[发明专利]电容式指纹感测单元与增强电容式指纹读取器及感测方法

说明书

本发明提供了一种电容式指纹感测单元，包括：基底结构，具有至少一层第一金属层及形成充电电路与工作电路，基底结构用以交替地接收充电电压，及分派来自充电电路的电荷到工作电路的电容于停止接收充电电压时；及指纹感测结构，形成于基底结构上；指纹感测结构包括第一金属间电介层、第二金属层、第二金属间电介层、第三金属层及钝化层，其中基底结构分派来自充电电路的电荷到指纹感测结构的电容于停止接收充电电压时。通过增加第一金属间电介层与第二金属间电介层的厚度，使得寄生电容C_p能减少，使得增强电容式指纹感测单元的灵敏度可以改善，以获得增强电容式指纹读取器。本发明还提供了一种增强电容式指纹读取器及感测方法。

技术领域

本发明涉及指纹检测技术领域，特别是涉及一种电容式指纹感测单元与增强电容式指纹读取器及感测方法。

背景技术

为了安全考虑，有许多的人体生理特征能被用来提供人员识别，这些人体生理特征诸如指纹、视网膜、虹膜、DNA、或甚至是人脸特征。对所有能分辨各人某些生理特征的设备来说，指纹读取器是价格对低廉且复杂度也是最低的，同时鉴别结果一般都还不错。此外，存储指纹细节所需要的数据大小不大(在120字节到2K字节之间)，这造就了指纹辨识设备广泛地使用于任何领域。

许多感测技术可用来获取指纹，较普及的是光学式和电容式指纹侦测技术。光学式指纹感测模块利用来自手指表面反射光强度，来探知手指探测区中哪里是脊部，哪里是谷部。光学式技术的优点是可靠性和低成本。然而，因为嵌入式光学透镜的尺寸，而光学指纹模块的感测外形无法进一步做小，光学式传感器的困难便在无法嵌入可携式设备中。另一方面，电容式指纹辨识模块是由硅芯片所制成，并且可以是非常微小。在某些例子中，当指纹影像是由滑动扫描所取得时，该指纹传感器也就更加的轻薄纤巧。电容式型指纹辨识模块小巧的外形使得它适用于可携式应用，如门禁徽章、银行卡、手机、平板计算机、USB保护锁等。

电容式指纹传感器的基础物理原理是两个平行金属板的电容器的电容值与两个板之间的距离成反比。电容式指纹传感器由指纹感测单元阵列组成，每一感测单元包括感测板。使用该感测板当作电容器的一个极板，以及将人体的表皮组织作为另一极板，手指的脊部与谷部可由测量得到的不同电容值定位下来。目前的技术中有许多关于电容式指纹辨识模块的现有技术。举例来说，美国专利第6,114,862号揭露一种距离传感器，具有一电容式元件。该电容式元件交替地具有第一电容器板与第二电容器板，该第一电容器板面对第二电容器板设置，对第二电容器板的距离进行测量。在有指纹的情况下，第二电容器板直接由手指皮肤表面定义，该传感器包括反相放大器，介于该电容式元件连接形成的负反馈支路的输入与输出之间。由提供电荷到反相放大器的输入端，电压成正比于被测量的距离在输出端获得。虽然传感器的架构简单，但放大器遭受均匀性问题，且它们的能量效率不好。

另一个现有技术公开于美国专利第7,663,380号，请参阅图1A与图1B。一电容式指纹传感器包含指纹电容器C_F、参考电容器C_S、第一晶体管33、第二晶体管34、第三晶体管35与第四晶体管36。指纹电容器C_F具有一电容，其可以是谷部电容C_FV，也可以是脊部电容C_FR。参考电容器C_S具有一电容C_S，其中C_FVC_SC_FR。第一晶体管33被配置以对参考电容器C_S进行预充电。第二晶体管34被配置以对指纹电容器C_F进行预充电。第三晶体管35被配置以对参考电容器C_S及指纹电容器C_F的电荷进行重分布。第四晶体管36被配置以在重分布后，输出参考电容器C_S的电压。