[发明专利]用于生物化学应用中极低电流测量的噪声屏蔽技术

说明书

背景技术

近些年来半导体工业内微小型化方面的进步已使得生物工艺专家能够将传统笨重的感测工具包装成越来越小的形状因数，封装到所谓的生物芯片上。由于装置尺寸缩小，将希望开发用于生物芯片的高灵敏性测量技术。

附图说明

本发明的各个实施例被公开于下述详细描述和附图中。

图1是图示了用于在生物传感器阵列的单一单元内利用积分放大器测量物理性质(如电流、电压或电荷)的传感器电路100的实施例的方框图。

图2是图示了具有集成噪声屏蔽物的半导体装置200的实施例的剖视图的图。

图3A是图示了垂直屏蔽结构218的示例性配置的顶视图的图。

图3B是图示了垂直屏蔽结构218的另一示例性配置的顶视图的第二图。

图4是图示了具有集成噪声屏蔽物的半导体装置400的实施例的剖视图的图。

具体实施方式

本发明可以以多种方式被实现，包括作为过程；设备；系统；物质的组成；体现在计算机可读存储介质上的计算机程序产品；和/或处理器，诸如被配置为执行存储在耦合到该处理器的存储器上和/或由耦合到该处理器的存储器提供的指令的处理器。在本说明书中，这些实现方式或本发明可以采用的任何其他形式可以被称为技术。一般而言，所公开的过程的步骤的次序可以在本发明的范围内被变更。除非另有说明，诸如被描述为被配置成执行任务的处理器或存储器之类的组件可以被实现为：被临时配置成在给定时间执行该任务的通用组件或被制造成执行该任务的专用组件。如此处所使用的，术语“处理器”指的是被配置为处理数据(诸如计算机程序指令)的一个或多个装置、电路和/或处理核。

下面连同图示本发明的原理的附图提供本发明的一个或多个实施例的详细描述。本发明是结合这样的实施例而被描述的，但是本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅受权利要求的限制，并且本发明包含多种替代、修改和等同。在下面的描述中阐述了许多具体细节以便提供本发明的完全理解。这些细节为了示例的目的而被提供，并且，可以在不具有这些具体细节中的一些或全部的情况下根据权利要求来实践本发明。为了清楚的目的，没有详细地描述与本发明相关的技术领域中已知的技术材料，以便本发明不被不必要地混淆。

具有大约1纳米内径孔径大小的纳米孔薄膜装置已示出在快速核苷酸排序中有前途。纳米孔是非常小的孔，并且纳米孔可以由孔道形成蛋白创建或被创建为合成材料(如硅或石墨烯)的孔。当在浸没于导电流体中的纳米孔两端施加电压电势时，可观察到由离子穿过纳米孔传导引起的小离子电流。当分子(如DNA或RNA分子)通过纳米孔时，该分子可部分或完全阻塞纳米孔。因为离子电流的大小对孔径大小敏感，所以DNA或RNA分子对纳米孔的阻塞引起通过纳米孔的电流量值的改变。已经示出的是，离子电流阻塞可能与DNA分子的碱基对顺序有关。

然而，使用纳米孔薄膜装置的分子表征面临各种挑战。挑战之一是测量很低水平的信号：通过纳米孔的离子电流的量值很低，通常大约数十或数百皮安(pA)。因此，在通过纳米孔的这样的低水平电流中探测任何改变变得十分具有挑战性。

使用积分放大器是一种用于测量低水平电流的有效电路技术。使用积分放大器来测量低水平电流具有几个优点。积分放大器平均许多测量时段上的电流，这帮助将噪声的效果减轻至某种程度。积分放大器还在不需额外滤波的情况下把带宽限制到感兴趣的带宽。针对测量点处的积分放大器的电路还比对应于其他测量技术的电路更小，因此使得制作具有大阵列的测量单元的生物传感器阵列变得可行，在如单链DNA表征之类的应用中，这对于标识分子是十分合乎期望的。

图1是图示用于在生物传感器阵列的单一单元内利用积分放大器测量物理性质(如电流、电压或电荷)的传感器电路100的实施例的方框图。如图1中所示，物理性质被探测器102探测为探测信号104。如下面进一步描述的，传感器电路100可用于测量探测信号104的平均值而无需采样。