TW583592B - Capacitive fingerprint sensor - Google Patents

Description

583592 五'發明說明

本發明係 種應用類動態 讀取晶片。 關於一種電容式指紋讀取曰 if 士 曰曰 隨機存取記憶體資料讀取架 片’尤其關於一 構的電容式指紋

习 述 驾知的指紋讀取方法，最古老者θ 壓印在紙上，再利用光學掃描輸入ί;:二指按墨水

電子商務，攜帶式電子產品保密=卡：y證 全系統等等。 1L卞個人身分認證，{ 即時的指紋讀取方法便 術。傳統的即時指紋讀取為 號4, 053, 228 及4, 340, 300， 高，然而體積過於龐大且價 攜帶型電子產品及普及化推 成為生物辨識市場中的關鍵技 光學方式，請參見美國專利編 其發展相當成熟且精準度亦 格亦較為昂貴，不適用於各 廣。

為此，利用矽半導體的晶片式指紋感測裝置應運而 田，克服了上述光學式的缺點。基於矽積體電路製程的 量，電容式指紋讀取晶片成為最直接且簡單的方法，1 早的文獻請參見美國專利編號4,29〇,〇52、4,353 〇5/。' 後隨著積體電路的精進、此種電容式指紋讀取晶片的竿 也漸趨於成熟乃至於進入商業用途，其最主要的發展者首 推Alexander、G. Dickinson等人所發展的一種利用電容 充放電原理感測微小電容值的架構，如美國專利編號

583592 五、發明說明（2) 6, 016, 355 及6, 049, 620 所述。 但是此種充放電讀取方式主要的缺點力认 、，妨隹於必須曰 片上每個電容感測元的固定電流放電M〇s(由外部“、:剩曰曰

Current M i rror控制）的特性一致才能獲；^ $ 電々,L鏡 號，但一般指紋讀取晶片包含上萬個以上的成、一出“ 在製程上控制到每個放電M0S的特性一致，m 很難 ^ 因而降飫私ϊ 指紋訊號的品質。同時，上述方法亦盔法妲似a 四哥出 靜電破壞的方法。 的防止 為提供一 利用類動 取電容感 例，此電 〜絕緣表 感測元陣 包含：一 置於感測 電路，用 體周邊電 蓋於感側 一種電容式指紋讀取晶片， 憶體之電荷分享原理，進行 【發明概要】 本發明之目 得以應用動態隨 值之偵測。 本發明之又 電容式指紋讀取 (dram )之周邊 根據本發明 含：一電容感測 記憶體周邊電路 元，每一個電容 測電極、一參考 絕緣層；以及一 H _動態隨機 其中，絕緣 的是提供 機存取記 一目的係 晶片得以 電路，讀 之一實施 元陣列、 ;其中， 感測元更 電極及配 訊號讀取 存取記憶 表面係覆 種訊號讀取架構， 態隨機存取記憶體 測元的資料。 容式指紋讀取晶片 面及一類動態隨機 列包含複數個電容 感測器結構，包括 電極與參考電極間 以將每一電容感測 路。 元陣列之上，作為 使其 電容 使一 ，包 存取 感測 〜感 元連

583592 五、發明說明（3) 指接觸面；在手指、絕緣表面及感測電極之間會形成感測 電容，而在感測電極、絕緣層及參考電極之間會形成參考 電容；而類動態隨機存取記憶體周邊電路則至少包含：一 列解碼器，配置於電容感測元陣列旁；複數個字元線，係 平行地穿插於電容感測元陣列中，並連接至該列解碼器； 一行多工器，配置於電容感測元陣列旁相鄰於該列解碼器 之一侧；以及複數個位元線，係垂直地穿插於感側元陣列 中5並與複數個字元線呈網狀交錯，且此複數個位元線係 連接至行多工器；其中，該類動態隨機存取記憶體周邊電 路係先輸入一第一電壓於訊號讀取電路作重置控制動作， 使感測電容兩端產生電壓差（或參考電容兩端產生電壓差） 且使參考電容兩端無電壓差（或感測電容兩端無電壓差）； 然後再輸入一第二電壓於訊號讀取電路作電荷分享及讀取 動作，原來蓄積於感測電容兩端的電荷量（或參考電容兩 端的電荷量）將有一部份分享給參考電容兩端（或感測電容 兩端）；再將每一個電容感測元内穩定後的電壓輸出。 根據本發明之另一實施例，此電容式指紋讀取晶片更 包含另一電容感測元陣列與另一類動態隨機存取記憶體周 邊電路，以及一觸發開關。此觸發開關配置於該一分為二 的電容感測元陣列之間，用以在手指接觸該電容式指紋讀 取晶片時’開啟此晶片電源。 根據本發明，此電容式指紋讀取晶片更包含一彎曲條 狀金屬薄膜，配置於絕緣表面之上，用以加熱此電容式指 紋讀取晶片，以去除水氣。

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五·、發明說明（4)

^ 根據本發明，此彎曲條狀金屬薄膜亦可連接至一接地 電源，用以防止靜電破壞。 根據本發明，此彎曲條狀金屬薄膜與一加熱電游或一 接地電源之連接由觸發開關控制。 ^ 根據本發明，此觸發開關包含一觸發電極；一觸發介 電層’配置於觸發電極之上；及一觸發反相器；其中，當 手指接觸此觸發開關時，手指表面會率觸發電極形成一觸 $電容，此觸發電容會與觸發電極下之一儲存電容進行電 f分享，使流經此觸發電極之一電壓下降並低於觸發反相 二之逆轉電壓’以開啟此電容式指紋讀取晶片之電源。 關於本發明之目的、特性及優點，在參考下列内容及 附圖說明之後，將可更清楚明瞭。 【較佳實施例之說明】

不同於其他電容式指紋讀取晶片，本發明之精神在於 利用類動態隨機存取記憶體（DRAM)的資料讀取架構作為本 發明電容式指紋讀取晶片的設計理念，其優點在於⑽龍的 發展相當完整及成熟，對於指紋讀取晶片所需之系统架構 發展相當容易。特別是在於電腦及各種攜帶型的電子產品 應用時，可以提供相當簡易的鑲入式設計（當作一卯錢處 理）。胃而^且借用DRAM的製造程序（高階製程解析麾）亦可以 大大提高本產品生產良率（僅需要低解析度製程），降低成 本。本發明之電容式指紋讀取晶片可作為個人身分認證的 丄

第9頁 583592 五、發明說明（5) 識使用，應、用於筆記型電、個人數位助理及行動 電話：攜帶型電子產品，以及各種保全系統。

明餐見圖1，其係為利用本發明電容式指紋讀取晶片 手指指紋讀取之示意圖。其中指紋讀取晶片2包含： 個電容感測元20以二維（2 —D)陣列方式排列，當手指1 ▲ *該晶片2時’手指1表面的不規則形狀紋峰（Ridge) 11 曰與部分電容感測元2〇接觸，而在該裝置2上留下對應於 該紋峰11的電容值曲線lla，透過讀取電容值曲線i la的形 狀便可以辨認原來指紋紋峰丨丨之形狀，例如圖丨a所示，係 為本發明電容式指紋讀取晶片所實際讀取到的二階化指紋 圖像’用以佐證本發明之創新實施性。

為了更清楚了解圖1所示電容式指紋讀取晶片的架 構’請參見圖2。圖中顯示本發明一實施例之電容式指紋 讀取晶片的佈局設計。本實施例主要是採用了類⑽^的佈 局方式’主要架構包含二完全相同的電容感測元陣列 2 0 1、2 0 1 a及一觸發開關2 〇 2，以拼湊出一完整的指紋讀取 晶片2 °此種架構在])RAM中係為了降低導線的寄生電容， 在本發明中則是為加入一觸發開關202而採用此架構。每 一電容感測元陣列201、201a包含Μ X N個電容感測元、一 類DRAM周邊電路及一絕緣表面（圖中未示）。其中，此絕 緣表面係作為一手指接觸面。 此外，本發明之電容式指紋讀取晶片亦可只包含一個 電容感測元陣列及其相對應之類DRAM周邊電路。 在圖2所示之實施例中，二個電容感測元陣列2 0 1、

第10頁 583592 五、發明說明（6) 201H佈局設計一長條型的觸發開關202，此觸發開關 202的長度相等於μ個電容感測元的長度。這樣- 佈局，可以保證手指任意擺置於指紋讀取晶片2表觸面“至 少有部份指紋紋峰U與觸發開關2〇2接 設指紋讀取晶片2的功率消耗，；=在大 部/刀的閒置時間，僅在手指接觸時才開啟讀取晶片的電 源。有關觸發開關202的原理，請參閱後面之詳細說明。 此外，在此電容式指紋讀取晶片2之表面亦可設置一 彎面條狀金屬薄膜24，用以連接至接地GND或一加埶電源 242。此彎曲條狀金屬薄膜24與接地GND或一加熱電源242 間之連接，係藉由一組開關241所控制。當此彎曲條狀金 屬薄膜24係連接接地GND時，係藉由避雷針原理，導通靠 近物體的靜電為接地狀態，以防止靜電破壞。當此彎曲條 狀金屬薄膜24連接至加熱電源242時，可以加熱此電容式” 指紋讀取晶片表面，使手指接觸後殘留之水份蒸發。開關 241的切換則是由觸發開關202及裝置邏輯控制。 參見圖3，每一電容感測元陣列2〇1、201a之周邊電路 架構，至少須包含一列解碼器203及一行多工器204以選擇 讀取每一電容感測元的電壓訊號，本發明亦可將輸出的電 壓訊號透過一比較器2 0 5或一類比數位轉換器2 〇 6輸出，以 提供二階化（Binary)或灰階化（Gray Level )的影像資訊。 參見圖4 ’係為手指接觸電容感測元陣列之放大示意 圖。其中，單一電容感測元2〇係利用積體電路製程所製 造，特別是CMOS製程。每一電容感測元20的基本結構包

第11頁 583592 五、發明說明（7)

含：一感測器結構34及一訊號讀取電路35(此圖未示）。咸 测器結構34包含一感測電極31、一參考電極32及一絕緣& 33。感測電極31係利用CM〇s製程最後一道金屬製程製作^ 成。透過覆蓋於其上方之絕緣表面與接觸的手指紋峰u間 便形成一感測電容324(其電容值為Cfr)。若接觸者為手指0 紋谷12則感測電容為324,（其電容值為Cfv)(包含一空氣^ 隙），由於手指視為一導體，故而k遠大於q。絕緣表面 之材料通常為CMOS製程的最後保護介電層。習知之材料為 氧化石夕及氮化矽之疊層，厚度則視所選擇之製程而有所不 同，其通常介於0.8〜1.2微米間。然而為了增加指紋裝置 使用壽命，亦可增加一高硬度、高介電係數材料如鈦酸 鋇、鈦酸鋰、碳化矽及氧化鈕等於其上，且其厚度介於〇 5〜2微米。 ' ^ 感測電極31、絕緣層33與參考電極32間則是形成一參 考電容325。感測電容與參考電容之設計係為了作為電荷 分享原理使用，此一原理來自DRAM設計，惟不同者在於 DRAM係利用導線之寄生電容作為參考電容，而本發明將之 更改為一特定設計的參考電容。當手指接觸了裝置表面 後，一固定電壓（Vdd)經過感測電容與參考電容電荷分享 後的平衡電壓，將因為Cfr與Cfv不同而有所不同，透過電壓 · 的讀取便可以辨別紋峰或紋谷了。 參見圖5 ’其係為本發明電容式指紋讀取晶片單一電 容感測元之一實施例，提供了一種訊號讀取電路35於電容 感測元20 ’取代DRAM的單純電晶體開關。圖5所示設計包

第12頁 583592 五、發明說明（8) 含：一感測器結構34及一訊號讀取電路35。其中感測器結 構34已描述如前，而訊號讀取電路35則由一反向器320、 一重置（reset)開關31 3及一P型源極隨耦器311 (PMOS Source Fol l〇wer )構成。此訊號讀取電路35之操作方 式，說明如下： 當手指3 1 5接觸了指紋讀取晶片的電容感測元20，觸 發開關2 0 2將開啟電容感測元陣列2 0 1或2 0 1 a及其對應電路 « * 的電源及讀取邏輯。首先，輸入重置點316之一第一電壓 為0V，反相器320使得參考電極32之電壓為Vdd，同時重置 開關31 3也維持開啟狀態使得感測電極31之電壓亦為vdd， 因此參考電容325兩端無電位差，故不累積電荷。 然而，感測電極31與手指315間形成的感測電容324或 3 24’因Vdd所累積在感測電極31上的電荷量Q31則為

Qsi = Vdd * ( C324 + C326 ) ( 1 ) 其中C326為寄生電谷。 接者’對重置點3 1 6輸入、電壓值為Vdd之一第二電壓， 使重置開關3 1 3關閉，切斷感測電極3丨與7(1(1之連接，也利 用反相器320將參考電容325的參考電極32由Vdd切換為接 地狀態。因此，累積在感測電極31的電荷量q3i會進行重新 分配’電何重新为配穩定後（在幾個奈秒n a n 〇 s e c ο n d内） 可得感測電極點的電壓V31為

583592 五、發明說明(9) V3I - Q3I / ( C324 + C325 + C326 ) (2) 將式（1 )中之Q31帶入式（2 )中可得

◦324 + 〇3 26 ^C324 + C325 +C3 26 (3) 一般寄生電容C326 (<10fF)相較於待測電容C324 ( 5 〇〜15〇fF) 及參考電容‘“SO〜150fF)是可以忽略的，故L實際上是 由C324及C325所決定，而且VS1係藉由p型源極隨麵器311麵合 輸出，輸出電壓為Vout。 °° 請參見圖6，係為電容感測元2 〇的另一實施例，包 含· 感測器結構3 4 a及一項取電路3 5 a。其中感測器結構 34a組成為感測電容324a或324a,，以及參考電容325a ;而 «買取電路3 5 a組成為一快門開關3 2 8、一重置開關31 3 a及一 N型源極隨耦器3 11 a。其詳細說明如下： 當手指3 1 5接觸了指紋讀取晶片，觸發開關2 0 2開啟了 電谷感測元陣列及其對應電路的電源及讀取邏輯。首先， 輸入重置點317之一第一電壓為0V，同時重置開關313a也 維持開啟狀態使得感測電極3 1 a電壓處於接地狀態，此時 感測電容324a或324a’兩端無或幾乎電位差，同時參考電 容325a兩端貝丨J為Vdd電位差° 緊接著對重置點317輸入電壓值為Vdd之一第二電壓， 使重置開關31 3a關閉，切斷感測電極31與GND之連接，同 時提供一脈衝電壓訊號打開/關閉快門開關328，累積在感

第14頁 583592 、發明說明（10) 测電極3 1的電荷量Q31會進行重新分配，電荷重新分配穩定 ^(，在幾個奈秒nan〇 secon(i内）可得點318的穩定電壓 31a ’而且Vna’係藉由N型源極隨耦器31 la耦合輸出，輸 出電壓為Vout。 ^ 其中’利用快門開關3 2 8作為電荷分布的快門動作， 類似照相機的快門原理，可以在指紋接觸瞬間即讀取整個 陣列το件所有感測元的資料，並且將之閉鎖於點3丨8，再 依序讀取，即使手指的顫動也不會影響，也是此一實施例 的最大優點。 ^ 本發明除了上述利用CMOS積體電路製程及類DRAM資料 頃取架構以設計電容式指紋讀取晶片外，更提出了解決一 般電容式指紋讀取晶片靜電破壞及殘留水氣干擾的方法， 此種干擾的來源來自於裝置表面的灰塵及殘留水氣的電荷 與感測電極間所形成的雜訊電容，造成手指紋路讀取的失 真。，且一般電容式指紋讀取晶片的讀取原理皆假設手指 為一等電位（接地）體，實際情況則不然，導致同一紋路等 高線不同點的輸出訊號不同。 為此’請參見圖2及圖7，其係為本發明實施例解決靜 電破壞及手指表面不同電位之設計。主要為提供一彎曲條 狀金屬薄膜24於本發明電容式指紋讀取晶片的最表面，此 彎曲條狀金屬薄膜24係由一開關241連接至接地GNd狀態或 一加熱電源2 4 2。若觸發開關2 〇 2啟動後，則彎曲條狀金屬 薄膜24則連接至接地GND狀態。此舉可以消除靠近間的手 指靜電，確保裝置内的電路元件不受手指接觸的靜電破

第15頁 583592 五、發明說明（π) 壞。同時，因為手指係與接地的彎^ ^ ^ ^ ^ ^ 觸，確保了手指各點位於相同的接地 ， :二量測因。曲條狀金屬薄膜之材物 :::用為除了導體特性外，相當耐磨耗及腐-，適 凊參見圖2，其係為本發明實施例 藉由前述彎曲條狀金屬薄膜，由開關24=;:加 7 y ^242此連接動作啟動通常是在於手指離開讀取 曰曰片後，以加熱裝置表面使水氣蒸發，確保裝置表面&水

分造成之干擾電容，開關241的切換則是由觸發開i 裝置邏輯控制。 此外，本發明之觸發開關2 〇 2亦可設計成一電容式觸 發開關202a，用以判定是否為手指接觸後，再開啟裝置電 源此舉可郎省指紋讀取晶片的功率消耗（操作時功率消 耗約為50〜150mW)，以利使用於攜帶型電子產品。本發明 之電谷式觸發開關的架構請參見圖8。此電容式觸發開關 20 2a包含一觸發電極4〇、一觸發介電層41及一觸發反向器 4 0 6 °其中，觸發介電層4丨之材料可與電容感測元陣列表 面之絕緣表面30相同，利用CMOS製程的最後保護介電層製 成厚度介於〇·8〜1·2微米間。亦可使用^一南硬度、高介 電係數之材料如鈦酸鋇、鈦酸鋰、碳化矽及氧化鈕等，且 其厚度介於0· 5〜2微米。 若手指接觸了裝置表面，則與觸發介電層41、觸發電 極40間形成了一觸發電容4〇1，基於相同的電荷分享原

第16頁 583592 五、發明說明（12) 理，觸發電容401分享了原來儲在认μ + 诂俨錨双^ 辟存於儲存電容402的電荷， 使付觸發電極40點的電壓值瞬間由 d 電壓準位t，當Vain值小於觸發反相器·的逆轉下電降壓至時 (般約為2.0〜2.5伏特），觸發信號4〇7會由〇轉為丨，形 一上升電壓訊號而可用來當作裝置觸發開關的驅動訊號， 開啟指紋讀取晶片2電源。而整個觸發開關2〇2的設及u 造方式則完全相同於前述之電容感測元，在此不贅述， 此項發明可以使得指紋裝置在大部分閒置時間，功^洁惟 小於lmW，相當適合應用於攜帶型電子產品。 '耗 在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅 以方便說明本發明之技術内纟’而非將本發明狹義地限: 於上述實施例，在不超出本發明之精神與下述之申 範圍的情況下，所作的種種變化實施，仍屬於本菸^ 利 圍。 知明之範

583592 圖式簡單說明 圖1係為手指接觸本發明電容式指紋讀取裝置之示意圖。 圖1 a係為本發明電容式指紋讀取晶片實際取得之二階化指 紋圖像 圖2係為本發明電容式指紋讀取晶片之主要佈局架構示意 圖。 圖3係為本發明電容式指紋讀取晶片之感測元陣列之架構 示意圖。 * . 圖4係為手指接觸感測元之放大示意圖。 圖5係為本發明實施例之電容式指紋讀取晶片之感測元結 構示意圖。 圖6係為本發明又一實施例之電容式指紋讀取晶片之感測 元結構示意圖。 圖7係為本發明解決靜電破壞及手指表面不同電位之設計 示意圖。 圖8係為本發明實施例之電容式觸發開關的的結構示意 圖。. 【符號說明】 1〜手指 10〜基板 11〜紋峰 11a〜電容值曲線 1 2〜紋谷 2〜裝置 2 0〜感測元

第18頁 583592 圖式簡單說明 24〜彎曲條狀金屬薄膜 241〜開關 2 4 2〜加熱電源 2 0 1、2 0 1 a〜電容感測元陣列 2 0 2〜觸發開關 2 02a〜電容式觸發開關 2 0 3〜列解碼器 204〜行多工器 2 0 5〜比較器 206〜類比/數位轉換器 2 1 3〜字元線 2 1 4〜位元線 3 0〜絕緣表面 31、31a〜感測電極 32〜參考電極 3 3〜絕緣層 34、 34a〜感測器結構 35、 35a〜訊號讀取電路 31卜P型MOS源極隨耦器 311a〜N型MOS源極隨耦器 313、313a〜重置開關 31 5〜手指 3 1 6、3 1 7〜重置點 31 8〜端點

第19頁 583592 圖式簡單說明 32 0〜反向器 324 、 324a 、 324’ 、 324a’ 〜感測電容 32 5、325a〜參考電容 3 2 8〜快門開關 4 0〜觸發電極 41〜觸發介電層 4 0 1〜觸發電容 402〜儲存電容 4 0 6〜觸發反相器 4 0 7〜觸發驅動電壓

Claims (1)

1. 583592 六、申請專利範圍 1. 一種電容式指紋讀取晶片，包含： 一電容感測元陣列，包含複數個電容感測元； 一絕緣表面，覆蓋於該感侧元陣列之上，作為一手指 接觸面；及 一類動態隨機存取記憶體周邊電路，至少包含： 一列解碼器，配置於該電容感測元陣列旁； 複數個字元線，係平行地穿插於該電容感測元陣 列中，並連接至該列解碼器； 一行多工器，配置於該電容感測元陣列之相鄰於 該列解碼器之一側；及 複數個位元線，係平行地穿插於該感側元陣列 中，並與該複數個字元線呈網狀交錯，且此複數個位元線 係連接至該行多工器； 其中，該類動態隨機存取記憶體周邊電路係先輸入一第一 電壓，使該每一個電容感測元内之一感測電容兩端產生電 壓差，且使其内之一參考電容兩端無電壓差；然後再輸入 一第二電壓，使該感測電容與該參考電容進行電荷分享； 再將每一個電容感測元内穩定後的電壓輸出。 2. 如申請專利範圍第1項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該每一個電容感測元更包含： 一感測器結構’包含： 一感測電極；

   583592 六、申請專利範圍 一參考電極；及 一絕緣層，配置於該感測電極與該參考電極之 間；及 一訊號讀取電路，配置於該感測器結構旁，用以連接 該感測器結構與相鄰之該字元線及該位元線； 其中，手指、該絕緣表面及該感測電極形成該感測電容， * . 而該感測電極、絕緣層及該參考電極形成該參考電容。 3. 如申請專利範圍第2項之電容式指紋讀取晶片，其中， 該訊號讀取電路包含： 一P 型 MOS 源極隨搞器（PMOS source follower)，用 以隔絕導線寄生電容，將感測電容及參考電容分享後的平 衡電壓耦合輸出。 4. 如申請專利範圍第3項之電容式指紋讀取晶片，其中， 該類動態隨機存取記憶體周邊電路更包含： 一比較器，連接至該行多工器，用以輸出二階化資 訊。 5.如申請專利範圍第3項之電容式指紋讀取晶片，其中， 該類動態隨機存取記憶體周邊電路更包含： 一類比/數位轉換器，連接至該行多工器，用以輸出 灰階化資訊。

   583592 六、申請專利範圍 6. —種電容式指紋讀取晶片，包含： 一電容感測元陣列，包含複數個電容感測元； 一絕緣表面，覆蓋於該感側元陣列之上，作為一手指 接觸面；及 一類動態隨機存取記憶體周邊電路，包含： 一列解碼器，配置於該電容感測元陣列旁； 複數個字元線，係平行地穿插於該電容感測元陣 列中，並連接至該列解碼器；

   一行多工器，配置於該電容感測元陣列之相鄰於 該列解碼器之一側；及 複數個位元線，係平行地穿插於該感侧元陣列 中，並與該複數個字元線呈網狀交錯，且此複數個位元線 係連接至該行多工器； 其中，該類動態隨機存取記憶體周邊電路係先輸入一第一 電壓，使該每一個電容感測元内之一參考電容兩端產生電 壓差，且使其内之一感測電容兩端無電壓差；然後再輸入 一第二電壓，使該感測電容與該參考電容進行電荷分享； 再將每一個電容感測元内穩定後的電壓輸出。 7. 如申請專利範圍第6項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該每一個電容感測元更包含： 一感測器結構，包含：

   583592 六、申請專利範圍 一感測電極； 一參考電極；及 一絕緣層，配置於該感測電極與該參考電極之 間；及 一訊號讀取電路，配置於該感測器結構旁，用以連接 該感測器結構與相鄰之該字元線及該位元線； 其中’手指、該絕緣表面及該感測電極形成該感測電容5 而該感測電極、絕緣層及該參考電極形成該參考電容。 8. 如申請專利範圍第7項之電容式指紋讀取晶片，其中， 該訊號讀取電路更包含： 一快門開關，用以控制該感測電容與該參考電容之連 接，在其打開隨後關閉的瞬間會使該感測電容與該參考電 容之間進行電荷分享；及 一 N型MOS 源極隨麵器（NMOS source follower)，用 以隔絕導線寄生電容，將感測電容及參考電容分享後的平 衡電壓耦合輸出。

   9. 如申請專利範圍第8項之電容式指紋讀取晶片，其中， 該類動態隨機存取記憶體周邊電路更包含： 一比較器，連接至該行多工器，用以輸出二階化資 583592 六、申請專利範圍 1 0.如申請專利範圍第8項之電容式指紋讀取晶片，其中， 該動態隨機存取記憶體周邊電路更包含： 一類比/數位轉換器，連接至該行多工器，用以輸出 灰階化資訊。 11. 一種電容式指紋讀取晶片，包含： 二個電容感測元陣列，每一個電容感測元陣列包含複 i 1 數個電容感測元； 一絕緣表面，覆蓋於該二個感侧元陣列之上，作為一 手指接觸面； 二個類動態隨機存取記憶體周邊電路，係各自對應至 該每一個電容感測元陣列，該每一個類動態隨機存取記憶 體周邊電路包含： 一列解碼器，配置於該電容感測元陣列旁； 複數個字元線，係平行地穿插於該電容感測元陣 列中，並連接至該列解碼器； 一行多工器，配置於該電容感測元陣列之相鄰於 該列解碼器之一侧；及 複數個位元線，係平行地穿插於該感側元陣列 中，並與該複數個字元線呈網狀交錯，且此複數個位元線 係連接至該行多工器；以及 一觸發開關，配置於該二個電容感測元陣列之間，用 以在手指接觸該電容式指紋讀取晶片時，開啟此裝置電 源；

   583592 六、申請專利範圍 其中，該類動態隨機存取記憶體周邊電路係先輸入一第一 電壓，使該每一個電容感測元内之一感測電容兩端產生電 壓差，且使其内之一參考電容兩端無電壓差；然後再輸入 一第二電壓，使該感測電容與該參考電容進行電荷分享； 再將每一個電容感測元内穩定後的電壓輸出。 12. 如申請專利範圍第11項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該每一個電容感測元更包含： 一感測器結構，包含： 一感測電極； 一參考電極；及 一絕緣層，配置於該感測電極與該參考電極之 間；及 一訊號讀取電路，配置於該感測器結構旁，用以連接 該感測器結構與相鄰之該字元線及該位元線； 其中，手指、該絕緣表面及該感測電極形成該感測電容， 而該感測電極、絕緣層及該參考電極形成該參考電容。 13. 如申請專利範圍第1 2項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該訊號讀取電路更包含： 一P 型MOS 源極隨搞器（PMOS source follower)，用 以隔絕導線寄生電容，將感測電容及參考電容分享後的平

   583592 六、申請專利範圍 衡電壓耦合輸出。 14. 如申請專利範圍第13項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該類動態隨機存取記憶體周邊電路更包含： 一比較器，連接至該行多工器，用以輸出二階化資 訊。 15. 如申請專利範圍第1 3項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該類動態隨機存取記憶體周邊電路更包含： 一類比/數位轉換器，連接至該行多工器，用以輸出 灰階化資訊。 1 6.如申請專利範圍第11項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該電容式指紋讀取晶片更包含： 一彎曲條狀金屬薄膜，配置於該絕緣表面之上，用以 連接至一加熱電源或一接地電源，以去除水氣或防止靜電 破壞；其中，該彎曲條狀金屬薄膜與該加熱電源或該接地 電源間之連接係由該觸發開關控制。 1 7.如申請專利範圍第11項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該觸發開關包含： 一觸發電極； 一觸發介電層，配置於該觸發電極之上；及 一觸發反相器；其中，當手指接觸該觸發開關時，手

   第27頁 583592 六、申請專利範圍 指表面會與該觸發電極形成一觸發電容，此觸發電容會與 該觸發電極下之一儲存電容進行電荷分享，使流經該^ ^ 電極之一電壓下降並低於該觸發反相器之逆轉電麼，以^ 啟該電容式指紋讀取晶片之電源。 18· —種電容式指紋謂取晶片’包含. 二個電容感測元陣列，每一個電容感測元陣列包含複 數個電容感測元； % 一絕緣表面，覆蓋於該二個感侧元陣列之上，作為一 手指接觸面； 二個類動態隨機存取記憶體周邊電路，係各自對應至 該每一個電容感測元陣列，該每一個類動態隨機存取記憶 體周邊電路包含·· 一列解碼器，配置於該電容感測元陣列旁； 複數個字元線，係平行地穿插於該電容感測元陣 列中，並連接至該列解碼器； 一行多工器，配置於該電容感測元陣列之相鄰於 該列解碼器之一側；及 % 複數個位元線，係平行地穿插於該感侧元陣列 中，並與該複數個字元線呈網狀交錯，且此複數個位元線 係連接至該行多工器；以及 一觸發開關，配置於該二個電容感測元陣列之間，用 以在手指揍觸該電容式指紋讀取晶片時，開啟此裝置電 源；

   第28頁 583592 六、申請專利範圍 其中，該類動態隨機存取記憶體周邊電路係先輸入一第一 電壓，使該每一個電容感測元内之一參考電容兩端產生電 壓差，且使其内之一感測電容兩端無電壓差；然後再輸入 一第二電壓，使該感測電容與該參考電容進行電荷分享； 再將每一個電容感測元内穩定後的電壓輸出。 % 19.如申請專利範圍第1 8項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該每一個電容感測元更包含： 一感測器結構，包含： 一感測電極； 一參考電極；及 一絕緣層，配置於該感測電極與該參考電極之 間；及 一訊號讀取電路，配置於該感測器結構旁，用以連接 該感測器結構與相鄰之該字元線及該位元線； t 其中，手指、該絕緣表面及該感測電極形成該感測電容， 而該感測電極、絕緣層及該參考電極形成該參考電容。 20.如申請專利範圍第1 9項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該訊號讀取電路更包含： 一快門開關，用以控制該感測電容與該參考電容之連 接，在其打開隨即關閉的瞬間會使該感測電容與該參考電

   583592 六、申請專利範圍 容之間進行電荷分享；及 型MOS源極隨耦器（NM〇s source follower)，用 以隔絕導線寄生電容，將感測電容及參考電容分享後的平 衡電壓耦合輸出。 21.如申請專利範圍第20項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該類動態隨機存取記憶體周邊電路更包含： 一比較器，連接至該行多工器，用以輸出二階化資 訊0 % 22.如申請專利範圍第20項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該類動態隨機存取記憶體周邊電路更包含： 一類比/數位轉換器，連接至該行多工器，用以輸出 灰階化資訊。 2 3·如申請專利範圍第1 8項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該電容式指紋讀取晶片更包含： t 一彎曲條狀金屬薄膜，配置於該絕緣表面之上，用以 連接至一加熱電源或一接地電源，以去除水氣或防止靜電 破壞；其中，該彎曲條狀金屬薄膜與該加熱電源或該接地 電源間之連接係由該觸發開關控制。 24·如申請專利範園第18項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該觸發開關包含：

   583592 六、申請專利範圍 一觸發電極； 一觸發介電層，配置於該觸發電極之上；及 一觸發反相器；其中，當手指接觸該觸發開關時，手 指表面會與該觸發電極形成一觸發電容，此觸發電容會與 該觸發電極下之一儲存電容進行電荷分享，使流經該觸發 電極之一電壓下降並低於該觸發反相器之逆轉電壓，以開 啟該電容式指紋言買取晶片之電源。 25. 如申請專利範圍第2、7、1 2或1 9項之電容式指紋讀取 晶片，其中，該感測電極係由互補式金氧半導體（CMOS ) 積體電路製程之最後一道金屬層製成。 26. 如申請專利範圍第17或24項之電容式指紋讀取晶片， 其中，該觸發電極係由互補式金氧半導體（CMOS )積體電 路製程之最後一道金屬層製成。 27. 如申請專利範圍第1、6、11或1 8項之電容式指紋讀取 晶片，其中，該絕緣表面係由互補式金氧半導體（CMOS ) 積體電路製程之最後一道保護介電層製成。 28. 如申請專利範圍第27項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該絕緣表面之上更包含一層鈦酸鋇、鈦酸锶、碳化矽 或氧化组。

   第31頁 583592 六、申請專利範圍 29. 如申請專利範圍第28項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該層鈦酸鋇、鈦酸勰、碳化矽或氧化鈕之厚度為0. 5 至2微米。 30. 如申請專利範圍第17或24項之電容式指紋讀取晶片， 其中，該觸發介電層係由互補式金氧半導體（CMOS )積體 電路製程之最後一道保護介電層製成。 31. 如申請專利範圍第3 0項之電容式指紋讀取晶片，其

   中，該觸發介電層之上更包含一層鈦酸鋇、鈦酸銀、碳化 矽或氧化鈕。 3 2.如申請專利範圍第3 1項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該層鈦酸鋇、欽酸錄、碳化石夕或氧化坦之厚度為0. 5 至2微米。

   3 3..如申請專利範圍第1、6、11或1 8項之電容式指紋讀 取晶片，其中，該電容式指紋讀取晶片係利用積體電路製 程製作而成。 3 4.如申請專利範圍第3 3項之電容式指紋讀取晶片，其 中，該電容式指紋讀取晶片係利用互補式金氧半導體製程 製作而成。

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