
이하, 도 15 내지 도 18을 참조하여, 본 발명에서 사용되는 FET형 센서의 다양한 구조들을 설명한다.
도 15는 본 발명에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에서 사용되는 FET형 센서의 일례를 도시한 단면도이다. 도 15를 참조하면, FET형 센서는 기판(100)위에 적어도 소스(도시되지 않음), 드레인(도시되지 않음), 게이트 절연막(120), 격리 절연막(130) 및 제어 게이트 전극(110)을 구비하는 FET 구조 및 상기 FET 구조의 게이트 절연막 위에 형성된 감지물질층(170)을 구비하여, 센서로 작동한다. 상기 FET 구조는 바디 또는 기판 단자를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 감지 물질층(170)은 게이트 절연막(120)위에 구비되고, 감지 물질층의 측면 및/또는 상부 영역의 일부는 제어 게이트 전극(110)과 연결되도록 구성됨으로써, 제어 게이트 전극으로 작동될 수 있다.
도 16은 본 발명에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에서 사용되는 FET형 센서의 다른 일례를 도시한 단면도이다. 도 16을 참조하면, FET형 센서는 기판(100)위에 적어도 소스(도시되지 않음), 드레인(도시되지 않음), 게이트 절연막(120), 격리 절연막(130), 제어 게이트 전극(110) 및 플로팅 게이트 전극(140)을 구비하는 FET 구조에 형성된 감지물질층(170)을 구비하여, 센서로 작동한다. 상기 FET 구조는 바디 또는 기판 단자를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 감지 물질층(170)은 제어 게이트 전극(110)과 플로팅 게이트 전극(140)의 사이에 배치되어 제어 게이트 전극과 플로팅 게이트 전극을 연결하도록 구성된다. 플로팅 게이트 전극(140)은 게이트 절연막(120) 위에 구비되고, 플로팅 게이트의 일 측면 및/또는 상부 영역의 일부는 감지 물질층(170)과 연결되고, 감지 물질층의 다른 측면은 제어 게이트 전극과 연결되도록 구성된다. 상기 FET형 센서는, 상기 플로팅 게이트 전극을 포함하는 메모리 형태의 FET로 구성되어 게이트 전극의 문턱전압(Vth)을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 17은 본 발명에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에서 사용되는 FET형 센서의 또 다른 일례를 도시한 단면도이다. 도 17을 참조하면, FET형 센서는 기판(100)위에 적어도 소스(도시되지 않음), 드레인(도시되지 않음), 게이트 절연막(120), 격리 절연막(130), 제어 게이트 전극(110), 플로팅 게이트 전극(140) 및 보호 절연막(150)을 구비하는 FET 구조에 형성된 감지물질층(170)을 구비하여, 센서로 작동한다. 상기 FET 구조는 바디 또는 기판 단자를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 플로팅 게이트 전극의 표면 및 격리 절연막(130)의 표면에는 보호 절연막(150)이 형성되어 있으며, 격리 절연막과 제어 게이트 전극의 사이에는 보호 절연막이 개재된다. 상기 감지 물질층(170)은 제어 게이트 전극(110)과 플로팅 게이트 전극(140)의 사이에 배치되되, 상기 감지 물질층과 격리 절연막의 사이 및 감지 물질층과 플로팅 게이트 전극의 사이에는 보호 절연막이 개재됨으로써, 감지 물질층은 플로팅 게이트와는 전기적으로 격리된 구조를 갖는다. 상기 FET형 센서는, 상기 플로팅 게이트 전극을 포함하는 메모리 형태의 FET로 구성되어 게이트 전극의 문턱전압(Vth)을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 18은 본 발명에 따른 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로에서 사용되는 FET형 센서의 또 다른 일례를 도시한 단면도이다. 도 18을 참조하면, FET형 센서는 기판(100)위에 적어도 소스(도시되지 않음), 드레인(도시되지 않음), 게이트 절연막(120), 격리 절연막(130), 제어 게이트 전극(110), 플로팅 게이트 전극(140) 및 보호 절연막(150)을 구비하는 FET 구조에 형성된 감지물질층(170)을 구비하여, 센서로 작동한다. 상기 FET 구조는 바디 또는 기판 단자를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 플로팅 게이트 전극과 상기 제어 게이트 전극은 상기 게이트 절연막 및 격리 절연막 위에 서로 분리되어 형성되어 있으며, 상기 플로팅 게이트 전극 및 제어 게이트 전극의 표면, 그리고 플로팅 게이트 전극과 제어 게이트 전극이 형성되어 있지 않은 격리 절연막(130)의 표면에는 보호 절연막(150)이 형성된다. 상기 감지 물질층(170)은 표면에 보호 절연막이 도포된 제어 게이트 전극(110)과 플로팅 게이트 전극(140)의 사이에 배치되되, 상기 감지 물질층과 격리 절연막의 사이에도 보호 절연막이 개재됨으로써, 감지 물질층은 플로팅 게이트 전극 및 제어 전극 게이트 전극과는 전기적으로 격리된 구조를 갖는다.
전술한 도 16, 도 17 및 도 18에 도시된 FET 센서들은 제어 게이트 전극과 플로팅 게이트 전극은 서로 깍지 낀(interdigitated) 구조로 구현되어 커플링 비(coupling ratio)를 증가시키는 것이 바람직하다.
전술한 FET형 센서들은 p형 또는 n형으로 구현될 수 있으며, 내장된 (embedded) 마이크로 히터를 포함할 수 있다. 감지물질은 금속, 금속-산화물, 반도체 등의 재질의 필름, 또는 나노 dot, 나노 튜브, 나노 와이어 등과 같은 나노 크기의 구조를 갖는 2차원 물질(예: graphene, graphene oxide, MOS2 등) 등으로 구현될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 기판
110 : 제어 게이트 전극
120 : 게이트 절연막
130 : 격리 절연막
140 : 플로팅 게이트 전극
150 : 보호 절연막
170 : 감지 물질층
110 : 제어 게이트 전극
120 : 게이트 절연막
130 : 격리 절연막
140 : 플로팅 게이트 전극
150 : 보호 절연막
170 : 감지 물질층
Claims (18)
- 감지 대상 물질에 대한 감지 특성을 갖는 제1 센서; 및
상기 감지 대상 물질에 대하여 상기 제1 센서와 상보적 감지 특성을 갖는 제2 센서;를 구비하고,
상기 제1 센서는 FET형 센서로 이루어지고 제2 센서는 FET형 센서 또는 저항형 센서로 이루어지며, 상기 제1 센서와 제2 센서는 직렬 연결되고,
상기 제1 센서와 상기 제2 센서가 연결되는 지점의 전류 또는 전압 신호를 출력 신호로 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로. - 제1항에 있어서, 상기 제1 센서는 p형 또는 n형 채널을 갖는 FET형 센서로 이루어지고,
상기 제2 센서는 저항형 센서로 이루어지거나 제1 센서와는 반대 유형의 채널을 갖는 FET형 센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로. - 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 센서의 감지 물질은 서로 동일 유형인 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로.
- 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 센서 및 제2 센서는 각각 pFET형 및 nFET형 센서로 이루어지고,
제1 센서와 제2 센서는 감지 물질층을 서로 공유하며,
제1 센서와 제2 센서는 게이트에 인가되는 입력 전원을 공유하는 것을 특징으로 한 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로 - 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 센서 및 제2 센서는 각각 pFET형 및 nFET형 센서로 이루어지고,
제1 센서와 제2 센서는 별도의 감지 물질층을 구비하며,
제1 센서와 제2 센서는 서로 게이트에 인가되는 입력 전원을 공유하는 것을 특징으로 한 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로. - 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 FET형 센서는
기판위에 형성된 소스, 드레인, 게이트 절연막 및 격리 절연막;
상기 게이트 절연막의 표면의 일부에 형성된 감지 물질; 및
상기 격리 절연막의 일부 및 감지 물질층의 표면의 일부에 형성된 제어 게이트 전극; 을 구비하고,
상기 감지 물질층이 제어 게이트 전극에 연결된 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로. - 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 FET형 센서는
기판위에 형성된 소스, 드레인, 게이트 절연막 및 격리 절연막;
상기 게이트 절연막의 표면 일부에 형성된 플로팅 게이트 전극;
상기 격리 절연막의 표면 일부에 형성된 제어 게이트 전극; 및
상기 격리 절연막의 표면의 일부 및 상기 제어 게이트 전극의 표면의 일부 및 상기 플로팅 게이트 전극의 표면의 일부에 걸쳐 감지 물질이 도포되어 형성된 감지 물질층;
을 구비하여, 플로팅 게이트 전극을 포함하는 메모리 형태의 FET로 구성되어 게이트 전극의 문턱전압(Vth)을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로. - 제7항에 있어서, 상기 FET형 센서는
보호 절연막이 플로팅 게이트 전극과 감지 물질층 사이 혹은 플로팅 게이트 및 제어 게이트 전극과 감지 물질층 사이에 개재되어, 감지 물질층이 플로팅 게이트 전극과 전기적으로 분리되거나 또는 플로팅 게이트 전극 및 제어 게이트 전극과 전기적으로 분리된 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 인터페이스 회로. - 서로 병렬 배치된 제1 및 제2 회로부, 및 제1 및 제2 회로부의 한 끝 단에 직렬로 연결된 정전류 공급 소자를 구비하는 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로에 있어서,
상기 제1 및 제2 회로부는 감지 대상 물질에 대한 감지 특성을 갖는 제1 및 제2 센서;를 구비하고, 상기 제1 센서와 제2 센서는 직렬 연결된 것을 특징으로 하며,
상기 정전류 공급 소자는 상기 제1 및 제2 회로부로 정전류 전원을 제공하는 것을 특징으로 하며,
상기 제1 및 제2 회로부의 제1 센서는 FET형 센서로 이루어지고 제2 센서는 FET형 센서 또는 저항형 센서로 이루어지며,
상기 제1 회로부의 직렬 연결된 제1 및 제2 센서 사이에서 제1 출력이 구비되고 상기 제2 회로부의 직렬 연결된 제1 및 제2 센서 사이에서 제2 출력이 구비되되, 제1 및 제2 출력의 신호가 서로 상보가 되도록 상기 제1 및 제2 회로부의 제1 및 제2 센서들이 구성되고,
상기 제1 회로부의 제1 출력과 상기 제2 회로부의 제2 출력의 전류 또는 전압 신호의 차이값이 출력 신호로 제공되도록 구성된 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로. - 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 회로부의 제2 센서가 전류 미러 회로를 구성하도록 연결된 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로.
- 제9항에 있어서, 상기 제1 회로부의 제1 센서와 제2 회로부의 제2 센서가 상보형으로 동작하거나,
상기 제1 회로부의 제2 센서와 제2 회로부의 제1 센서가 상보형으로 동작하는 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로. - 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 회로부의 제1 센서들은 동일한 감지 물질을 사용하는 동일한 유형의 센서로 구성되고,
상기 제1 및 제2 회로부의 제2 센서들은 서로 상보형으로 동작하는 센서들로 구성된 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로. - 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 회로부의 제2 센서들은 동일한 감지 물질을 사용하는 동일한 유형의 센서로 구성되고,
상기 제1 및 제2 회로부의 제1 센서들은 서로 상보형으로 동작하는 센서들로 구성된 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로. - 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 회로부에 구비된 모든 센서들은 동일하거나 동일 유형인 감지물질로 구성되되,
상기 제1 및 제2 회로부의 상보적인 감지 특성을 갖는 제1 및 제2 센서는 제1 및 제2 출력이 서로 상보가 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로. - 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 회로부의 상보적인 감지 특성을 갖는 제1 및 제2 센서는 상기 제1 및 제2 출력이 서로 상보가 되도록 서로 반대 유형의 감지물질을 구비하는 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로.
- 제9항에 있어서, 상기 FET형 센서는
기판 위에 형성된 소스, 드레인, 게이트 절연막 및 격리 절연막;
상기 게이트 절연막의 표면의 일부에 형성된 감지 물질; 및
상기 격리 절연막의 일부 및 감지 물질층의 표면의 일부에 형성된 제어 게이트 전극;
을 구비하고, 상기 감지 물질층이 제어 게이트 전극에 연결된 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로. - 제9항에 있어서, 상기 FET형 센서는
기판 위에 형성된 소스, 드레인, 게이트 절연막 및 격리 절연막;
상기 게이트 절연막의 표면의 일부에 형성된 플로팅 게이트 전극;
상기 격리 절연막의 표면 일부에 형성된 제어 게이트 전극; 및
상기 격리 절연막의 표면의 일부 및 상기 제어 게이트 전극의 표면의 일부 및 상기 플로팅 게이트 전극의 표면의 일부에 걸쳐 감지 물질이 도포되어 형성된 감지 물질층; 을 구비하고,
플로팅 게이트 전극을 포함하는 메모리 형태의 FET로 구성되어 게이트 전극의 문턱전압(Vth)을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로. - 제17항에 있어서, 상기 FET형 센서는
보호 절연막이 플로팅 게이트 전극과 감지 물질층 사이 혹은 플로팅 게이트 및 제어 게이트 전극과 감지 물질층 사이에 개재되어, 감지 물질층이 플로팅 게이트 전극과 전기적으로 분리되거나 또는 플로팅 게이트 전극 및 제어 게이트 전극과 전기적으로 분리된 것을 특징으로 하는 상보형 센서 일체형 차동 인터페이스 회로.
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