專利名稱：減小電子設備中的電容性充電的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量和/或控制分析物的性質的電子設備。本發明還涉及一種 用于確定分析物中的帶電顆粒濃度的電化學傳感器，涉及一種包括電子設備的電化學傳感 器。本發明也涉及一種包括這種電化學傳感器的半導體器件和RFID標簽.
背景技術：
多用應用需要測量和控制分析物的性質。通常在這些應用的有效工作中，將電極 浸沒到分析物中用于測量和/或控制(設置)分析物的性質，例如電壓(電勢)。待測量 或控制的性質通常涉及分析物和電極之間的界面。所述應用要求精確地測量所述界面的溫 度，或者可以改變所述溫度。在一些應用中，例如在集成電路中實現的應用，使用電阻加熱 器來控制或改變溫度是便利的。在這些應用中，需要將電阻加熱器放置為非常靠近界面，以 便能夠精確地控制界面溫度，即在電阻加熱器和界面之間產生良好的熱耦合。
發明內容
本發明的目的是提供一種用于測量和/或控制分析物的性質的改進的電子設備。本發明由獨立權利要求限定。從屬權利要求限定了有利的實施例。在第一方面，本發明涉及一種用于測量和/或控制分析物的性質的電子設備。所 述電子設備包括-電極，形成與分析物的界面，在所述分析物中浸沒所述電極以有效工作，所述界 面具有界面溫度；以及-電阻加熱器，與所述電極熱耦合并且電容耦合，所述電阻加熱器配置用于通過控 制流過電阻加熱器的電流來設置所述界面溫度，其中所述的電阻加熱器配置有信號完整性 保護裝置，用于在調制通過所述電阻加熱器的電流時，減小所述電阻加熱器與所述電極的 電容性充電。本發明部分地依賴于以下認識電極-電阻加熱器結構具有一定缺陷，即所述電 阻加熱器可以對所述電極進行電容性充電和/或放電，這可能導致對于在操作時與所述電 極相連的信號變換器(測量放大器)的不需要的電壓脈沖/峰值過載。這可能會使利用該 電極進行的測量退化，或者可以對分析物的測量引入噪聲，必須通過所述電極進行控制。發 明人還進一步發現，非常便于向電阻加熱器提供信號完整性保護裝置，代替在電極一側解 決問題(例如，通過信號增強電路)。在根據本發明的電子設備的實施例中，所述電阻加熱器包括兩個端子和所述端子 之間的導電路徑，并且所述信號完整性保護裝置包括與所述端子相連的驅動器電路，用于 控制通過所述導電路徑的電流。該實施例的這種結構打開了有利的選項。在根據本發明的電子設備的實施例中，所述驅動器電路配置用于向所述電阻加熱 器的兩個端子施加電壓脈沖以獲得電流。向電阻加熱器施加電壓脈沖是控制電流的一種便 利方式。可以通過脈沖幅度、脈沖頻率和脈沖占空比來控制(平均)電流電平(以及所產生的熱量)。在根據本發明的電子設備的實施例中，所述驅動器電路配置用于施加電壓脈沖， 使得將這兩個端子彼此同時并且相反地切換。該實施例的優勢在于通過電極上的加熱器的 相應半個部分(從相應端子到中點)感應的電容電荷彼此相反，因此彼此抵消。在該描述 中這也稱作“空間平均”。在電阻加熱器的中點(所述端子的中部)，在完全對稱電極/加 熱器設計的情況下，不存在電容性充電效應。完全對稱的結構提供了最佳的空間平均效果。在根據本發明的電子設備的實施例中，將所述端子的相應電勢切換相同的幅度。 在該實施例中實現了最優的抵消(空間平均)，其中兩個端子上的電壓脈沖的幅度相同(簡 單地，當所述電極/加熱器設計對稱時)。在根據本發明的電子設備的實施例中，所述電極具有電極電勢，并且驅動器電路 配置用于施加電壓脈沖，使得以較高頻率在基線參考電勢周圍對稱地切換所述端子之一的 電勢，而將所述端子的另一個與所述基線參考電勢相連，從而獲得具有高頻調制的電極信 號。另外，在該實施例中，信號完整性保護裝置還包括低通濾波器，與所述電極相連，并且配 置用于對所述電極信號中的高頻調制進行濾波。在該實施例中，在平均的測量信號中傳達 所述電極信號，其中在時域進行所述平均，即時間平均，并且通過電阻加熱器抵消電極上感 應的電波(所述電波具有相反的極性)。優選地，所述脈沖頻率適用于低通濾波器，即所述 頻率比濾波器的截止頻率高。在根據本發明的電子設備的實施例中，所述電極和電阻加熱器相對于彼此對稱設 置，以在所述端子與電阻加熱器中點的每一個選擇性端子的路徑上獲得相等的阻抗。完全 對稱的結構提供最佳的空間和時間平均效果。在根據本發明的電子設備的實施例中，所述信號完整性保護裝置還包括在電阻加 熱器和電極之間設置的導電屏蔽，其中所述導電屏蔽與固定的參考電勢相連。在該實施例 中，導電屏蔽的提供減小了電阻加熱器和電極之間的電容耦合，進而減小了所述電極的電 容性充電。所述電阻屏蔽也可以這樣設置，使其完全嵌入到多個維度中，進一步減小了電容 華禹合。pH值是每一種(水)溶液的積分參數。PH值描述了溶液是堿性或酸性的程度。 在較寬的范圍內，可以將PH值很好地近似為pH =-log[H+]，其中[H+]表示溶液中以mol/L 為單位的氫離子濃度。測量酸溶液的PH值在工業界和實驗室中是常規作業，用于工藝控制 和分析。然而，如果PH測量單元(傳感器加上電子設備)變得足夠廉價，pH值測量可以引 起更寬范圍應用的注意。例如，PH測量在供應鏈中監測(液體)易腐爛物的質量具有較大 的潛力，甚至對于客戶自己本身有很大的潛力。可以將用于測量離子濃度(具體地PH值) 的實驗技術劃分為兩類，非電化學方法，例如光學(示蹤染料)、催化劑和聚合物膨脹體(凝 膠體)，以及電化學方法。電化學方法廣泛用于工業和實驗室的許多應用。電化學離子濃度 傳感器依賴于電勢原理，即他們測量固/液界面或隔膜兩端的電勢P，所述電勢是待確定的 離子濃度的函數。爐可以根據能斯脫等式爐二 叫)In(Va2)來計算，其中k是波爾茲曼常 數，T是K氏絕對溫度，q是基本電荷，η是離子電荷(例如，對于Η30+、Na+n = 1，對于Ca2+n =2，以及&1、a2是隔膜/界面兩側的活動性。將隔膜/界面(1和2)兩側的離子濃度按照活動性表示為％ = fi*Ci，其中&表 示相應的活動性系數(對于稀釋電解液，A = 1)，以及Ci表示相應的離子濃度。根據能斯脫等式，電極電勢是如果保持隔膜/界面另一側的活動性恒定，在所述隔膜/界面一側的離 子活動性的對數函數。依賴于由“a”描述的離子類型，所述傳感器對于H3O+離子、Na+離子、 Ca2+離子等敏感。所有主要的PH(離子)測量電極根據上述原理工作，包括眾所周知的玻璃電極 (已經開發了分別對于pH、pNa、pK等敏感的不同玻璃成分)、銻電極、ISFET(離子敏感場效 應晶體管)和EIS電容器(電解液絕緣體半導體電容器，這里平帶(flat-band)電壓是電 解液的pH/pNa/pK/等的函數)。為了測量電勢差(即電壓)，需要參考電極；對于ISFETS和EIS器件，參考電極也 限定了電解液電勢以設置工作點或者進行電容電壓(C-V)測量。參考電極相對于電解液電 勢的電勢必須保持恒定，而與電解液成分無關。除了標準氫電極之外，Ag/AgCl電極是最公 知參考電極。Ag/AgCl電極由與良好定義的電解液(通常是3mol/L的KCl)接觸的氯化銀 線。分析物和電解液之間的電流接觸經由圖案來建立，例如來自于玻璃或陶瓷的多孔玻璃 料。在操作期間，電解液必須連續地流出參考電極進入分析物。其他參考電極(例如氯化 亞汞(基于汞)或T1/T1C1電極)用于特定應用，例如在升高的溫度。它們的原理與Ag/ AgCl電極的相同，特別是關于經由圖案實現的液體電解液和接觸的使用。大多數電化學傳感器的問題是它們要求參考電極，以便根據所測量的電勢(差) 來確定帶電顆粒濃度。使用參考電極、特別是使用精確的參考電極包含例如下述的多種難 題-在參考電極中通過所述圖案的電解液外流是必不可少的。這意味著需要定期對 電解液進行整流。此外，壓力條件必須使得確保外流，即分析物中的壓力不能高于參考電極 中的壓力(否則，分析物進入參考電極并且改變其電勢，這就是所謂的參考電極中毒)；-參考電極中圖案的堵塞引起測量誤差(依賴于應用需要定期的清潔)；-大多數參考電極具有相當大的尺寸，使得難以/不可能將它們集成到微型化的 器件中。存在一些微型參考電極，但是它們具有有限的壽命(因為不能重新填充參考電解 液)；_參考電極具有有限的溫度范圍，例如對于較高的溫度必須使用T1/T1C1電極；以 及-一些參考電極可能會對于其他環境參數起反應，例如Ag/AgCl電極中的銀是光 敏的。甚至偽參考電極也會包括一些缺點，例如-復雜(昂貴的)集成、侵蝕、界面泄露、食品和生物兼容性問題。使用所述熱電勢測量原理的電化學傳感器不會存在上述缺點，因為它們不需要傳 統的參考電極。一些實施例只需要偽參考電極，而且其他實施例根本不需要參考電極。使用熱電勢測量原理的電化學傳感器背后的原理可以如下理解。在電化學傳感器 中，在測量電極的表面發生感興趣的反應。感興趣的是測量或控制所述測量電極的表面與 溶液之間界面兩端的電勢降(即表面電勢)。然而，如果不在溶液中放置另一個電極，將不 可能控制或者測量這種表面電勢。因此，必須考慮兩種電勢，任一個這種電勢都不能獨立地 測量。在根據現有技術已知的電化學傳感器中參考電極為什么必須產生相當精確的參考電 壓的原因在于如果不這樣的話，就不能夠根據能斯托等式確定帶電顆粒濃度，即必須知道表面電勢的絕對值。本發明的思想在于也可以按照不同的方式來確定帶電顆粒濃度，即可以根據表面 電勢對溫度的曲線來確定帶電顆粒濃度，并且具體地根據該曲線的斜率來確定。在本發明的第二方面，本發明涉及一種電化學傳感器，使用熱電勢測量原理來確 定分析物中的帶電顆粒濃度，所述電化學傳感器包括所述電子設備。本發明在這種類型的 電化學傳感器中特別有利。下文中討論的兩個實施例詳細描述了熱電勢測量原理。在根據本發明的電化學傳感器的實施例中，所述電極是傳感器電極，用于測量界 面處的表面電勢；以及所述電化學傳感器還包括控制裝置，用于測量所述界面的至少兩個 不同溫度下的表面電勢，以獲得表面電勢對界面溫度的曲線的至少兩個測量點。另外，在該 實施例中，將電阻加熱器配置用于將界面溫度設置為所述至少兩個不同的值。在該實施例中，如下所述實現上述熱電勢測量原理。所述電化學傳感器包括傳感 器電極，用于測量所述傳感器電極和其中浸沒傳感器電極以有效工作的分析物的界面處的 表面電勢。所述電化學傳感器還包括控制裝置，用于測量所述傳感器電極和所述分析物之 間界面的至少兩個不同溫度下的表面電勢，以獲得表面電勢對界面溫度曲線的至少兩個測 量點。所述電化學傳感器還包括電阻加熱器，配置用于將所述界面溫度設置為所述至少兩 個不同的值。所述電化學傳感器使得能夠如下實現分析物中帶電顆粒濃度的確定。首先，所述 控制裝置確保所述傳感器電極和分析物之間界面的溫度達到第一值。隨后，可以“讀出”所 述傳感器電極以給出與所述第一溫度相對應的表面電勢。對于與所述第一溫度不同的至 少一個其他溫度隨后重復這兩個步驟，給出了表面電勢對溫度曲線的至少兩個測量點的總 數，并且使得能夠確定相應的斜率。在所述曲線中的至少兩個測量點的相應電勢的絕對值 依賴于由參考電極所限定的分析物的絕對電勢。然而，并不要求所述參考界面電勢是已知 并且精確確定的，即其不隨著帶電顆粒濃度而變化，因為所述帶電顆粒濃度是由所述曲線 的斜率確定的。一旦已經確定了所述斜率，可以根據所述斜率計算相應的帶電顆粒濃度。為 此目的，偽參考電極就足夠了。這樣命名偽參考電極是因為其并沒有保持恒定的電勢(電 勢依賴于分析物組分)；因此通過定義可知，偽參考電極并不是真實/實際的參考電極。然 而，其電勢按照明確的方式依賴于不同條件；如果所述條件是已知的，可以計算所述電勢； 并且可以將所述電極用于參考電勢。在根據本發明的傳感器的實施例中，所述傳感器還包括偽參考電極，用于向分析 物提供參考電勢，將所述參考電勢限定在所述偽參考電極和其中浸沒所述偽參考電極以有 效工作的分析物的另外界面。因為根據本發明的傳感器只需要偽參考電極，這種參考電極 可以有利地與測量電極集成。在根據本發明的傳感器的實施例中，所述電極是傳感器電極，包括i)第一電極， 其上設置有第一離子敏感電介質，所述第一電極配置用于經由第一離子敏感電介質接觸所 述分析物，以獲得所述第一離子敏感電介質和分析物之間的第一界面；ii)第二電極，其上 設置有第二離子敏感電介質，所述第二電極配置用于經由所述第二離子敏感電介質接觸所 述分析物，以獲得所述第二離子敏感電介質和分析物之間的第二界面。另外在該實施例中， 所述電化學傳感器還包括控制裝置，用于在所述第一界面和所述第二界面的溫度差的至少 兩個不同值下測量所述第一電極和所述第二電極之間的電勢差，以獲得表面電勢對界面溫度曲線的至少兩個測量點。此外，所述電阻加熱器配置用于將所述溫度差設置為所述至少 兩個不同的值。在該實施例中，上述熱電勢測量原理如下實現。所述電化學傳感器包括傳感器電 極，包括第一電極，其上設置有第一離子敏感電介質。所述第一電極配置用于經由第一 離子敏感電介質接觸所述分析物，以獲得所述第一離子敏感電介質和分析物之間的第一界 面。所述傳感器電極還包括第二電極，其上設置有第二離子敏感電介質。所述第二電極配 置用于經由所述第二離子敏感電介質接觸所述分析物，以獲得所述第二離子敏感電介質和 分析物之間的第二界面。所述電化學傳感器還包括控制裝置，用于在所述第一界面和所述 第二界面的溫度差的至少兩個不同值下測量所述第一電極和所述第二電極之間的電勢差， 以獲得表面電勢對界面溫度曲線的至少兩個測量點。所述電阻加熱器配置用于將所述溫度 差設置為所述至少兩個不同的值。所述電化學傳感器使得能夠如下實現分析物中帶電顆粒濃度的確定。首先，所述 控制裝置確保所述第一電極和分析物之間界面的溫度差達到第一值。隨后，可以“讀出”所 述第一電極和第二電極以給出與所述第一溫度差相對應的電勢差。對于與所述第一溫度差 不同的至少一個第二溫度差，隨后重復這兩個步驟，給出了表面電勢對溫度曲線的至少兩 個測量點的總數，并且使得能夠確定相應的斜率。一旦已經確定了所述斜率，可以根據斜率 計算相應的帶電顆粒濃度。在所述曲線中的至少兩個測量點的相應電勢的絕對值依賴于由參考電極所限定 的分析物的絕對電勢。然而，在該實施例的電化學傳感器中，并不要求所述參考電勢是已知 的或者精確確定的，也不要求其不會隨著帶電顆粒濃度而變化，因為所述帶電顆粒濃度是 由所述曲線的斜率確定的。此外，在該實施例的電化學傳感器中，甚至不要求利用參考電極 設置分析物的DC電勢。在現有技術的解決方案中，利用參考電極設置分析物的DC電勢閉 合了測量“回路”，并且進而限定了參考電極和測量電極之間的DC電勢差。在該實施例的電 化學傳感器中，使用電容器就足以閉合測量信號路徑。在有效工作時，該信號路徑包括-由第一電極、第一離子敏感電介質和分析物限定的第一電容；-由第二電極、第二離子敏感電介質和分析物限定的第二電容；-由所述第一和第二電極的相應離子敏感電介質之間的分析物限定的電阻；以及-連接在所述第一電極和第二電極之間用于測量所述電勢差的電壓或電流測量裝 置的輸入阻抗。在該實施例中，利用具有第二離子敏感電介質的第二電極閉合了信號路徑，所述 第二離子敏感電介質與分析物一起形成了電容。在本發明中這就足夠了，因為電勢差通過 溫度而改變，并且因此產生了瞬時電壓。為了測量所述瞬時電壓，不需要建立閉合的DC回 路。因此也不再需要參考電極(具有或不具有參考電解液)來設置分析物的DC電勢。在根據本發明的電化學傳感器的實施例中，所述控制裝置包括控制器，所述控制 器與所述傳感器電極相連，并且配置用于在至少兩個不同值利用測量電極發起表面電勢的 測量。在第三方面，本發明涉及一種包括根據本發明的電化學傳感器的半導體器件。本 發明的巨大優勢在于可以將所述電化學傳感器集成到半導體器件中。可以將在所述實施例 中的所有上述特征結合到相同的半導體器件中，包括電阻加熱器、控制裝置、控制器、偽參考電極等等。在第四方面，本發明涉及一種包括根據本發明的電化學傳感器的RFID-標簽。本 發明有利地應用于這一應用領域。根據下文所述的實施例，本發明的這些和其他方面將是清楚明白的，并且參考下 文所述的實施例說明本發明的這些和其他方面。
在附圖中圖1示出了用于解釋根據現有技術已知的電勢測量原理的一些公式；圖2(a)至2(c)示出了根據現有技術已知的傳統電極和參考電極；圖3示出了用于解釋根據本發明的熱電勢測量原理的一些公式，其受益于本發 明；圖4示出了對于分析物中不同的帶電顆粒濃度，幾個電勢差對界面溫度變化曲線 的圖表；圖5示出了本發明可應用的具有偽參考電極的熱電勢測量電化學傳感器的兩個 實施例；圖6示出了本發明可應用的不具有參考電極的熱電勢測量電化學傳感器的四個 實施例；圖7(a)至7(d)示出了可以用于圖5和圖6電化學傳感器的四種不同傳感器加熱 器結構；；圖8 (a)至8 (d)示出了根據本發明第一組實施例的傳感器加熱器結構；圖9(a)示出了用于解釋圖8(a)和圖8(b)的實施例中電阻加熱器的端子電勢的 瞬時行為的曲線；圖9(b)示出了用于解釋施加至圖8(c)和8(d)的電阻加熱器的電壓的瞬時行為 的曲線；以及圖10(a)至圖10(e)示出了根據本發明第二組實施例的傳感器-加熱器結構。
具體實施例方式本發明目的在于提供一種用于通過電極測量和/或控制分析物的性質的電子設 備，其中電阻加熱器用于設置所述電極和分析物的界面的溫度。本發明目的還在于提供一 種用于確定帶電顆粒濃度電化學傳感器，其中所述電化學傳感器包括這種電子設備、本發 明的目的還在于提供一種包括這種電化學傳感器的半導體器件和RFID標簽。本發明有利 地應用于依賴于熱電勢測量原理的電化學傳感器，即根據表面電勢對界面溫度(或溫度 差)曲線來確定帶電顆粒濃度，其中通過電阻加熱器設置和調制所述溫度。本發明目的在 于減小電阻加熱器和與其熱耦合并且電容耦合的界面(電極)之間的電容性充電效應。為 了實現這一目的，已經向電阻加熱器增加了信號完整性保護裝置。為了便于討論詳細的實施例，下文中定義了 一些表達語。貫穿這些描述，術語“界面溫度”應該解釋為包括電極材料體積和分析物體積的界 面周圍體積內溫度。
在電化學中，能斯托等式是可以用于確定電化學電池中的半個電池(Half-cell) 的平衡減小電勢的等式(與其他信息結合使用)。半個電池是包含導電電極和由自然出現的亥姆霍茲雙層分離的周圍導電電解液 的結構。在這一層內的化學反應即刻將電極和電解液之間的電荷進行泵浦，結果是在所述 電極和電解液之間產生電勢。典型的反應包括電極中金屬原子的溶解并且作為正離子在 所述雙層兩端輸運，弓丨起所述電解液獲取凈正電荷而電極獲取凈負電荷。逐漸增加的電勢 差在所述雙層內產生強烈的電場，并且所述電勢的值增加，一直到所述場終止所述靜電荷 泵浦反應為止。按照類似的方式，所述能斯托等式也描述了電介質和電解液的界面處的表 面電勢、或者在任一側的電解液中具有不同離子濃度的隔膜兩端的表面電勢。貫穿這些描述，術語“參考電極”指的是具有穩定并且公知的電極電勢的電極。所 述電極電勢的較高可靠性通常是通過采用具有氧化還原反應的每一個參與者的恒定濃度 (緩沖或者飽和)的氧化還原系統來實現的。參考電極用于與待確定電勢的電極結合在一 起來建立電化學電池。每一個電極表示半個電池，要求兩個電極以完成所述電路并且測量 未知的電勢。貫穿這些描述，術語“偽參考電極”指的是不會維持恒定電勢的參考電極。通過定 義可知，偽參考電極不是一個真實的參考電極。然而，其電勢按照良好定義的方式依賴于條 件，如果所述條件是已知的，則可以計算所述電勢，并且可以將所述電極用于參考電勢。貫穿這些描述，術語“測量電極”看作是玻璃電極、ISFET的柵極、EGFET的電極、 EIS電容器或與測量放大器相連的金屬電極。貫穿這些描述，術語“帶電顆粒”指的是離子和帶電生物分子。貫穿這些描述，術語“互連層”應該看作是與“金屬化層”或“金屬層”的同義字。 這兩個術語可以互換地使用，并且應該解釋為包括導體(任意導電材料)的層、其中內置有 導體的絕緣層、以及通往下面層的任意通孔(=觸點)。這些術語對于半導體領域的普通技 術人員是眾所周知的。貫穿這些描述，術語“襯底”應該廣義地解釋。所述襯底可以包括具有諸如晶體管 和二極管之類元件的有源層，所述元件形成電路的部件。所述襯底還可以包括可以在一個 或多個互連層中布置的、并且還包含諸如電容器、電阻器和電感器之類的無源元件的元件 之間的互連。在附圖中，已經省略了這些元件以便于理解本發明。其中形成所述元件的有 源層也可以稱作半導體本體。所述半導體本體可以包括以下半導體材料和成分的任意一 種像硅(Si)、鍺(Ge)、硅鍺(SiGe)、砷化鎵(GaAs)和像磷化銦(InP)、硫化鎘(CdS)這類 的其他III-V族化合物或其他II-VI族化合物、或者這些材料和成分的組合和半導體聚合 物。這些有源元件一起可以形成電路。在任一種情況下，經由互連層實現有源元件的連接。 這些互連層具有寄生電容，所述寄生電容由周圍材料的介電常數來限定。所述半導體本體 甚至可以包括與下面層的接觸(例如在有源區表面處的擴散區)。附圖的描述涉及依賴于熱電勢測量遠離的電化學傳感器中的本發明應用的大部 分。然而必須注意的是，本發明可應用于寬廣的領域，即用于測量和/或控制分析物性質的 任意電子設備，所述電子設備包括浸沒在分析物中電極，并且形成與有效工作的分析物的 界面，其中通過與所述電極熱耦合和電容耦合的電阻加熱器來設置所述界面溫度。圖1示出了用于解釋根據現有技術已知的電勢測量原理的一些公式。在附圖的描述中，將利用氫離子濃度(PH值)的測量來解釋主要原理。然而必須強調的是，本發明也可 應用于任意其他種類的帶電顆粒濃度，即Na+離子、K+離子、Ca2+離子等。所述pH值是每一種(水成)溶液的積分參數。其描述了溶液的堿性或酸性程度。 在較寬的范圍內，PH值可以很好地近似為pH =-log[H+]，其中[H+]表示溶液中以mol/L為 單位的質子濃度。PH值測量是工業和實驗室中的常規任務，用于工藝控制和分析。然而，如 果所述PH測量單元(傳感器加上電子設備)變得足夠廉價，其也可以在更寬的應用范圍引 起注意。例如，在供應鏈或者設置消費者自己用于監測(液體)易腐爛物品質量，PH值測量 存在較大的潛力。可以將用于測量離子濃度(可以是PH測量的情況)的實驗技術劃分為 兩種類型非電化學方法，例如光學(示蹤染料)、催化劑和聚合物(凝膠體)的膨脹；和電 化學方法。電化學方法廣泛用于工業和實驗室的多種應用。電化學離子濃度傳感器依賴于 電勢測量原理，即它們測量固體/液體界面兩端的電勢爐，所述電勢識是待確定的離子濃度 的函數。可以根據圖1的公式(1)給出的能斯托等式來計算所述電勢識。在該公式中，k是 波爾茲曼常數，T是K氏溫度的絕對溫度，q是元電荷，以及η是離子電荷(例如對于Η30+、 Na+, η = 1 ；對于Ca2+，η = 2)。將隔膜/界面(1和2)兩側的離子濃度按照活動性表示為 Bi = fi*Ci，其中&表示相應的活動性系數(對于稀釋電解液，fi = 1)，以及Ci表示以mol/ L為單位的離子濃度。根據能斯脫等式，所述電極電勢是如果保持隔膜/界面一側的活動性 恒定，在所述隔膜/界面另一側的離子活動性的對數函數。依賴于由參數“a”描述的離子 類型，所述傳感器對于H3O+離子、Na+離子、Ca2+離子等敏感。圖2(a)至2(c)示出了根據現有技術已知的傳統電極和參考電極。所有的主要 PH-(離子)_測量電極根據上述原理工作，包括眾所周知的玻璃電極(已經研發了對于pH、 pNa、pK等敏感的不同玻璃成分)、銻電極、ISFET (離子敏感場效應晶體管)和EIS電容器 (電解液絕緣體半導體電容器，這里所述平帶電壓是電解液的PH值的函數)。這種技術不 能夠測試電勢，但是可以測量電勢差，即電壓。在任一種情況下，為了利用測量電極測量電 勢差，需要參考電極，其中通過測量電極電勢禮和參考電極電勢i^V的差來產生所述電勢差 (參加圖1中的等式(2))。在ISFET和EIS器件作為測量電極的情況下，也將參考電極用 于設置工作點以及用于閉合所述電學回路。在現有技術的傳統電勢測量中，參考電極電勢 《W相對于電解液電勢必須保持恒定，而與分析物成分無關。因此在現有技術的傳統電勢測 量中，所測量的是測量電極電勢&和參考電極電勢^^之間的電勢差Δ識。這由圖1中的等式 ⑵給出。在利用玻璃電極和傳統參考電極(具有參考液體)進行PH測量的情況下，可以由 圖1中的(3a)等式給出電勢差。在等式(3a)中，pHin代表玻璃電極中的電解液的pH值， pHout表示(待確定的)分析物的pH值。實際上，公式(3)是玻璃電極內側和外側的兩個 表面電勢以及玻璃電極內部的引線與所述玻璃電極中的電解液的接觸電勢代和參考電極 電勢化/之和。然而在這種結構中，當兩個電極具有相同溫度、材料和相同參考電解液時，這 些項彼此抵消。在以下公開中可以找到公式(3a)的推導和關于參考電極的更多信息-Jean-Peter Ylen, Helsinki University of Technology, ControlEngineering Laboratory, Report 127, Espoo 2001 的“Measuring, modeling, and controlling the PH-value and the dynamic chemicalstate” [REF1]。將該文獻全部結合在此作為參考。在利用ISFET測量電極和傳統參考電極進行pH測量的情況下，電勢差可以由圖1中的(3b)給出。在公式(3b)中，參數“pHpzc”代表ISFET測量電極的零電荷點(主要由 ISFET的電介質傳感器層限定的材料性質)，以及pHout代表(要確定的)分析物的pH值。 可以在以下公開中找到公式(3b)的推導和關于ISFET電極的更多信息-P· Bergveld在 Sensors and Actuators B 88 (2008) 1—20 的"Thirty years of ISFET0L0GY. What happened in the past 30yearsand what may happen in the next 30years" [REF2]。將該文獻全部結合在此作為參考。除了標準氫電極之外，Ag/AgCl電極是最公知的參考電極。圖2(a)中示出了這種 參考電極RE。所述參考電極包括與良好限定的電解液20(通常是3mol/L的KCl)接觸的氯 化銀線10(Ag/AgCl)。經由圖案30 (玻璃或陶瓷多孔玻璃狀物質)建立與分析物的流電接 觸。在操作期間，電解液20必須連續地流出參考電極RE進入分析物。將例如氯化亞汞電 極(基于水銀)或T1/T1C1電極的其他參考電極用于例如在升高溫度下的特定應用。它們 的原理與Ag/AgCl電極的相同，具體地使用液體電解液20和經由圖案30的接觸。所述氯 化銀線10與接觸纜線40相連。圖2(b)示出了其中將參考電極RE與玻璃電極GE組合使用的測量裝置。將兩個 電極GE、RE均浸沒到分析物100中以有效工作。所述玻璃電極GE包括與具有良好限定的 PHin值的電解液20’(緩沖溶液)接觸的氯化銀線10(Ag/AgCl)。將所述電解液20’設置 在PH敏感玻璃隔膜31中，所述玻璃隔膜由專用玻璃產生。其厚度通常在50-200 μ m之間， 但是在非常強烈的溶液中進行測量時，其甚至可以是1mm。在浸沒到水中之后，所述玻璃電 極可以測量過程溶液100 (分析物)。在分析物100和玻璃表面之間產生電勢差，并且這種 差是H3O+離子活性的函數，因此也是分析物100的pH值的函數。所述氯化銀線10’與另 外的接觸纜線40，相連。所述纜線40和另外的纜線40，都與電壓計VM的輸入相連。所述 電壓計給出由圖1的公式(3a)給出的電勢差Δρ。可以在這種描述中給出的第一參考文獻 (REFl)中找到有關玻璃電極的更多信息。圖2(c)示出了其中與ISFET測量電極IE組合使用參考電極RE的測量裝置。將 電極IE、RE都浸沒到分析物中以有效工作。所述ISFET測量電極IE包括晶體管結構，所述 晶體管結構與傳統場效應晶體管(FET)非常類似。所述晶體管結構包括具有在襯底表面設 置的η型源極Src和η型漏極Drn的ρ型襯底5，所述η型源極和η型漏極限定了其間的 溝道區。將柵極電介質32設置在襯底5上，覆蓋源極Src、漏極Drn和溝道。可以替代地 使用P型晶體管。相對于傳統MOSFET的主要區別在于柵極電介質32與分析物100直接接 觸而不是與聚合物/金屬柵極觸點接觸。所述柵極電介質32是離子/pH敏感層(在示例 實施例中，其包括SiO2,但是也可以使用諸如Ta2O5之類的其他電介質)。所述晶體管用作 變換器，所述變換器將電勢差轉換為所述晶體管的源極Src和漏極Drn之間的電流。在所 述溝道區上面的電介質可以比其他地方的電介質更薄，以便增加ISFET的靈敏度(在電介 質層32處產生預定表面電勢的情況下，為了溝道的更好控制)。可以在這種描述中給出的 第二參考文件(REF2)中找到與ISFET有關的更多信息。將參考電極RE設置在分析物100 中，以便建立用于ISFET的“工作點”(參考電勢)并且限定分析物電勢。可以將通過參考 電極RE設置的電勢看作是傳統場效應晶體管的柵極電壓\。在現有技術的pH測量中，極 為重要的是參考電極的電勢與分析物的成分無關。圖3示出了用于解釋根據本發明的電勢測量原理的一些公式，其受益于本發明。熱電勢測量遠離的實質特征在于(相同)分析物中在不同的溫度下執行電勢PH/離子測 量。盡管利用現有技術的電勢測量原理必須補償或者考慮溫度變化，本發明使用傳感器輸 出的溫度依賴性來確定待測量的量，例如溶液的PH值或離子濃度(或者如圖8中將討論的 帶電生物分子濃度)。隨后討論的論點涉及PH值，但是也可以應用于離子濃度或帶電生物 分子濃度，那么需要用PK來代替pH，并且必須考慮電荷個數η。在圖3的公式(4a)中重復了對于玻璃電極和傳統參考電極(具有參考液體)的 組合的電勢差等式，其中PHout表示輸出(分析物)處的pH值，以及pHin表示內部電解液 的PH值(InlO 2. 3)。必須認識到的是可以不同地看待等式(4a)。根據該等式，利用由 圖3中的公式(4b)給出的盲線的斜率m, Δ爐示出了對于τ的線件依賴件。必須注意的是， 除了待測量的分析物的PH值pHout之外，該公式的所有參數都是已知或者固定的。遵循這 種方法，可以通過記錄不同溫度差的電勢差Δρ (或者在兩個測量電極的情況下的溫度差)、 確定Δρ-Τ曲線的斜率m、并且隨后使用圖3中的公式(4c)來計算所述pH值，來獲得分析 物的PH值。可選地，也可以通過按照不同方式改變兩個電極_分析物界面的溫度以產生所 述溫度差(代替只設置所述第一界面的溫度)，來確定所述斜率。然后可以通過確定所述兩 個電極之間的電勢差來確定表面電勢差Δ識。圖4示出了對于分析物中的不同的帶電顆粒濃度，幾個電勢差對界面溫度變化曲 線的圖表。所述圖表示出了在溫度范圍0Κ-10Κ內對于各種pHout值(pHin = 7)的Δρ-ΔΓ 曲線。這些曲線與表面電勢對界面溫度曲線具有直接關系。曲線的斜率使得可以得到不同 PH值的明顯區別。四條曲線cl、c2、c3、c4分別示出了等于5、6、7和8的pH值。哪一條 曲線水平延伸依賴于參數“pHin”的值。原理上可以無需對傳感器進行校準就能計算參數 “pHout”，因為圖3的公式(4a)中的所有參數都是已知的。實際上，可能仍然建議進行校準， 因為系統部件的行為并非是理想的，并且有可能是(略微)溫度依賴的。因為將與pH值(氫離子濃度)有關的信息轉換給卸-ΔΓ曲線的斜率而不是識的 絕對值(如同傳統電勢測量的情況那樣)，所述曲線的任何垂直偏移對于測量沒有影響。因 此，通過使用非精確參考電極或者偽參考電極引起的任何電勢偏移不會影響測量。偽參考 電極由浸沒在分析物(樣品溶液)中的簡單金屬線(例如Pt或Ag/AgCl)組成。偽參考電 極提供恒定的參考電勢，但是所述恒定的參考電勢通常是未知的，并且依賴于分析物的成 分(例如，其離子濃度)。在使用熱電勢測量原理的電化學傳感器中，根本不要求參考電極。在一些實施例 中，甚至也不再要求偽參考電極。代替地，可以使用第一電極和(類似的)第二電極，所述 第一電極、第二電極與分析物和測量設備一起閉合了電路，并且相應電極-分析物界面之 間的(瞬時)溫度引起所述電極之間的(瞬時)電勢差。為了精確測量，在特定的溫度，只 需要確保在測量期間相應電極和分析物的電勢本身保持恒定，即在相應的爐值的記錄期間。對于所述方法，甚至不需要知曉所述界面的絕對溫度。必須知曉的唯一的值(任 意單位)是在不同測量時所述界面之間的溫度差的變化。例如，在只加熱第一界面的情況 下，對于第一界面的溫度可以如下給出T = Va*U2/R，其中參數“V’表示起始溫度，參數 “R”表示電阻加熱器的歐姆阻抗，參數“U”表示所施加的電壓，以及參數“t”表示激活加熱 器的時間。參數“a”包括所有其他系統參數，例如幾何因素、熱導等等。用圖3的公式(4a) 代替該公式中的溫度，給出了電勢差△爐作為電壓U(因此作為熱功率)的函數。不需要知曉起始溫度Ttl的絕對值，因為其絕對值只引起曲線的垂直偏移，而將pH值(pHout)轉換為 斜率。所述系統(即利用限定PHout的緩沖液測量曲線的斜率)的校準可能是必要的，以 便確定參數“a”。此外，優選地，參數“a”應該在校準和真實測量之間保持恒定，因為其直接 反映斜率。同樣必須注意的是，所述第一界面和所述第二界面之間的溫度差是直接根據溫 度公式得出的，因為在該示例中沒有加熱第二界面(不存在溫度變化)。實驗已經證明熱傳導起主要作用，即在接通加熱器之后，所述溫度主要由加熱功 率支配(總是立即得到熱平衡)。如果所述系統沒有熱損耗的熱學閉合，可以校正與所提供 的能量成比例的溫度T。根據現有技術已知的電勢測量是靜態測量，其依賴于動態熱平衡。靜態測量通常 受到漂移，使得需要進行頻繁的校準。除了與校準相關聯的工作和成本，一些系統難以進行 校準，例如因為傳感器固定到容器/管道中并且如果校準的話需要從中移出，或者因為所 述系統根本不能夠訪問(易腐爛物的監測、醫學應用)。漂移對于ISFET傳感器是特別的問 題。已經開發了各種算法和程序來預測漂移并且對測量進行校正(參見[REF2])。此外，在 使用新傳感器之前，必須使所述新傳感器保持平衡一段時間。本發明的測量原理的優勢在 于由于動態測量原理，利用本發明顯著地減小了漂移，增加了校準間隔和測量精度。在以 下公開中可以找到與漂移和計數器測量有關的更多信息-S. Jamsba, IEEE Sensors，J. 4 (6)，795-80 1，2004 的"AnAnalytical Technique for Counteracting drift in Ion-SelectiveField effect Transistors(ISFETs) ” [REF3]。將該文獻全部結合在此作為參考。熱電勢測量原理的另一個優勢在于噪聲減小。如果通過對不同溫度下記錄的幾個 識值進行直線擬合來確定Δρ - ΔΓ曲線的斜率，對噪聲和統計測量誤差進行了平均。迄今為止，為了清楚起見，只示出和討論了基本原理和等式。在實際應用中，會稍 微復雜一些。這也依賴于所選擇的測量電極和參考電極的類型。在利用ISFET測量電極和參考電極進行pH測量的情況下，由圖3的公式(5a)給出 所述電勢差，其中第一部分描述了電介質/分析物界面的表面電勢(產生與分析物的PH值 有關的信息)，其中參數PHpzc表示零電荷點，即其氧化物表面為電中性的分析物的pH值， 其中參數PHout表示與所述電介質接觸的分析物的實際pH值，其中參數“ α，，表示溫度依 賴的敏感度參數，是對于特定ISFET傳感器電介質的特性。參數“ α ”位于0和1之間(在 敏感度等于1的情況下，所述傳感器具有最大敏感度)。按照與圖3的公式(4b)和(4c)類 似的方式可以從公式(5a)推導出公式(5b)和(5c)。已知將對于ISFET的參數“ α ”定義如圖3的公式(6)所給出的，其中參數Cs表 示雙層電容(依賴于分析物中的離子濃度)，并且其中參數β s表示作為傳感器電介質材料 參數的表面緩沖能力。在前面已經解釋了其他參數。傳感器敏感度α的溫度依賴性可能會使測量方法變得稍微復雜。可以通過幾種 方式(或者其組合)來解決。1)使用具有高表面緩沖能力β s的傳感器電介質材料。這種措施使得敏感度α 的溫度依賴性最小化。這種方法的優勢在于無需修改就能應用上述測量原理。在優選實施 例中，所述傳感器電介質材料包括氧化鉭(Ta2O5),其具有非常高i3s的優點。2)在較小的溫度“窗口”(例如5K)執行不同溫度的測量。在該溫度窗口范圍內，可以假設所述敏感度α恒定。因此，敏感度α的較小變化導致相對較小的誤差并且可以 將其忽略。這第二種方法要求在相同的溫度進行校準和“實際”測量。否則，由于導致不同 斜率的上述溫度依賴性，誤差將增加。3)在傳感器校準期間確定Cs和i3s。利用一種參考溶液極性的單一校準就足夠 的。然而，必須對于幾個溫度測量所述電勢差識，以允許用于擬合Δρ-Γ曲線所需的足夠數 據點，以獲得Cs和i3s。這是一種最精確的方法，但是必須知曉絕對溫度。因此要求用于確 定所述絕對溫度的溫度傳感器。可以利用兩個測量電極進行PH測量。在這種測量設備中，可以由圖3的等式(7a) 給出電勢差，其中第一部分描述了第一電介質/分析物界面的表面電勢(產生與分析物的 PH值有關的信息)，其中參數pHpZCfe表示第一電極的零電荷點。參數Tfe表示第一界面的 溫度。參數PHout表示與所述第一電介質接觸的分析物的實際pH值。參數“afe”表示作 為特定傳感器電介質特性的第一測量電極的溫度依賴敏感度參數。等式(7a)的第二部分 描述了第二電介質/分析物界面的表面電勢(產生與分析物的PH值有關的信息)，其中參 數pHpZCse表示第二電極的零電荷點。參數Tse表示第二界面的溫度。與所述等式的第一 部分類似，參數PHout表示與所述第二電介質接觸的分析物的實際pH值。參數“ afe”表示 作為特定傳感器電介質特性的第二測量電極的溫度依賴敏感度參數。當所述第一電極和所 述第二電極的參數相同時(自動成為它們是相同種類并且具有相同結構、材料和尺寸的情 況)，等式(7a)可以重寫為等式(7b),其清楚地示出了電勢差對于溫度差△ T的線件依 賴性。可以按照不同的方式來實現用于測量PH或離子濃度的方法。在任一種情況下，要 求第一和第二電極。在工作時，第一電極形成與分析物的第一界面，第二電極形成與分析物 的第二界面。所述電極的至少一個必須配置有小加熱器/冷卻器。這種加熱器結構使得能 夠產生與分析物的相應界面之間的(可變)溫度差。所述加熱器/冷卻器加熱/冷卻第一 界面附近周圍的分析物。將不同溫度差下(利用集成的傳感器測量或者根據熱能確定的溫 度(差))的傳感器讀數(表示Δρ)進行存儲或者繪制。這提供了表面電勢對溫度曲線的 測量點。然后根據上述的本發明方法從所述曲線的斜率獲得帶電顆粒濃度。代替在加熱器 /冷卻器近旁，也可以通過遙控裝置控制所述分析物溫度并且通過流體系統(例如流到傳 感器上的流動液體)將分析物溫度施加至傳感器。如果在所述方法中沒有使用溫度傳感器，在后續加熱脈沖之間必須通過足夠的時 間，以允許將傳感器冷卻至初始(環境)溫度。如果只使用短加熱脈沖，熱學波將朝著電介 質/分析物界面傳播，導致瞬時溫度增加。電勢差(變換器輸出)的連續測量將導致最大 值，應該將所述值用于進一步的數據提取(當達到該值時，所述界面處的溫度在再次冷卻 之前是最高的)。為了增加測量精度，可以對所述曲線進行擬合以確定極值(考慮熱脈沖之 后界面處溫度的瞬時行為)。一種更簡單的方式是在所述極值周圍的間隔內的幾個值進行 平均。在該說明書中使用措辭“獲得表面電勢對溫度曲線的測量點”的地方，通常意味著 (第一電極和第二電極之間的)電勢差對(第一電極和第二電極之間的)溫度差的測量點 是平均的。不過，因為在本發明中不要求知曉絕對溫度，而是只需要確定表面電勢對溫度曲 線的斜率，所述表面電勢對溫度的曲線與所述第一曲線具有明確的關系，并且足以獲得所述斜率。迄今為止，附圖的描述主要涉及根據熱電勢測量原理確定分析物中帶電顆粒濃度 的方法。然而，本發明也涉及包括本發明的電子設備的電化學傳感器，其可以用于執行這種 方法。這種電化學傳感器可以包括諸如ISFET、EGFET和EIS電容器之類的測量電極。圖5示出了可應用本發明的具有偽參考電極的熱電勢電話形成傳感器的兩個實 施例。圖5(a)示出了所謂的擴展柵極場效應晶體管(EGFET)。圖5 (b)示出了所謂的電解 液絕緣體半導體(EIS)結構。參考圖5(a)，所述傳感器包括具有源極Src、漏極Drn和柵極Gt的傳統晶體管匪， 例如NMOS晶體管。所述晶體管NM的柵極Gt經由標準金屬互連“線”與傳感器電極Snse相 連。在傳感器電極Snse上，提供了對于特定離子敏感的傳感器電介質Snsd。已經按照簡化 方式示例了這種傳感器，以便于理解本發明。已經在傳感器電極Snse和傳感器電介質Snsd 附近，例如其下面設置了加熱器Htr (溫度設置裝置)。重要的是設置電阻加熱器Htr，使其 與用于設置溫度的傳感器部分熱耦合。在這一方面，許多種變體都是可能的。在圖7中示 出了這些變體的一部分。所述傳感器的晶體管NM具有浮置柵極，因為柵極Gt和傳感器電 極Snse之間的連接沒有與任何電壓源流電連接。代替地，所述連接由諸如柵極電介質、傳 感器電介質Snsd和互連電介質之類的絕緣體包圍。所述傳感器的工作點由分析物中的參 考電極來控制，這里是偽參考電極冊。所述偽參考電極I3R可以與EGFET集成，例如在頂部 金屬層中。與ISFET相比，EGFET的主要優點是在芯片的頂部金屬層中實現了傳感器電極 Snse，并且因此“遠離”包括晶體管匪的層。這減小了諸如Na+之類的堿性離子沾污的風 險。此外，其還允許與標準CMOS工藝更加簡單的集成。參考圖5(b)，在這種結構中，所述電解液絕緣體半導體結構包括其上設置了硅層 Sl的導電接觸層Cl (例如金屬焊盤、硅化物)。在所述硅層Sl上，設置了傳感器電介質 Snsd。所述疊層與MOS(金屬氧化物半導體)電容器類似。其中的區別在于所述電介質/ 氧化物通過分析物而不是金屬來接觸。所述EIS電容器的平帶電壓產生了與分析物的pH 值/離子濃度有關的信息。通過C-V(電容電壓)措施或者利用恒定電容方法來確定這種 信息。這兩種方法都至少要求參考電極來限定分析物的DC電勢，并且來調制所述分析物電 勢用于電容測量。再次，利用所述EIS疊層附近(例如其下面)的電阻加熱器Htr來調制 所述傳感器電介質/電解液界面處的溫度。溫度變化影響表面電勢，所述表面電勢進而引 起平帶電壓中的偏移。因此，經由所述平帶電壓間接測量了表面電勢。由于圖5(a)所討論 的相同原因，所述參考電極可以是簡單的偽參考電極冊。在以下文獻中可以找到與電解液絕緣體半導體結構有關的更多信息-Shoji Yoshida, Nobuyoshi Hara 禾口 Katsuhisa Sugimoto 在 Journal of The electrochemical Society,151 (3)H53-H58(2004)的“Development of a Wide Range pH Sensor based onElectrolyte-Insulator Semiconductor Structure withCorrosion-Resistant Al2O3-Ta2O5 and Al2O3-ZrO2 Double-Oxide ThinFiIms，，[REF4]， 將其全部內容結合在此作為參考。在以下文獻中可以找到與C-V測量有關的更多信息-M. Klein 在 Sensors and Actuators Bl (1-6) :p354_356，Jan，1990 的“Characterization of Ion-sensitive Layer System with a C (V)Measurement Method Operating at Constant Capacitance” [REF5]，將其全部內容結合在此作為參考。因為本發明的特定熱電勢測量原理，涉及參考電極和校準的上述問題不再與根據 本發明的電化學傳感器有關(或者至少到了小得多的程度)。具體地，這里描述的實施例 可以容易地小型化，并且集成到標準CMOS器件中。只需要對于標準處理方案進行微小的增 加。此外，畢竟這些修改都是在切割和封裝之前已經實現的傳統處理。圖6示出了可以應用本發明的不包括參考電極的熱電勢電化學傳感器的四個實 施例。圖6(a)示出了所謂的擴展柵極場效應晶體管(EGFET)。其包括具有源極Src、漏極 Drn和柵極Gt的傳統晶體管匪，即NMOS晶體管。所述晶體管NM的柵極Gt經由標準金屬 互連“線”與第一電極Fe相連。在第一電極Fe上，提供了對于特定離子敏感的第一傳感器 電介質Fsd。已經按照簡化方式示例了這種傳感器，以便于理解本發明。所述電化學傳感 器還包括第二電極Se。在所述第二電極Se上，提供了第二傳感器電介質Ssd。為了形成電 容，所述第二電極Se配置用于只通過有效工作的第二離子敏感電介質Ssd接觸分析物。在 工作時，所述第一離子敏感電介質形成與分析物的第一界面，并且第二離子敏感電介質形 成與分析物的第二界面。所述第二電極Se與固定電勢相連，例如地電勢。已經在第一電極Fe和第一傳感 器電介質Fsd附近，例如其下面設置了電阻加熱器Htr (溫度設置裝置)。重要的是設置電 阻加熱器Htr，使其與用于設置所述第一傳感器電介質Fsd和有效工作的分析物之間的第 一界面的溫度的第一電極Fe和第一傳感器電介質Fsd熱耦合。將所述電阻加熱器只設置 在第一電極Fe附近是在所述界面之間產生溫度差的一種可能方式。在這一方面，許多種變 體都是可能的。在圖7中示出了這些變體的一部分。如前述，在熱電勢電化學傳感器的這 種實現中不再要求利用參考電極(或偽隨機電極)設置分析物的DC電勢。代替地，只要求 設置變換器，即晶體管NM的工作點。在該實施例中，這是通過實現與柵極Gt相連用于預設 DC電勢的控制晶體管CT來實現的。這種控制晶體管CT只作為開關元件，在其輸入上接收 DC偏置電壓，其輸出與柵極相連，并且其控制輸入(柵極)上由控制信號控制，用于將該DC 偏置電壓臨時轉移到柵極Gt。選擇所述DC偏置電壓，使得所述測量晶體管NM工作于其曲 線的正確工作點。必須注意的是，在其柵極上所接收的測量信號是(由溫度調制的)瞬時 電壓而不是DC電壓。圖6(b)示出了具有兩個測量電極的結構，按照只具有一個加熱器的差分方式時 使用這兩個測量電極。該實施例將只討論其與圖6(a)實施例的區別。代替使用晶體管作 為變換器，將差分放大器DA用于測量第一電極Fe和第二電極Se之間的電勢差。將電阻加 熱器Htr只設置在第一電極Fe附近。所述第一電極Fe和所述第二電極Se與差分放大器 DA的輸入相連。該實施例可以如下使用。加熱/冷卻右側的傳感器，在兩個放大器輸入之 間產生電壓差。輸入之間的任意(恒定)偏移與測量無關，因為在由右側傳感器的加熱/ 冷卻產生的“附加的”差中傳遞了測量信號。在圖6(a)和圖6(b)的實施例中，可以將第二電極Se和第二離子敏感電介質Ssd 一起看作是對于第一電極Fe和第一離子敏感電介質Fsd的電容參考CR。可以按照與圖 6(a)所示的相同方式向差分放大器的每一個輸入提供控制晶體管/開關元件。這種元件可 以用于預設輸入(以及進而電極)的DC電壓。
圖6(c)示出了具有兩個測量電極的結構，所述兩個電極按照具有兩個電阻加熱 器Htr的差分方式使用。該實施例將只討論與圖6(b)中實施例的不同之處。主要區別在 于該實施例在每一個電極處均配置有加熱器Htr，即控制兩個電極的溫度(但是不同地控 制)，用于產生所要求的溫度差。該實施例可以如下使用。首先，在保持第二電極Se的溫度 恒定的同時，改變第一電極Fe的溫度(與只具有一個加熱器的簡單結構相同的操作)。在 這種溫度變化期間進行測量，即對于第一電極的不同溫度測量第一電極Fe和第二電極Se 之間的電勢差，提供電勢溫度曲線的測量點。這提供了第一斜率。然后，在保持第一電極Fe 的溫度恒定的同時，改變第二電極Se的溫度，進行相同的測量。這提供了第二斜率。然后 對所獲得的兩個斜率進行平均，這可以消除來源于單一傳感器加熱的任何系統測量誤差。 因此，可以增加測量精度。在該實施例中，更加難以表示電容參考，因為這兩個電極結構具 有類似的功能。可以討論的是，相應電極交替地分別作為參考和測量電極。可以按照與圖 6(a)所示類似的方式，為差分放大器的每一個輸入提供控制晶體管/開關元件。這種元件 可以用于預設所述輸入(進而是電極)的DC電壓。圖6(d)示出了所謂的電解液絕緣體半導體(EIS)結構。所述電解液絕緣體半導體 結構包括具有導電接觸層Cl (例如金屬焊盤、硅化物)的第一電極Fe，其上設置了硅層Si。 可選地，其可以是鍺層、硅鍺層、III-V族半導體化合物、II-VI族化合物或任意其他類型的 半導體化合物。在所述硅層Sl上提供了傳感器電介質Snsd。所述疊層與MOS(金屬氧化 物半導體)電容器類似。不同之處在于所述電介質/氧化物通過分析物而不是金屬接觸。 所述EIS電容器的平帶電壓產生了與分析物的pH值/離子濃度有關的信息。通過C-V(電 容電壓)測量或者利用恒定電容方法來確定這種信息。這兩種方法都至少要求參考電極和 用于調制所述分析物電勢的電極用于電容測量。然而在根據所述電化學傳感器的該實施例 中，不再要求這種參考電極。代替地，提供與前述實施例類似的電容參考CR。所述電容參 考Cr包括其上設置有第二離子敏感電介質Ssd的第二電極Se。為了形成電容，所述第二 電極Se配置用于只通過有效工作時的第二離子敏感電介質接觸所述分析物。如果泄露足 夠小，可以經由這一電容參考設置分析物電勢，這是經由連接在圖6 (d)的電容參考CR和地 之間的電壓源Vsrc來實現的(總的測量時間必須小于由泄露引起的DC電壓變化的時間常 數)。此外，經由相同的電容參考CR施加用于電容測量的AC調制。所述分析物的DC電勢 如下設置。當將電壓源Vsrc的電壓切換到不同電壓時，電容參考CR上的電壓改變，并且因 此改變分析物100的電勢(經由分析物連接的第一電容器Cfe和第二電容器Cse形成電容 分壓器)。然而，這只能應用于沒有任何泄露的理想條件下。在泄露的情況下，由于參考電 容的充電/放電，分析物100的DC電勢逐漸變化。重要的是在這種情況下，這種充電/放 電的時間常數必須比測量持續時間大得多。在EIS器件的情況下，經由參考電極改變(DC) 電壓，并且也施加(正弦)調制。再次，利用EIS疊層附近(例如其下)的電阻加熱器Htr調制所述第一電介質Fsd/ 第一界面處的溫度。溫度變化(也暗示著第一界面和第二界面之間的溫度差的變化)影響 表面電勢，所述表面電勢隨后引起平帶電壓中的偏移。因此，經由所述平帶電壓間接地測量 了表面電勢。在Shoji Yoshida等人的前述文獻中可以找到與電解液絕緣體半導體結構有關的 更多信息。在M. Klein的前述文獻中可以找到與C-V測量有關的更多信息。
因為本發明的特定熱電勢測量原理，涉及參考電極和校準的上述問題不再與根據 本發明這些實施例的電化學傳感器有關(或者至少到了小得多的程度)。具體地，這里描述 的實施例可以容易地小型化，并且集成到標準CMOS器件中。只需要對于標準處理方案進行 微小的增加。此外，畢竟這些修改都是在切割和封裝之前已經實現的傳統處理。圖7(a)至7(d)示出了可用于圖5和圖6的電化學傳感器的四種不同傳感器加熱 器結構。所有的附圖都進行了簡化，具體地簡化了電化學傳感器。對于所述傳感器，只示出 了傳感器電極。在圖7(a)中，將所述傳感器Snsr設置為較大的焊盤，而將電阻加熱器Htr 設置在所述焊盤外圍的周圍(相同平面內)。在圖7(b)中，將電阻加熱器Htr按照曲折的形 式設置在傳感器焊盤Snsr下面。這種結構確保了所述傳感器更加均勻的溫度。在圖7(c) 中，將所述傳感器Snsr設置為曲折的結構，并且將電阻加熱器Htr在相同的平面內按照河 流方式設置為所述傳感器Snsr兩側上的曲折結構。在圖7(d)中，將所述傳感器Snsr設置 為曲折結構。將所述電阻加熱器Htr設置在傳感器Snsr下面，作為90°旋轉的曲折結構。 所述加熱器Htr和傳感器Snsr的實際結構可能會相當可觀地影響傳感器的溫度均勻性。本 領域普通技術人員可以容易地提出另外的傳感器Snsr和加熱器Htr。在任一種情況下，重 要的是所述電阻加熱器Htr (溫度設置裝置)與所述傳感器Snsr熱耦合，用于使得能夠實 現傳感器(界面)溫度的設置。圖7(a)至7(d)所述的傳感器/加熱器結構易于制造并且熱傳遞效率高(具體地， 圖7(b)和圖7(d)的實施例)。不過，這些結構也存在缺點，如發明人已經發現的，由電阻加 熱器Htr和傳感器電極Snsr之間的較大電容(S卩，存在較大的電容耦合)引起的缺點。弱 國向所述電阻加熱器Htr施加電壓或電流脈沖(例如，在需要調制溫度的地方的熱電勢測 量的情況)，這將引起傳感器電極Snsr的電容性充電。依賴于實際傳感器/加熱器結構和 寄生電容，其間的感應電壓可能高到加熱脈沖幅度的一半。不幸地是，所述傳感器信號可能遠小于加熱脈沖幅度(例如，在熱電勢測量電化 學傳感器的情況下從約20μν到幾百毫伏)，并且因為電容性充電效應，對于感應脈沖(電 波)與幾個伏特相對。因此，可能難以檢測到所述信號。原理上，(如果加熱脈沖幅度和所述結構的(寄生)電容已知，或者進行了正確 的校準)，可以通過相減低于所述加熱脈沖校正所測量的信號(傳感器電極信號+電容電 壓)。然而在這種方法中可能會引入誤差，并且所述電化學傳感器變得更加復雜。更重要的 是，電容電壓的較高幅度可能會使與所述傳感器電極(FET、差分放大器)相連的變換器過 載，所述變換器轉換所述傳感器電極信號。減小敏感度或增益可以解決這一文圖，但這是以 分辨率和精度為代價的，因此不是一種有吸引力的解決方案。可選地，可以在出現加熱脈沖 之后測量所述傳感器電極信號。這種方法要求所控制的溫度保持恒定，直到電容電波已經 衰退、并且所述變換器/放大器已經從過載恢復過來為止。只有當樣品熱容足夠大并且熱 耗散足夠低才可以實現這些條件，即要求較高的加熱功率。本發明提出了一種解決方案，用于在溫度調制(加熱)期間減小/防止(通過電 阻加熱器Htr)對傳感器Snsr的電容性充電。本發明的主要特征在于向加熱器Htr提供信 號完整性保護裝置，來代替上述討論的明智的點對點(ad-hoc)方案。討論了信號完整性保 護裝置的兩種主要變體。第一主要變體是基于用于電阻加熱器的專用驅動方案，第二主要 變體包括在所述電阻加熱器周圍設置屏蔽。下文將討論所述主要變體將其實施例。
圖8 (a)至圖8(d)示出了根據本發明第一組實施例的傳感器加熱器結構。圖9 (a) 示出了解釋圖8(a)和8(b)的實施例中的電阻加熱器的端子電勢的瞬時行為的曲線。圖 9(b)示出了解釋當施加至如圖8 (c)和8(d)的實施例中的電阻加熱器的電壓的瞬時行為的 曲線。在圖8(a)和圖8(b)中，所述傳感器加熱器結構分別與圖7 (a)和圖7(b)中的相 同。所述電阻加熱器Htr具有兩個端子+UH、-UH。該實施例中的信號完整性保護裝置包括 用于所述電阻加熱器Htr的驅動器電路(未示出)，用于向所述加熱器觸點時間具有相同幅 度但是相反極性的同步電壓脈沖，如圖9(a)的+UH/-UH所示。這里存在不同的選項。在圖 8 (a) /9 (a)的示例中，一個端子+Uh在高電平LH (例如Vdd)和中間電平LM (例如GND)之間 切換。另一個端子-Uh在中間電平LM(例如GND)和低電平LL(例如-Vdd)之間切換。可選 地，一個端子可以在Vdd和l/2Vdd之間切換，另一個在l/2Vdd和GND之間切換。在任何一 種情況下，所述電壓瞬時值相反但是具有相同幅度。向所述電阻加熱器Htr施加電壓脈沖 (但是電流脈沖也適用)是控制通過所述電阻加熱器產生的熱的便捷方式。通過改變脈沖 幅度、頻率和脈沖占空比來改變所產生的功率。如果所述傳感器電極/加熱器結構是對稱 的(如果對于圖8(a)和8(b)實施例的情況)，所述傳感器電極Snsr上的電容電壓完全彼 此抵消。對稱性意味著在從一個端子到加熱器中點MP的路徑上的傳感器電極Snsr和電阻 加熱器Htr之間的電容耦合等于在從另一個端子到加熱器中點MP的另一個路徑上的電容 華禹合。必須注意的是，如果從兩個端子到中點MP的路徑具有相同的阻抗，所述中點MP處 的電勢保持為GND，這導致相同的電壓降(相反極性)。對稱性越強導致更好的抵消效果， 因此導致更少的電容耦合。對稱性越弱也導致抵消效果，但是程度較輕。在這兩個示例中 實現的抵消效果也稱作空間平均。空間平均與傳感器電極上的電壓無關地工作，因為在所 述電極上感應了相同量的正電荷和負電荷，并且這些電荷通過所述電極“短路”。在圖8(c)和圖8(d)中，所述傳感器加熱器結構分別與圖8(a)和圖8(b)中的相 同。同樣在這些實施例中施加電壓脈沖(或電流脈沖)。然而，這里使用時間平均效果。一 個端子與諸如地GND之類的基線電勢BL相連。另一個端子根據圖9 (b)，按照較高的頻率在 這一電勢周圍對稱地切換(再次通過驅動器電流形成信號完整性保護裝置的一部分)。其 可以在諸如Vdd之類的高電平LH和諸如-Vdd之類的低電平LL之間切換。可選地，可以在 Vdd和GND之間切換(那么基線BL在l/2Vdd)…所述電阻加熱器Htr上的高頻脈沖對于傳 感器電極信號感應了高頻調制。利用低通濾波器LPF濾除所述傳感器電極信號上的高頻調 制，對于所述傳感器電極信號產生了時間平均效果。可以將所述低通濾波器LPF的輸出饋 送至變換器，用于測量平均傳感器電極信號。換句話說，將所述傳感器信號表述為平均測量 信號，即由于相反的極性，所述電容電波彼此抵消。只要提到時間平均實施例，就必須注意 將低通濾波器LPF設置在圖5 (a)和圖5(b)的傳感器電極Snse和柵極Gt之間。在圖5(b) 和圖6(d)中，將所述低通濾波器LPF直接設置在導電層Cl后面。在EIS結構的情況下，情況略微復雜。在EIS結構中，存在另一個AC電壓(C_V測 量所要求的)，所述電阻加熱器脈沖頻率必須比探針頻率高得多，并且所述濾波器必須阻斷 加熱器感應脈沖，同時使探針信號通過。最后在圖6(b)和6 (c)中，將所述低通濾波器LPF 設置在所述第一電極Fe和差分放大器DA之間(事實上在圖6(c)中，低通濾波器設置了兩次，針對每一個差分放大器輸入設置一個低通濾波器)。圖8(a)至圖8(d)所示的所有實施例只包含電阻加熱器Htr的特定脈沖圖案和連 線。因此，無需附加步驟或專用工藝模塊就可以在標準CMOS程序中實現它們。圖10(a)至圖10(e)示出了根據本發明第二組實施例的傳感器加熱器結構。在該 圖所示的所有實施例中，所述電阻加熱器Htr配置有與固定的參考電勢(例如地電平)相 連的導電屏蔽Shld。所述屏蔽Shld是一種良好的信號完整性保護裝置。理想情況下，只在 所述屏蔽Shld中(通過電阻加熱器Htr)感應電容電壓，并且將其與地短路，從而所述傳感 器周圍的電場不會改變。圖10(a)和圖10(b)示出了兩種平面傳感器-屏蔽-加熱器結構 (如圖7(a)和7c)所示)，其中將所述屏蔽Shold實現為所述傳感器電極Snsr周圍的“引 線”導體(圖10(a)中的正方形焊盤和圖10(b)中的曲折形狀焊盤)。這些實施例易于實 現(只需要一個金屬層)，但是由于從電阻加熱器Htr到傳感器電極Snsr延伸的邊緣場，減 小了屏蔽效果(較寬的屏蔽線提升了性能，但是這是以面積和增加熱功率為代價的)。圖10(c)和圖10(d)示出了與圖7(b)和圖7(d)類似的結構，重要的區別在于將 所述屏蔽Shld(接地平面)設置在電阻加熱器Htr和傳感器電極Snsr之間的層，即它們構 成了三層疊層，具有較高的遮蔽效率。如果屏蔽Shld與加熱器和傳感器面積重疊，有效地 抑制了邊緣場。圖10(c)和10(d)中的實施例要求具有至少三個金屬層的(CMOS)工藝技 術。在具有大于3個金屬層的工藝技術的情況下，不要求附加的處理步驟，通過設計進行所 有的步驟。將電阻加熱器Htr實現為金屬1中的曲折線條。在該層(金屬2)的頂部上，處 理屏蔽平面，所述屏蔽平面完全覆蓋了與在所有側面存在一些重疊的電阻加熱器Htr。所述 屏蔽Shld接地或者與另一個固定且穩定的參考電勢相連。在金屬層3(頂部金屬層，通常 用于結合焊盤)中制造傳感器電極Snsr的電極層Snsr，其中如圖10(e)所示，在頂部上設 置傳感器電介質Snsd或其他敏感材料。必須注意的是，為了更進一步減小電容性充電，即最小化加熱電波，可以有利地組 合圖8和圖10中討論的兩個變體。因此，本發明提出了一種用于測量和/或控制分析物(100)的性質的電子設備。 所述電子設備包括i)電極Snsr，形成與分析物100的界面，在所述分析物中浸沒所述電極 Snsr以有效工作，所述界面具有界面溫度T ；以及ii)電阻加熱器Htr，與所述電極Snsr熱 耦合并且電容耦合，所述電阻加熱器Htr配置用于通過控制流過電阻加熱器Htr的電流來 設置所述界面溫度T。所述電阻加熱器Htr配置有信號完整性保護裝置，用于在如果調制通 過所述電阻加熱器(Htr)的電流時，減小所述電阻加熱器Htr對所述電極Snsr的電容性充 電。本發明還提出了一種電化學傳感器，使用熱電勢測量原理來確定分析物100中的帶電 顆粒濃度，所述電化學傳感器所述電子設備。本發明還提出了 一種包括這種電化學傳感器 的RFID標簽和半導體器件。本發明特性的效果在于通過信號完整性保護裝置，減小了電阻 加熱器和電極之間的電容性充電效應。本發明可以應用于多種應用領域。例如，本發明額可以應用于在電阻加熱器附近 具有電極的任何電子設備。本發明特別可應用于使用熱電勢檢測原理進行分析物檢測的集 成(小型)化學傳感器(PH傳感器、離子濃度傳感器、生物分子傳感器)。在分析物溫度的 調制期間，本發明減小/防止了傳感器的電容性充電(和測量誤差)。根據本發明的電子設備和電化學傳感器的各種變體也是可能的，并且不會脫離所附權利要求的范圍。 應該注意的是上述實施例說明而不是限制本發明，并且本領域普通技術人員在不 脫離所附權利要求范圍的情況下能夠設計許多替代實施例。在權利要求中，括號中放置的 任何參考符號不應該解釋為限制權利要求。動詞“包括”的使用及其近義詞不排除存在除了 權利要求中所述元件或步驟的存在。元件前的冠詞“一個”不排除存在多個這種元件。本 發明可以通過包括幾個分立元件的硬件以及通過適當編程的計算機來實現。在枚舉了幾種 裝置的設備權利要求中，可以通過一個相同條目的硬件來實現這些裝置中的幾個。唯一的 事實在于在相互不同的從屬權利要求中使用的特定措施并不表示不能有利地使用這些措 施的組合。貫穿附圖，類似或相應的附圖用相同的參考數字或標號來表示。
權利要求
1.一種用于測量和/或控制分析物(100)的性質的電子設備，所述電子設備包括電極(Snsr)，形成與分析物(100)的界面，工作時在所述分析物中浸沒所述電極(Snsr)，所述界面具有界面溫度(T)；以及電阻加熱器(Htr)，與所述電極(Snsr)熱耦合并且電容耦合，所述電阻加熱器(Htr)配 置用于通過控制流過電阻加熱器(Htr)的電流來設置所述界面溫度(T)，其中所述電阻加 熱器(Htr)配置有信號完整性保護裝置，用于在調制通過所述電阻加熱器(Htr)的電流時， 減小所述電阻加熱器(Htr)對所述電極(Snsr)的電容性充電。
2.根據權利要求1所述的電子設備，其中所述電阻加熱器(Htr)包括兩個端子 (+UH, -Uh)和所述端子(+ 、-Uh)之間的導電路徑，并且所述信號完整性保護裝置包括與所 述端子(+UH、1H)相連的驅動器電路，用于控制通過所述導電路徑的電流。
3.根據權利要求2所述的電子設備，其中所述驅動器電路配置用于向所述電阻加熱器 (Htr)的兩個端子(+UH、-UH)施加電壓脈沖以獲得電流。
4.根據權利要求3所述的電子設備，其中所述驅動器電路配置用于施加電壓脈沖，使 得將這兩個端子(+UH、_UH)的相應電勢相對于彼此同時并且相反地切換。
5.根據權利要求4所述的電子設備，其中利用相等的幅度切換所述端子(+UH、-UH)的 相應電勢。
6.根據權利要求3至5中任一項所述的電子設備，其中所述電極(Snsr)具有電極電勢 (φ ),并且所述驅動器電路配置用于施加電壓脈沖，使得以較高頻率在基線參考電勢(BL) 周圍對稱地切換所述端子之一(+Uh)的電勢，而將所述端子的另一個與所述基線參考電勢 (BL)相連，從而獲得具有高頻調制的電極信號，其中所述信號完整性保護裝置還包括低通 濾波器(LPF)，與所述電極(Snsr)相連，并且配置用于對所述電極信號中的高頻調制進行 濾波。
7.根據任一前述權利要求所述的電子設備，所述電極(Snsr)和電阻加熱器(Htr)相對 于彼此對稱設置，以在從所述端子的每一個選擇性端子到電阻加熱器(Htr)中點的路徑上 獲得相等的阻抗。
8.根據任一前述權利要求所述的電子設備，其中所述信號完整性保護裝置還包括在電 阻加熱器(Htr)和電極(Snsr)之間設置的導電屏蔽，其中所述導電屏蔽與固定的參考電勢 (GND)相連。
9.一種電化學傳感器，使用熱電勢測量原理來確定分析物(100)中的帶電顆粒濃度， 所述電化學傳感器包括根據任一前述權利要求所述的電子設備。
10.根據權利要求9所述的電化學傳感器，其中所述電極是傳感器電極(Snsr)，用于測 量界面處的表面電勢；其中所述電化學傳感器還包括控制裝置，用于測量所述界面的至少 兩個不同溫度下的表面電勢，以獲得表面電勢對界面溫度曲線(cl、c2、c3、c4)的至少兩個 測量點，其中將電阻加熱器(Htr)配置用于將界面溫度(T)設置為所述至少兩個不同的值。
11.根據權利要求9所述的電化學傳感器，其中所述電極是傳感器電極(Snsr)，包括 i)第一電極0^)，其上設置有第一離子敏感電介質(Fsd)，所述第一電極(Fe)配置用于 經由第一離子敏感電介質(Fsd)接觸所述分析物(100)，以獲得所述第一離子敏感電介質 (Fsd)和分析物(100)之間的第一界面；ii)第二電極( )，其上設置有第二離子敏感電介 質(Ssd)，所述第二電極(Se)配置用于經由所述第二離子敏感電介質(kd)接觸所述分析物(100)，以獲得所述第二離子敏感電介質(kd)和分析物(100)之間的第二界面，其中所述電化學傳感器還包括控制裝置，用于在所述第一界面和所述第二界面的溫度 差的至少兩個不同值下測量所述第一電極(Fe)和所述第二電極(Se)之間的電勢差，以獲 得表面電勢對界面溫度曲線(cl、c2、c3、c4)的至少兩個測量點，以及其中所述電阻加熱器(Htr)配置用于將所述溫度差(ΔΤ)設置為所述至少兩個不同的值。
12.根據權利要求10或11所述的電化學傳感器，其中，所述控制裝置包括控制器，所 述控制器與所述傳感器電極相連，并且配置用于在所述至少兩個不同值下利用傳感器電極 (Snsr)發起表面電勢的測量。
13.一種半導體器件，包括根據權利要求9至12中任一項所述的電化學傳感器，所述半 導體器件包括半導體本體和至少一個互連層，所述傳感器電極(Snsr)位于所述至少一個 互連層中，并且其中所述控制裝置位于所述半導體本體和/或所述至少一個互連層中。
14.一種RFID標簽，包括根據權利要求9至12中任一項所述的電化學傳感器。
全文摘要
本發明涉及一種用于測量和/或控制分析物(100)的性質的電子設備所述電子設備包括i)電極(Snsr)，形成與分析物(100)的界面，在所述分析物中浸沒所述電極(Snsr)以有效工作，所述界面具有界面溫度(T)；以及ii)電阻加熱器(Htr)，與所述電極(Snsr)熱耦合并且電容耦合，所述電阻加熱器配置用于通過控制流過電阻加熱器(Htr)的電流來設置所述界面溫度(T)。所述電阻加熱器(Htr)配置有信號完整性保護裝置，用于在如果調制通過所述電阻加熱器(Htr)的電流時，減小所述電阻加熱器(Htr)對所述電極(Snsr)的電容性充電。本發明還涉及一種電化學傳感器，使用熱電勢測量原理來確定分析物(100)中的帶電顆粒濃度，所述電化學傳感器包括所述電子設備。本發明也涉及一種包括這種電化學傳感器的RFID標簽和半導體器件。本發明特征的效果在于通過信號完整性保護裝置減小了所述電阻加熱器和所述電極之間電容性充電效應。
文檔編號G01N27/36GK102132153SQ200980133184
公開日2011年7月20日 申請日期2009年7月21日 優先權日2008年8月25日
發明者馬蒂亞斯·梅茲 申請人:Nxp股份有限公司