TWI234879B - Biosensor and sensing cell array using the same - Google Patents

Description

1234879 狄、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一生物感測器及—感測單元陣列，更明確 …係關於根據使用一介電常數感測器獲得的電特徵以 及一磁化對偵測感測器的磁化特八& _ 技術。 苻破刀析鄰近材料的成分之 【先前技術】 大夕數半導體記憶體製造商近來 j处未已開發了使用強磁性材 枓的MTJ(磁性穿隧接面）及GMR(巨磁阻）裝置。 / MTJ裝置包含由一絕緣層分離的兩個磁性層，並利用 紅轉磁性滲透現象。在該MTJ裝置中，電流在兩個磁性層 中的旋轉方向平行時比反平行時更好地渗透該絕緣層。該 GMR裝置包括由—非磁性層分離的兩個磁性層，並利用一 巨磁阻現象。在該GMR裝置中，電阻在兩個磁性層中的旋 轉方向反平行時比平行時區別更大。 圖la及lb為圖表，說明傳統MTJ裝置的操作原理。 傳統MTJ裝置包括一自由強磁性層i、一穿隨接面層二及 一固定強磁性層3。 當固定強磁性層3中的磁場線透過鄰近的材料穿透進入 自由強磁性層1中時，磁阻根據鄰近材料的磁化率而變化。 磁通量密度以Β = μΗ(此處μ =磁化率，H =磁通量）表示。磁通 里饴度B的值根據磁化率μ而變化。 如圖1 a所示，如果具有高磁化率μ的材料存在於固定強磁 11層3與自由強磁性層1之間，則自由強磁性層1的磁通量密 87795 1234879 度B增加。另一方面，如圖lb 如果具有低磁化率μ的 材料存在於固定強磁性層3與自由 、㈢由強磁性層1之間，則自由 強磁性層1的磁通量密度Β降低。因此，磁阻的值取決於固 疋強磁性層3與自由強磁性^之間鄰近材料的磁化率^ 圖2為一分析表，說明磁化率取決於與MTJ裝置鄰近的材 料成分。 磁化常數μ根據鄰近材料的成分之種類與尺寸而變化。 圖3為一圖表，說明一通用電容器的電容。 该電容器包括一第一電極4盥一 ^ ，、 乐一电極5。該電容器具 不同的’I电书數6* ’其取決於第一電極4與第二電極$ 之間的距離d以及雷交哭&工&。 ^ ^ σσ的面和S。即電容為OsS/d(此處s = 電谷IS的面積，日rl =;加兩卜 来 、d''兩個笔極之間的距離）。電容c與介電 …及電容器的面積s成正比，且與距離d成反比。 =4為-圖表，說明該通用f容器的—電壓傳輸特徵。 =接於-驅動板軌與—接地電壓端子之間的電容器且 笔"谷。及C2。兩個電容器之間的-節點電壓為Vs。由該 承^電容器供應至該板線PL的一驅動電摩為一驅動板電 /土 V—PL。此處，節點+ 机 即”、、占电壓 Vs = {C"(Cl+C2)}xV—PL。該節 “、:占電壓Vs與電容ci&T ^ 一 成正比，且與電容C2成反比。 圖5顯不介電常數"根據鄰近材料的種類及尺寸而不同。 興：於ίϊ環境的改善，人們對健康與延長壽命越來越感 Λ類生命的疾病發生後’人們已加強防範已預 /疾病，而非簡單地治癒該等疾病。而且，人們已努力 控制環境污染。 m 87795 1234879 因此’需要用於偵測各種引起疾病的因素、污染及有毒 物質的系統。為順應此趨勢，鄰近材料的分析方法相對於 其他物理及化學感測器更加重視生物感測器。 為了使用此等鄰近材料偵測系統檢查人類疾病，需要减 測方法用於分析血液成分、分析化合物成分或辨認皮膚。 然而，傳統感測方法取決於分析材料成分所用的物理或化 學方法。因此，此類測試需要大型的設備以及、高額的成本 。因為此類測試所需時間較長，故難以分析各種鄰近材料 的成分。 【發明内容】 為了快速分析各種材料的成分，需要量化分析方法，以 便使用上述磁阻感測器或巨磁阻感測器來分析感測器周圍 、旁邊或附近的材料（下文稱為「鄰近材料」）之成分。而 且：使用上述電容器之不同介電常數(其取決於鄰近材料的 種類及尺寸）的量子分析方法為一有用方法。 因此’本發明的一目的為使用複數個Mtj感測器及/或 GMR感測器來區分磁化率及電性質，以便量化地分析該等 成分，藉此識別鄰近材料的成分。 本發明的另一目的為根攄鄰祈姑 俶咄近材枓成分的種類及尺寸感 測介電常數之不同值，以將米 以將郇近材枓的成分分析為電成分。 在一項具體實施例中，一 生物感，則态包括一 MTJ(磁性穿 随接面）裝置，其耦合至一

^ , 換衣置及一感測字元線。該MTJ 装置包括一自由強磁性層、一 .^ 牙丨逐接面層及一固定強磁性 層。该切換裝置形成於該Mtjf ^ 之口疋強磁性層下，並 87795 1234879 將該MTJ裝置中所感測的電流輸入一感測位元線。該感測 位元線形成於該自由強磁性層上，並將不同的偏壓電壓施 加於邊MTJ裝置。當一固定強磁性層的一磁場線穿透進入 該自由強磁性層中時’從該切換裝置所輸出的電流根據磁 通量密度（其取決於鄰近材料）而變化。 在一項具體實施例中，一生物感測器包括一GMR(巨磁阻 )裝置，其耦合至一切換裝置及一感測字元線。該gmr裝置 包括一自由強磁性層、一導電電阻器及一固定強磁性層。 該切換裝置形成於該GMR裝置之固定強磁性層下，並^該 GMR裝置中所感測的電流輸人—感測位元線。連接至該導 電電阻器之-電極的感測字元線將不同的偏壓電壓施加於 该GMR裝置。當-固定強磁性層的__磁場穿透進人該自由 強磁性層中時，從該切換裝置所輸出的電流根據磁通量密 度（其取決於鄰近材料）而變化。 在一項具體實施例中，使用一生物感測器的一感測單元 陣列包括複數個感測字元線、複數個感測字元線、複數個 磁化對偵測感測器以及複數個感測放大器。複數個感測 元線係平行於複數個字元線配置。複數 心 、卜 且復敎個感測位元線係垂 直於複數個感測字元線及複數個字元線配置。複數個磁化 對偵測感測！！（其連接至複數個感測字以、複數個字元線 及複數個感測位元線）感測磁通量密度的不同值，其取決於 料㈣。複數個感測放大器係連接至複數個感測位元線；。 項具體貫施例中’—生物感測器包括-MTjf置、 一強磁性材料及-切換裝置。該贿裝置包括—自由強磁 87795 -10- 1234879 性層’以接收-感測字元線電壓，還包括一穿隧接面層及 一固定強磁性層。形成於該自由強磁性層上的強磁性材料 形成-磁場’其取決於與該自由強磁性層的磁性耦合“亥 切換裝置形成於該MTJ裝置之固定強磁性層下，並將該咖 裝置中所感測的電流輸入-感測位元線。此處，從該切換 裝置輸出的電流根據磁阻值（其取決於鄰近材料）而變化。' 在-項具體貫施例中’—生物感測器包括一 Mtj裝置， 其轉合至-電流線與-切換裝置。該MTj裝置包括—自由 強磁性層’以接收一感測字元線電壓，還包括一穿隧接面 層及-固定強磁性層。形成於該自由強磁性層上的電流喰 接收-強制字元線電壓，並形成—磁場，其取決於與該自 由強磁性層的磁性麵合。該切換袭置形成於該mtj裝置之 固定強磁性層τ ’並將該MT】裝置中所感測的電流輸入一 感測位元線。此處，從該切拖壯 攸4切換1置輸出的電流根據磁阻值 (其取決於鄰近材料）而變化。 在-項具體實施例中，使用一生物感測器的一感測單元 陣列包括複數個感測字元線、複數個感測字元線、複數個 磁阻感測為以及複婁企個咸：丨— 一、 饭数個级測放大态。複數個感測字元線係 平仃於禝數個字元線配置。複數個感測位元線係垂直於複 數個感測字元線及複數個字元線配置。複數個磁阻感測器 係連接至複數個感測字元線、複數個字元線及複數個感測 位凡線。複數個感測放大器係連接至複數個感測位元線。 此處根據在磁場(其由與磁性材料的磁性耦合所感應)中 成勺4近材料之成分，每個磁阻感測器根據從該等磁 87795 1234879 性材料所產生的磁場感測不同的磁阻值。 在—項具體實施例_，使用一生物感測器的一感測單元 陣列包括複數個感測字元線、複數個感測字 磁阻感測器以及複數個感測放大器。該等複數 線係平行於複數個字元線與複數個強制字元線配置。該等 複數個感測位元線係垂直於該等複數個感測字元線、該等 複數個字元線及該等複數個強制字元線配置。連接於該等 複數個感測字元線、該等複數個字元線及該等複數個感測 位^線之間的該等複數個磁阻感測器根據_電流線(此處 施加-強制字元線電壓）所產生的—磁場感測不同的磁阻 值。複數個感測放大器係連接至複數個感測位元線。 在一項具體實施例中，生物感測器包括一電晶體盘一感 :電容器。該電晶體具有連接至一位元線的一閉極，以及 連=一感測位元線的-没極。該感測電容器具有連接至 感=線的:第一電極以及連接至該電晶體之源極的一 弟一電極。此處，從該電晶體輸出的一感測 測電容器的介電常數而變化。 康μ感 在-項具體實施例中，使用一生物感測器的— 陣列包括複數個感測板線 心 電常數感測器以及複數個：、=感測位元線、複數個介 平行於複數個字元線^感4複數個感測板線係 數個子兀線及设數個感測 直方、複 數個感測板線及複數個 …。μ數個字元線、複 感測器感測一電容哭2 線連接的複數個介電常數 -之兩個電極之間形成的鄰近材料之不 87795 1234879 同的介電常數。複數個感測放大器係連接至複數個感測位 元線。 在一項具體實施例中’-生物感測器包括- MTJ裝置、 -第二自由強磁性層、一電流線及一切換裝置。該贿裝 置包括一第-自由強磁性層、一穿隨接面層及一固定強磁 性層。該第二自由強磁性層具有與第一自由強磁性層相同 的磁通量方向’且與該第一自由強磁性層具有一預定間隔 。形成於該第-自由強磁性層及該第二自由強磁性層下的 電流線接收電流，以感應一磁場。形成於該電流線下㈣ 切換裝置將該MTJ裝置中所感測的電流輸出至一感測位元 線中。此處，從該切換裝置所輸出的電流根據一感測孔(形 成於該第—自纟強磁性層肖該第二自φ強磁性層之間）上 所曝露的鄰近材料的磁化率而變化。 在一項具體實施例中，一生物感測器包括一gmr裝置、 -第二自由強磁性層、一電流線及一切換裝置。該Ο·裝 置包括-：―自由強磁性層、一感測導電層及一固定強磁 性層。該第二自由強磁性層具有與第一自由強磁性層相同 的磁通量方向，且與該第一自由強磁性層具有一預定間隔 1成於該第一自由強磁性層及該第二自由強磁性層下的 電抓線接收電流’以感應一磁場。形成於該電流線下的該 切換裝置將該GMR裝置中所感測的電流輸出至一感測位元 線中。此處’從該切換裝置所輪出的電流根據-感測孔(形 成於该弟-自由強磁性層與該第二自由強磁性層之間）上 所曝露的鄰近材料的磁化率而變化。 87795 -13 - 1234879 在一項具體實施例中，使用—生物感測器的一感測單元 陣列包括複數個字元線、複數個感測感測位元線、複數個 磁化孔偵測感測器以及複數個感測放大器。該等複數個字 元線係平行於複數個強制字元線與複數個感測字元線配置 。該等複數個感測位元線係垂直於該等複數個強制字元線 γ該等複數個感測字元線及該等複數個字元線配置。與該 寻複數個強制字元線、該等複數個感測字元線、該等複數 個字7L、.泉及複數個感測位凡線連接的複數個磁化孔谓測感 測器感測不同的磁化率’其取決於一感測孔(形成於兩個自 由強磁性層之間）中所曝露㈣近材料。複數個感測放大器 係連接至複數個感測位元線。 在一項具體實施例中 w 1 口 u丄乂上八衣且 - 一磁性材料、一感測字元線及-切換裝置。該GMR裝置包 括一自由強磁性層、—導電電阻器及性層。形 成於該自由強磁性層上的磁性材料形成—磁場，苴取 與該自由強磁性層的磁性輕合。形成於該導電電」 部分上的㈣測字元料元^ 導電電阻器之另一部分下的切換裝置將 感測的電流輸入一感測位元線衣置中所 輸出的電流根據對該磁場中所形成之：近=換裝置所 影響而變化。 枓的磁阻值之 在一項具體貫施例中， 一強制字元線、一感測字 包括一自由強磁性層、_ 一生物感測器包衽 匕祜一 GMR裝置、 元線及一切換裝罢 俠衣置。該GMR裝置 導電電阻器及一 m a μ 87795 -14 - 1234879 形成於該自由強磁性層上的強制字元線接收一強制字元線 電壓，並形成一磁場，其取決於與該自由強磁性層的磁性 輕合。該感測字元線係形成於該導電電阻器之一部分上。 形成於該導電電阻器之另一部分下的切換裝置將在該 裝置中所感測的電流輸入一感測位元線中。此處，從該切 換裝置所輸出的電流根據該磁場中所形成之鄰近材料的磁 阻值而變化。 在-項具體實施例中，使用一生物感測器的一感測單元 陣列包括複數個字元線、複數個感測位元線、複數個巨磁 j器、複數個感測字元線驅動器以及複數個感測放大 器。複數個字元線係平行於複數個感測字元線配置。複數 個感測位元線係垂直於複數個感測字元線及複數個字元線 配置。與該等複數個感測字元線、該等複數個字元線及該 等複數個感測位元線連接的該等巨磁阻感測器感測一磁場 (由與磁性材料的磁性耦合所感應)中所形成的鄰近材料的 磁阻值。言亥等複數個感測字元線將不同的偏壓電壓施加於 該等複數個感測字元線。複數個感測放大器係連接至複數 個感測位元線。 -項具體實施例中，使用一生物感測器的一感測單元 匕括複數個強制字π線、複數個感測位元線、複數個 在 陣列 巨磁阻感測器、複數個感測 放大器。該等複數個強制字 線與複數個字元線配置。該 該等複數個感測字元線、該 字元線驅動器以及複數個感測 元線係平行於複數個感測字元 等複數個感測位元線係垂直於 等複數個字元線及該等複數個 87795 1234879 強制字元線配置。與該等複數個感測字元線、該等複數個 字元線、該等複數個強制字元線及該等複數個感測位元2 連接的複數個巨磁阻感測器感測一磁場（由與強制字_ γ 的磁性福合所感應)中所形成的鄰近材料之磁阻值 數個感測字元線將不同的偏壓電壓施加於該等複數個感測 字元線。複數個感測放大器係連接至複數個感測位元線 【實施方式】 現在將參考附圖來詳細說明本發明。 圖6為-概念圖，其說明根據本發明之一項具體實施例的 —生物感測器以及使用其之一感測單元陣列。 複數個生物感測器係排列成一感測陣列，其包括N行及Μ 列。包括一感測單元陣列的一生物& 砍則為晶片係製備於一 封叙或晶圓階。 包括鄰近材料的成分測量資料係 。缺义> Μ係曝路於每個生物感測器 然後，在生物感測器之每個格陣 ，以# ® ^ ^ v , 干幻干測夏成分測量資料 以使用一血液成分分析構件分析該等資料。 可使用血液、氣體或其他溶 卜馬W近材料。在本發明 —項具體實施例中，使用血m 、 ^ ，從忭為鄰近材料。 圖7為一圖表，說明使用根據 生物感測以錢單^ —項具體實施例的 在-項具體實施例中，該感測系感測系統。 構件11以另 π、目丨h * 丁、、兄包括一血液成分分析 傅仵11以及一感測封裝8，其上 測封爿/ 8在、悉、两、击从 百~生物感測器7。感 J对衣8係透過一連接引線9置放 所安f1，夜成分分析構件11上 |文衣的一連接板丨〇上。 "、、衣中的生物感測器7係透 87795 -16- 1234879 過一連接線6連接至連接引線9。 從生物感測器7所感測的鄰近材料之成分資料係透過連 接引線9與連接板10輸入血液成分分析構件丨丨。血液成分八 析構件11將所測量的鄰近材料之成分資料分成該等成八的 電信號特徵，以便量化地分析該等鄰近材料的成分。 在本發明之一項 對偵測感測器、一 孔偵測感測器或一 物感測器的範例。 具體實施例中，生物 磁阻感測器、一巨磁 介電常數感測器。此 感測器包括一磁化 阻感測器、一磁化 等五個感測器為生 參考圖8至18,其詳細說明根據本發明之一第一項具體實 施例的一磁化對偵測感測器與使用其之一感測單元陣 圖8為-結構圖，說明根據本發明之一第一項具體實施例 之使用一 MTJ裝置的磁化對偵測感測器。 在該第一項具體實施例中，磁化對偵測感測器包括—切 換裝置與一 MTJ裝置3 1。 MTJ裝置31包括—自由強磁性層28、—穿隨接面層㈣ 一固定強磁性層3 〇。 。亥切換I置包括—NM〇s電晶體。該nm〇s電晶體具有一 ㈣^其透過—接點線23連接至-感測位元線26;連接 立子元、、泉25的閘極22 ,以及透過一接點線24連接至一 阻I1早導電層32的-源極21，該阻障導電層32形成於該Μ” 裝置3 1下方。 形成於該MTJ裝置η上的 測字元線2 7。整個裝置係由 自由強磁性層28係連接至一感 一氧化物保護層33加以絕緣。 87795 -17- 1234879 當固定強磁性層3 〇的# a 、 …以稱… （在圖式中以磁通量線表 不，此處私為磁場線」）穿透進入自由強磁性層28時，不 同的磁阻值係根據由磁性 T+风刀所^刀的磁場線強度來 測：Ε。 圖9 a及9 b為圖表’說明圖8之磁化對偵測感測器的操 徵，其取決於鄰近的磁性材料。 如圖9a所示，當與磁化 、 了谓劂砍’則态鄰近的鄰近磁性材 料為空氣時，自由強磁性屛 忠兹r生層28具有一較小的磁性密度，因 為空氣具有較1、的磁化率。因此’所顯示的磁阻較小。然 而、，如圖外所T，當磁化對㈣感測器的鄰近磁性材料為 血液時，自由強磁性；9 S 1女 、 層28具有一較大的磁性密度，因為血 液具有-較大的磁化率。因此，所顯示的磁阻較大。 圖l〇a及10b為圖表，說明成分分離，其取決於圖8之使用 M!T J叙置的磁化對伯、、目^片丨σσ 谓利感測為的一感測字元線S_WL電壓 的變化。 ",當一感測電壓施加於-感測字元線27時，血液成分離始 攸一低感測子凡線27電壓按其極化特徵緩慢分離，如圖1 〇a 斤丁如圖1 0b所不，血液成分以一較高感測字元線27電壓 中的較大頻譜分離。 口為固疋強磁性層3 〇與自由強磁性層2 8之鄰近磁性材料 的磁性铪度係根據感測位元線π的電壓值區分，故會感測 到不同的感測電阻值。血液成分分析構件在磁化對偵測感 測器中測量不@的感測電阻值，以便量化地分析血液成分。 圖11 a為一結構圖，說明根據本發明之一項具體實施例之 87795 -18- 1234879 使用一 GMR裝置的磁化對偵測感測器。圖i lb為一平面圖， 說明磁化對偵測感測器。 在一項具體實施例中，磁化對偵測感測器包括一切換裝 置與一 GMR裝置3 8。 该GMR裝置38包括一自由強磁性層35、一導電電阻器36 及一固定強磁性層3 7。 該切換裝置包括一 NMOS電晶體。該NMOS電晶體包括一 沒極20 ’其透過一接點線23連接至一感測位元線％ ;連接 至一字το線25的一閘極2〇 ;以及透過一接點線24連接至該 〇]\/[11裝置38之導電電阻器36之一電極的一源極21。 感測字元線34係連接至該GMR裝置37的導電電阻器36的 另一電極。整個裝置係由一氧化物保護層3 9加以絕緣。 圖iic為一斷面圖，其說明使用GMR裝置38的磁化對偵測 感^器，此時該磁化對㈣感測器、係沿I線A_A，切成斷面。 當固定強磁性層37的磁場線穿透進入自由強磁性層35時 ’導電電阻器36的電阻值係由磁場線強度(根據磁性材料區 分）決定。 圖a及12b為圖表，說明圖 偵測感測器的操作原理。 圖12a所示，當磁化對偵測感測器的鄰近磁性材料為 氣時，自由強磁性厣3 s 1亡 ^ ^ g 35具有一較小的磁性密度，因為空 具有較小的磁化率。^ 化革目此，所顯示的磁阻較小。然而， :自由二==測f測器的鄰近， 曰，、有—較大的磁性密度，因為血液具 87795 -19- 1234879 一較大的磁化率。因此，所顯示的磁阻較大。 圖13a及13b為圖表，％ η日+人八μ 勹口衣呪明成分分離，其取決於圖η之使 用GMR的磁化對偵測成測 #、日丨— 4 /則态的一感測字元線電壓S WL·的 變化。 一 當一感測電壓施加於一成測 y A列子兀線34時，血液成分離始 從一低感測字元線34電壓桉1托彳h和μ p kn 一 兒；土杈其極化特欲緩慢分離，如圖13a 所示。如圖1 3 b所示，血液点八一銓古 便成刀以一較同感測字元線3 4電壓 中的較大頻譜分離。 因為固定強磁性層37盥自由辁碰槌活1 c /、目由強磁性層35之鄰近磁性材料 的磁性岔度係根據感測字元崎 J于兀、、杲34的包壓值區分，故會感測 到不同的感測電阻值。血凉Λ、八 血及成分分析構件在磁化對偵測感 測器中測量不同的感測電阻值，以便量化地分析血液成分' 圖14為一圖表’說明根據本發明一項具體實施例之使用 一磁化對偵測感測器的感測單元陣列。 在一項具體實施例巾，使㈣磁化對偵職測器的感測 早元陣列包括複數個字元線WL—Hh，其在一列方向 上與複數個感測字元線s_WLj〜s —WL—m平行配置；複數 個感測位元線s BL1〜S RT η，甘+ 士 - 1BLn，其垂直於複數個字元線 WL_i〜WL—m及複數個感測字元線、wl—i〜s —wl爪配 置。 一 複數個磁化對偵測感測器4〇位於該等複數個感測字元線 S〜WL—1〜S-WL-m與該等複數個字元線WL一1〜WL m(其 與該等複數個感測位元線S—BL1〜s—BLn交錯）之間。 磁化對偵測感測器4〇包括一切換裝置τ及一感測器^。此 87795 -20- 1234879 處’感測器S可為一 MTJ或GMR裝置。 切換裝置T具有連接至該感測位元線s—bL的一汲極、連 接至違感測裔S之一端子的源極以及連接至該字元線wl的 閘極。该感測裔S的另一端子係連接至感測字元線s_wl。 該等複數個感測位元線S—BL1〜S—BLn逐個連接至複數 個感測放大為SA1〜SAn。該等複數個感測放大器sai〜 SAn接收複數個參考電壓refj〜REF—n &及一感測放大 器致動信號SEN，並輸出一感測放大器輸出信號SA_〇UT。 每個參考電壓REF—1〜ref一η具有不同的參考電壓值。 使用該磁化對偵測感測器之感測單元陣列的每行使血液 成分可藉由具不同位準之參考電壓REFj〜REF — n分離並 進行不同分析。 在此項具體實施例中，不同的偏壓電壓係透過感測字元 線S —加於感測器S上。該感測器s感測磁通量密度值， 其根據鄰近材料的磁化率而不同，並輸出不同的電流量。 如果切換叙置τ的閘極接收一字元線WL電壓，則該切換裝 置τ開啟，以輸出感測器s所感測的不同電流。 母個感測放大器SA放大從感測位元線S—BL施加的電流 ’以回應-感測放大器致動信號SEN ’並輸出一感測放大 器輸出信號SA—OUT。感測放大器SA根據不同的參考電壓 咖輸出不同的感測放大器信號sa—〇ut。因此，使用磁化 對僧測感測器之感測單元陣列的每列與每行獲得不同成分 的特徵。 圖15為-圖表’說明使用該磁化對读測感測器的一感測 87795 •21 - 1234879 單元陣列之另一範例。 與圖14相比’圖15之感測單元陣列進—步包括複數個電 流調整器cc_i〜cc_m。該電流調整器cc連接於感測字元 與一接地電塵端子之間，將不同的電流施加於感測 器s的強磁性層上。因此，根據調整感測器s上所施加的電 流以及感測字元線S_WL的電壓，可微觀地調整磁阻值，藉 此可放大感測益S中的成分分析範圍。 圖16為一圖表，說明使用該磁化對偵測感測器的一感測 單元陣列之另一範例。 在圖16之感測單元陣列中，一感測位元線、61^係連接至 複數個感測放大器SA1〜SAm。複數個不同參考電壓REF i 〜REF_m係輸入與感測位元線S_BL連接的複數個感測放 大器SA1〜SAm。 來自複數個感測放大器SA1〜SAm的複數個感測放大器 輸出信號SA—OUT係輸出至編碼器5〇及5丨，並經過編碼用於 分析鄰近材料的成分。 圖17顯示磁化對偵測感測器之鄰近材料的成分分析圖， 其取決於感測單元陣列的感測輸出值。鄰近材料的成分係 根據複數個感測字元線S一 WL—1〜S —WL_m的偏壓電壓分離 。在_複數個感測位元線S-BL1〜SjBLn中鄰近材料的成分係 由複數個不同的參考電壓REF—1〜REF—n分離。因此，整個 兹化對谓測感測器之感測單元陣列分離及分析鄰近材料的 不同特徵。 圖1 8為一時序圖，說明根據本發明一項具體實施例之使 87795 -22- 1234879 用一磁化對偵測感測器的感測單元陣列之操作。 當一時間間隔tl開始時，字元線WL、感測字元線S_WL 、感測位元線S一BL及參考電壓REF啟動。因此，感測器s 中所感測的不同磁阻值係透過感測位元線s—bl輸出至每 個感測放大器SA。 在一時間間隔t2，如果感測放大器致動信號SEN啟動，則 感/則放大SA放大不同的磁阻值，以輸出一感測放大器輸 出信號SA—OUT。

因此，血液成分分析構件可分析來自感測單元陣列的每 個感測放大器輸出信號S A一〇υτ，以分析鄰近材料的成分。 當一時間間隔t3開始時，字元線WL、感測字元線s —WL 、感測位元線S一BL及參考電壓REF停用。感測放大器致動 信號SEN停用，然後操作停止。 參考圖19a至31，其詳細說明根據本發明之一第二項具體 實施例的一磁阻感測器與使用其之一感測單元陣列。 圖1 9a及1 9b為結構圖，說明根據本發明之一項具體實施 例之使用一 MTJ裝置的磁阻感測器。 圖19a為一斷面圖，說明使用磁性材料之磁阻感測器。 在一項具體實施例中，磁阻感測器包括一切換裝置、一 Μ T J裝置7 1及一磁性材料6 7。 孩MTJ裝置7 1包括用作一感測字元線S — WL的一自由強 磁性層68、一穿隧接面層69及一固定強磁性層7〇。該切換 裝置包括一 NMOS電晶體。該NM〇S電晶體的一汲極⑼係透 過一接點線63連接至一感測位元線66。該NM〇s電晶體的一 87795 -23 - 1234879 閘極6 2係連接至一字元線6 $ 係透過一接點線64連接至一 MTJ裝置71下方。 3該NMOS電晶體的一源極61 阻障導電層72，其形成於該

所感應的磁場之幅度得到改變。

由強磁性層68之間感應源磁場。 冲部施加一電壓，由一永 徵也會在磁性材料67與自 因此，根據磁場中所形成 的磁性材料成分而區分的磁阻值可得到測量。 圖1 9b為一斷面圖，說明根據本發明之一項具體實施例之 使用一電流線的磁阻感測器。 在一項具體實施例中，磁阻感測器包括一切換裝置、一 MTJ裝置91及一電流線87。 該MTJ裝置91包括用作一感測字元線^…乙的一自由強 磁性層88、一穿隧接面層89及一固定強磁性層90〇該切換 裝置包括一 NMOS電晶體。該NM〇S電晶體具有一汲極8〇， 其透過一接點線8 3連接至一感測位元線8 6 ;連接至一字元 線85的—閘極82 ;以及透過一接點線84連接至一阻障導電 層92的一源極81，該阻障導電層92形成於該MTJ裝置91下 方。 絕緣材料93，如氧化物，在該MTJ裝置9 1之自由強磁性 87795 -24 - 1234879 ⑽上隔離。自由強磁性層88係與電流線87(其係用作一強 制字兀線F—WL)磁性轉合以形成—源磁場。整個裝置係由 一氧化物保護層94隔離。 強制字元線F WL周If! i甘+乂 一周圍由其中流動之電流的強度以及自 由強磁性層88(用作一片、、目，丨a — μ 么 感測子兀線S — WL)中流動之電流的 支化所感應的磁場之幅度得到改變。 在該磁阻感測器中，自由強磁性層88與電流㈣之間的 源磁場僅在電流線87具有一電流源時感應。因此，磁阻值 可根據磁場中所形成的磁性材料成分而區分。 圖20a及20b為圖表，說明圖19之磁阻感測器的操作特徵。 如圖20a所示’當磁阻感測器的鄰近磁性材料為空氣時， 自由強磁性層68及88具有一 、, 旱乂小的磁性密度，因為空氣具 ^ J、的磁化率。因此，所顯示的磁阻較小。然而，如圖 所不，當磁阻感測器的鄰近磁性材料為生物材料（血幻 、^呈=由強磁性層68及88具有一較大的磁性密度，因為企 < 有 車父大的磁 歪。^ θ _ 半 口此，所頭示的磁阻較大。 至2lb為圖表，說明成分分離，其取決於圖心之使 去丨生材料的磁阻感測器之感測字元線、電壓的變化。 :感測電麼施加於一感測字元線68，血液成分離始從 所示7 ’則子疋線68電壓按其極化特徵緩慢分離，如圖21a ψ ^ b所示血液成分以一較高感測字元線68電壓 T的較大頻譜分離。 為Q疋強磁性層盥自由金 的磁性灾 ”目由強磁丨生層68之鄰近磁性材料 ⑴&係根據感測位元線68的電壓值區分，故會感測 87795 -25- 1234879 到不同的感測電阻值。血液成分分析構件在磁阻感測器中 測量不同的感測電阻值，以便量化地分析血液成分。 圖22a至22b為圖表，說明成分分離，其取決於圖”^之使 用電流線的磁阻感測器之感測字元線s —WL(或強制字元線 電壓的變化。 當一感測電壓施加於感測字元線88(或一強制電壓施加 於電流線87)時，血液成分離始藉由其極化特徵從一低感測 字元線88(或強制字元線87)電壓緩慢分離，如圖所示。 如圖22b所示，血液成分以一較高感測字元線(或強制字 元線87)電壓令的較大頻譜分離。· 因為固定強磁性層90與自由強磁性層88之鄰近磁性材料 的磁性密度係根據感測字元線88(或強制字元線87)的電壓 值區分，故會感測到不同的感測電阻值。血液成分分析構 件在磁阻感測器中測量不同的感測電阻值，以便量化地分 析血液成分。 圖23a為一佈局圖，說明圖19a之磁阻感測器。 形成於MTJ裝置71上的複數個感測字元線S — WL與複數 個感測字元線S-WL交錯。磁性材料67係形成於感測字元線 S-WL的部分上。感測字元線s —WL與磁性材料…之間的絕 緣材料73 ’如氧化物，隔離感測字元線s — wl與磁性材料 6 7 ° 圖23b為一佈局圖，說明圖19b之磁阻感測器。 複數個感測字元線S—BL橫跨MTJ裝置91上形成的複數個 感測字元線S—WL。複數個強制字元線F—WL係平行形成於 87795 -26- 1234879 複數個感測字元線S-WL上。感測字元線s —WL與強制字一 線F — WL之間的絕緣材料93，如氧化物，隔離感測字元線 S —WL與強制字元線f_wl。

圖24為一圖表，說明使用圖19a之磁阻感測器的感測單元 陣列之範例。 A 在一項具體實施例中，使用該磁阻感測器的感測單元陣 列包括複數個字元線，其在一列方向上盥複 數個感測字元線S_WL_ i〜S_WL_m平行配置： 位元線S—BU〜s—BLn，其在-行方向上垂直於複數個= 線WL-1〜WL-m及複數個感測位元線S_WL_1〜S_WL m 配置。 — —— 複數個磁阻感測器100位於該等複數 S—乳—卜S_WL—m與該等複數個字元線WL—卜慨子―= 與該等複數個感測位元線S—BL1〜S-BLn交錯）之間。 磁阻感測器100包括一切換裝置τ、__MTJ裝置71及一磁 ί·生材料67。切換裝置τ具有連接至該感測位元線的一 汲極、連帛至該MTJ裝置71之一端子的源極以及連接至該 字元線WL的-閘極。肪裝置71的另—端子係連接至感測 字元線S-WL。MTJ裝置71藉由與磁性材料67的磁性耦合形 成一磁場Μ。 該等倾個感測位元線S_BL1〜S_BL_逐個連接至該 等稷數個感測放大器SA1〜SAn。言亥等複畫丈個感测放大器 SA卜SAn包括複數個參考電屢控制器iqi及1()2。當施加一 感測放大器致動信號SEN時’該等複數個感測放大器sai 87795 -27- 1234879 〜SAn比較從參考電壓控制器1〇1及ι〇2施加的參考電壓 REF與感測位元線s_BL1〜s_BLn之輸出信號，以輸出複數 個感測放大器輸出信號Sa—out。 參考電壓控制器101控制不同的參考電壓ref i i〜 REFJ—m，以將該等參考電麼輸出至一感測放大器s—μ—中。 參考电壓控制器102控制不同的參考電壓ref』j〜 REF_n_m，以將該等參考電壓偷一感測放大器s:中。 f個參考電壓卿係設定為具有不同的值，使得感測放大 & SAn可能具有不同的特徵。在使用磁阻感測器之感測單 元陣列中，血液成分的特徵係藉由不同位準的參考電壓 REF來作不同的分析。 如果一不同的偏壓電壓透過感測字元線s — 加於該 MTJ衣置7 1上’則與磁性材料67的磁性_合會感應一磁場 。MTJ裝置71感測磁阻的不同值（其取決於鄰近材料的磁化 率）以輸出不同的電流。如果切換裝置τ的閘極接收一字元 線WL電壓，則切換裝置τ開啟。因此，切換裝置丁將“以 I置7 1中所感測的不同電流輸出至感測位元線s_BL。 感測放大器SA比較並放大從感測位元線加的輸 出信號與參考電壓控制器1〇1及1〇2施加的輸出信號，以回 應感測放大器致動信號SEN，並輸出一感測放大器輸出信 號S A一OUT使用磁阻感測器之感測單元陣列的每列與每行 獲得不同成分的特徵。 圖25為說明使用磁性材料之磁阻感測器之感測單元陣列 的另一範例。 87795 -28 - 1234879 圖2 5之感測卓元陣列進一步包括複數個a / £)(類比/數位、 轉換器103及104,以及一DSP(數位信號處理器）1〇5。AD轉 換器103及104將從每個感測放大器SA所施加的類比信號 轉換成數位信號。DSP根據數位信號處理操作轉換從每個 A/D轉換器103及104施加的數位信號。此處，；QSP 1〇5設定 不同的參考電壓，以放大感測器的成分分析範圍。 圖26為說明圖1 9b所示之使用電流線之磁阻感測器的感 測單元陣列之一範例。 在使用磁阻感測器的感測單元陣列中，複數個字元線 WL—1〜WL-m係在一列方向上平行於複數個感測字元線 S—WL—1〜S—WL—m及複數個強制字元線匕肌」〜 F — WL—m配置。在一行方向上，複數個感測位元線 〜S—BLn係垂直於複數個字元線wl—1〜WL—m、複數個感 測字元線S —WL—1〜S —WL一m及複數個強制字元線f_WLj 〜F —WL—m配置。 複數個磁阻感測器11 〇係位於複數個字元線〜 WL一m與該等複數個感測字元線S — WL—1〜S一WL—m(其與複 數個強制字元線F—WL一 1〜F—WL—m及複數個感測位元線 S 一 BL1〜S—BLn交錯）之間。 磁阻感測器11 〇包括一切換裝置丁、一 MTJ裝置91及一電 流線87。切換裝置τ具有連接至該感測位元線S—BL的一汲 極、連接至該MTJ裝置9!之一端子的源極以及連接至該字 元線WL的-間極。該而裝置91的另一端子係連接至感測 字疋線S — WL。MTJ裝置91藉由與電流線87的磁性耦合形成 87795 -29- 1234879 一磁，M°此處’電流線87係連接至強制字元線F WL，用 彳丨便感應—磁場。電流控制器 拴制ί、應至強制字元線F—WL的電流。 為了在電流線87周圍形成一 S—BL中的電流量，並固定強制字二…感測位兀線 、里亚固疋強制子70線F—WL的電流量。而 且，固定感測位元線s BL中的電流量 中的電㈣。— 錢㈣制字元線 該等複數個感測位元線s_BL1〜s_BUi係㈣連接至複 數個感測放大器SA ；!〜SAn。該等複數個感測放大器^〜 SA:包括複數個參考電壓控制器112及ιΐ3。當施加_感測放 大器致動信號SEN，該等複數個感測放大器SAi〜比較 來自感測位元線S_BL1〜S_BLn的輸出信號與從參考電壓 控制器112及113施加的參考電M REF，以輸出感測放大器 輸出信號SA_OUT。 苓考電壓控制器112接收參考電壓REFj」〜REF 1 ^ 及感測放大器致動信號SEN，以輸出感測放大器輸出信號 SA—OUT。參考電壓控制器11 3接收參考電壓ref n 1〜 REF一η一m及感測放大态致動^號sen，以輸出感測放大写 輸出信號SA—OUT。此處，每個參考電壓REF係設定為具有_ 不同的值，使得感測放大器SA可具有不同的特徵。在使用 磁阻感測器之感測單元陣列中，血液成分的特徵係藉由不 同位準的參考電壓REF來作不同的分析。 在一項具體實施例中，如果不同的偏壓電壓透過感測字 元線S — WL施加於MTJ裝置9 1，且強制字元線電壓透過電济 87795 -30- 1234879 線87施加，則磁性耦合會感應1場。mtj裝置”感測磁 阻的不同值（其取決於鄰近材料的磁化率）以輸出不同的兩 流。如果切換裝置τ的閘極接收—字元線WL電壓，則 換裝置T開啟，以將MTJ裝置91中所感測的不同電流輸出二 感測位元線S_BL中。 感測放大器SA比較並且放大從感測位元線S_BL施加的 輸出信號與從參考電壓控制器112及113施加的輸出信號， 以回應感測放大器致動信號S E N ’並輸出感測放大器輸出 信號SA_OUT。因此，使用磁阻感測器之感測單元陣列的每 列與每行獲得不同成分的特徵。 圖27為說明圖i外所示之使用電流線之磁阻感測器的感 測單元陣列之另一範例。 在一項具體實施例中，圖27之感測單元陣列進一步包括 複數個A/D(類比/數位）轉換器114及丨15，以及一 dsp(數位 信號處理器）116。A/D轉換器114及11 5將從每個感測放大器 SA所施加的類比信號轉換成數位信號。DSp u 6根據數位 # 5虎處理操作轉換從每個A/d轉換器1 1 4及1 1 5施加的信號 。此處’ DSP 1 1 6設定不同的參考電壓，以放大感測器的成 分分析範圍。 圖28為一成分分析圖，說明使用磁性材料之磁阻感測器 ’其取決於感測輸出值。 鄰近材料的成分係根據複數個感測字元線S_WL^_1〜 S_WL—m的偏壓電壓分離。在複數個感測位元線S__BL1〜 S_BLn中鄰近材料的成分係由複數個不同的參考電壓 87795 -31 - 1234879 REF 1〜REF n分离隹〇闲+ ^ . — — U此整個磁阻感測器之感測單元陣 列分離及分析鄰近材料的不同特徵。 圖29為-成分分析圖’說明使用電流線之磁阻感測器， 其取決於感測輸出值。 此處，鄰近材米斗的成分係根據複數個感㈣字元線Hi 〜S—WL—m的偏壓電壓分離。鄰近材料的成分係、根據複數個 強制字元線F—WL—1〜F—WL—_偏壓電壓分離。在複數個 感測位το線S一BL1〜S—BLn中鄰近材料的成分係由複數個 不同的參考電壓11奸一1〜11奸一11分離。因此，整個磁阻感測 器之感測單元陣列分離及分析鄰近材料的不同特徵。 圖3 0為呀序圖，說明使用磁性材料之磁阻感測器的感 測單元陣列之讀取操作。

S —日守間間隔tl開始時，字元線wl、感測字元線s_WL 、感測位元線S一BL及參考電壓REF啟動。MTJ感測器71中 所感測的不同磁阻值係透過感測位元線S_BL輸出至每個 感測放大器SA。 在一時間間隔t2，如果啟動感測放大器致動信號SEN，則 放大感測放大器S A中所感測的不同磁阻值，並輸出感測放 大器輸出信號SA—OUT。因此，血液成分分析構件分析感測 單元陣列所輸出的每個感測放大器輸出信號SA_〇UT，以分 析鄰近材料的成分。 在一時間間隔t3中，字元線WL、感測字元線s_WL、感 測位元線S—BL及參考電壓REF停用。感測放大器致動信號 SEN停用，並且操作停止。 87795 1234879 圖3 1為日寸序圖’說明使用電流線之磁阻感測器的感測 單元陣列之讀取操作。 在一時間間隔tl中，啟動字元線WL、強制字元線F — WL 、感測字71：線s —WL、感測位元線s—BL及參考電壓REF。 MTJ感測器91中所感測的不同磁阻值係透過感測位元線 S-BL輸出至每個感測放大器SA。 在、守間間卩同t2，如果啟動感測放大器致動信號，則 放大感測放大器SA中所感測的不同磁阻值，並輸出感測放 大器輸出信號SA__。因此，血液成分分析構件分析感測 單元陣列所輸出的每個感測放大器輸出信號SA—〇υτ，以分 析鄰近材料的成分。 在一時間間隔t3中，字元線WL、強制字元線F —机、感 測字元線S —WL、感測位元線s一BL及參考電壓ref停用。然 後，感測放大器致動信號SEN停用，並且操作停止。 接著，將參考圖32a至45說明根據本發明之一第三項具體 貫施例之巨磁阻感測器以及使用其之感測單元陣列。 圖32a至32c為結構圖，說明根據本發明之一項具體實施 例之使用磁性材料的巨磁阻感測器。 圖32a為一斷面圖，說明使用磁性材料之巨磁阻感測哭。 在一項具體實施例中，該巨磁阻感測器包括一切換裝置 、一 GMR裝置132、一感測字元線133以及一強制磁性材料 128 ° 此處，該GMR裝置丨32包括一自由強磁性層丨以、一導帝 電阻器130及一固定強磁性層13 !。 87795 -33- 1234879 該切換裝置包括一NMOS電晶體。該NMOS電晶體包括/ 及極1 20，其透過一接點線1 23連接至一感測位元線1 26 ;該 切換裝置中連接至一字元線125的一閘極122 ;以及透過一 接點線1 2 4連接至導電電阻器1 3 0之一部分的一源極12 1。〆 感測字元線1 3 3係形成於導電電阻器1 3 〇之另一部分上。 该裝置係由一氧化物保護層1 3 4加以絕緣。一阻障導電層 1 2 7係形成於該感測線1 2 6下方。 圖32b為一平面圖，說明使用磁性材料之巨磁阻感測器。 GMR裝置132係形成於感測位元線126上，且磁性材料128 係形成於GMR裝置132上。

圖32c為一斷面圖，說明使用磁性材料之巨磁阻感測器。 參考圖32c，藉由一磁性材料128與自由強磁性層Kg之間 的磁性耦合形力一磁場。整個裝置係纟氧化物#護層IB 加以絕緣。因此，施加於感測字元線133上的電壓之變化所 感應的磁場之尺寸得到改變。 在該巨磁阻感測器中，由永久磁體所組成的磁性材料⑵ 在自由強磁性層129與磁性材料128之間感應—磁場< 值可測量取決於磁場上所形成的磁性材料成分的不同磁阻 圖33a及33b為圖表 徵0 說明圖32之巨磁阻感測器 的操作特 斤丁田巨磁阻感測器的鄰近磁性材料 — ，自由強磁性層129呈右 #丨AA 十马工軋 π具有一較小的磁性密度，因# 較小的磁化率。因此， ”、、工虱具 所喊不的磁阻較小。然而，如圖3. 87795 -34 - 1234879 所不，當巨磁阻感測器的鄰 時，自由強磁性層129__ = ==_㈣（血液） 有-較大的磁化率。因：，二性密度，因為血液具 千囚此，所顯不的磁阻較大。 圖34a及34b為圖表，說明成分分離，其取決於㈣之巨 磁阻感測器之感測字元線電壓的變化。 當一感測電壓施加於一咸、、目今一 Μ — 感測子兀線133,血液成分離始從 -“測字το線133電壓按其極化特徵緩慢分離，如圖… 所不。如圖糾所示，血液成分以—較高感測字元線⑴電 屡中的較大頻譜分離。 在自由強磁性層129與磁性材料128之磁性轉合所形成的 磁’會感測到不同的磁阻值，因為鄰近磁性材料的磁 ^量密度有區別。血液成分分析構件在巨磁阻感測器中測 量不同的感測電阻值，以便量化地分析血液成分。 Q 3 5 a及3 5 b為圖表’ s兒明根據本發明之一項具體實施例 之使用強制字元線的一巨磁阻感測器。 在一項具體實施例中，該巨磁阻感測器包括一切換裝置 、一 GMR裝置152、一感測字元線153以及一強制字元線 148 〇 该GMR裝置152包括一自由強磁性層149、一導電電阻器 150及一固定強磁性層15ι。 該切換裝置包括一 NMOS電晶體。該NM〇S電晶體包括一 没極140,其透過一接點線143連接至一感測位元線146;連 接至一字元線145的一閘極142 ;以及透過一接點線144連接 至導電電阻器150之一部分的一源極14卜一感測字元線153 87795 -35 - 1234879 係形成於導電電阻器150之另一部分上。 整個裝置係由一氧化物保護層154加以絕緣。一阻障導電 層14了係形成於該感測位元線146下方。 电 圖35b為一斷面圖，說明使用強制字元線之巨磁阻感測器。 苓考圖35b’自由強磁性層149與GMR裝置152之強制字元 線148之間的磁性耦合在強制字元線148周圍形成一磁場。 i们衣置係由一氧化物保護層j 54加以絕緣。因此，施加於 制子元線1 48上的電流之幅度在強制字元線1 48周圍感應 的磁場之尺寸得到改變。 " 在巨磁阻感測器中，自由強磁性層149與強制字元線148 (由電流源所組成）之間的磁性耦合在強制字元線MS周圍 感應-磁場。因此，可測量取決於磁場上所形成的磁性材 料成分的不同磁阻值。 圖36a及36b為圖表，說明圖35之巨磁阻感測器的 徵。 如圖36a所不，當巨磁阻感測器的鄰近磁性处 :自由強磁性層149具有一較小的磁性密度，因為 較小的磁化率。因此，所顯示的磁阻較小。然而，如圖祕 所示，當巨磁阻感測器的鄰近磁性材料為生物材料(血液） 時’自由強磁性層149具有一較大的磁性密度，因為血液呈 有一較大的磁化率。因此，所顯示的磁阻較大。 圖37:與37b為圖表，說明成分分離，其取決於圖35之使 用強制字元、綠F—WL的巨磁阻感測器的強制字机兩

壓的變化。 — I 87795 -36- 1234879 當一感測電壓施加於一強制字元線丨4 8，血 -低強制字元、線U8電壓按其極 ：纟分離始從 所示。一所示，血液成分以… 壓中的較大頻譜分離。 干凡線148電 因此，在自由強磁性層149與強制 J 丁几深1 4 8之間的絲Μ II合所形成的一磁場中，根據強制字 卞凡、、果1 4 8之電壓信所區 分的鄰近磁性材料的磁化密度残 ^ 又；測不冋的磁阻值。血液成 分分析構件在巨磁阻感測器中測詈 彳里不同的感測電阻值，以 便量化地分析血液成分。 圖38及39為圖表，說明根據本發明之_項具體實施例之 使用一巨磁阻感測器的感測單元陣列。 在使用巨磁阻感測器之感測單元陣列中 WL」〜係在列方向上平行於複數個感測字= S_WL—卜S_WL_m配置。在一行方向上，複數個感測位元 線S—BL1〜S—BLn係垂直於複數個字元線WL—丨〜WL—m及 複數個感測字元線S —WL—1〜S —WL—m配置。 該等複數個感測字元線S_WL_丨〜s_WL_m逐個地包括複 數個感測字元驅動器161。該等複數個感測字元線 S — WL驅動器1 6 1對應地將不同的電壓偏壓施加於複數個感 測字元線S_WL上。 複數個巨磁阻感測器1 60位於該等複數個字元線WL 1〜 WL_m、該等複數個感測字元線s —WL—1〜S —WL—m及該等 複數個感測位元線S—BLl〜S_BLn之間。 磁阻感測器160包括一切換裝置T、一 GMR裝置132及一磁 87795 -37- 1234879 性材料1 2 8。 切換I置T具有連接至該感測位元線g_BL的一汲極、連 接至該GMR裝置132之一端子的源極以及連接至該字元線 WL的一閘極。該GMR裝置132的另一端子係連接至一感測 字元線S —WL。GMR裝置132藉由與磁性材料128的磁性耦合 形成一磁場Μ。 孩專複數個感測位元線S—BL1〜S—BLn係逐個連接至複 數個感測放大器SA1〜SAn。當施加一感測放大器致動信號 SEN時，該等複數個感測放大器SA1〜SAn比較並放大來自 感測位元線S—BL1〜S—BLn的輸出信號與參考電壓REF，以 輸出感測放大器輸出信號SA_〇UT。 :個參考電壓REF係設定為具有不同的值，使得感測放 大裔可旎具有不同的特徵。在使用磁阻感測器之感測單元 陣列中，血液成分的特徵係藉由不同位準的參考電壓 來作不同的分析。 在感測單元陣列中，當不同的偏壓電壓透過感測字元線 S 一 WL施加於GMR裝置132時，與磁性材料128的磁性耦合會 感應一磁場。GMR裝置132感測不同的磁阻值（其取決於鄰 近材料的磁化率）以輸出不同的電流。如果切換裝置τ的閘 極接收-字兀線WL電壓，則該切換裝置丁開启欠，以將gmr 裝置Π2中所感測的不^電流輸出至感測位元線s_b^。 感測放大器SA比較並放大參考電壓㈣與從感測位元線 S—BL所施加的輸出信號，以回應感測放大器致動信號㈣ ’以便輸出感測放大器輸出信號SA—〇UT。因此，使用磁阻 87795 -38- 1234879 感測器之感測單元陣列的每列與每行獲得不同成分的特徵。 圖3 9為一圖表’說明根據本發明之一項具體實施例之使 用一強制字元線的巨磁阻感測器的一感測單元陣列。 在使用磁阻感測器的感測單元陣列中，複數個字元線 WL—1〜WL—m係在一列方向上平行於複數個感測字元線 S — WL_1〜S—WL—m及複數個強制字元線F—WLj〜 F—WL—m配置。在一行方向上，複數個感測位元線 〜S—BLn係垂直於遠等複數個字元線wl—1〜WL—m、該等 複數個感測字元線S — WL—1〜S一WL_m及該等複數個強制字 元、線F — WL—l〜F — WL一m酉己置。 該等複數個感測字元線S —WL—1〜S一WL —m包括複數個感 測字tl線S — WL驅動器1 7卜該等複數個感測字元線s — 動态1 7 1將不同的電壓偏壓施加於複數個感測字元線S_W]L 上。 複數個巨磁阻感測器1 7〇係位於複數個字元線〜 WL—m、該等複數個感測字元線s —WL—丨〜S — WL—㈤、複數 個強制字元線F—WL—1〜F_WL — m及複數個感測位元線 S一BL1 〜S —BLn之間。 巨磁阻感測态1 7〇包括一切換裝置τ、一 GMR裝置1 52 以及一強制字元線1 4 8。 切換衣置τ具有連接至該感測位元線S—BL的一汲極、連 接至該GMR裝置152之一端子的源極以及連接至該字元線 WL的一㈣。該GMR裝置152的另—端子係連接至感測字 疋線S — WL。GMR裝置152藉由與強制字元線148的磁性輕合 87795 -39- 1234879 形成一磁墙Μ。 強制字元線148係連接至強制字元線F-WL控制器173，其 配置用於控制強制字元線F—WL驅動器1 72與強制字元線 1 48的電流，用於供應強制字元線電壓，以感應一磁場。 為了在強制字元線148周圍形成一磁場，需改變感測位元 線S—BL中的電流量，並固定強制字元線F—WL的電流量。 而且，固定感測位元線S—BL中的電流量，並改變強制字元 線!7^…^中的電流量。 該等複數個感測位元線S-BL1〜s—BLn係逐個連接至複 數個感測放大器S A 1〜S An。當施加一感測放大器致動信號 sen時，該等複數個感測放大器SA1〜SAn比較並放大參考 電壓REF與來自感測位元線s—BL1〜s—BLn的輸出信號，以 輸出感測放大器輸出信號s Α—〇υτ。每個參考電壓ref係設 定為具有不同的值，使得感測放大器SA可能具有不同的= 徵。 亦即，在使用巨磁阻感測器之感測單元陣列中，血液成 刀的特徵係藉由不同位準的參考電壓REF來作不同的分析。 在-項具體實施例中，如果不同的偏壓電壓透過感測位 元線S —WL施加於GMR裝置152上，且透過強制纟元線⑷ 施加強值字元線電壓，則磁_合會感應一磁場。裝 置152感測不$的磁阻值(其取決於鄰近材料的磁化率)： =不^的電流。如果切換裝置τ的閘極接收-字元線乳 電昼，則該切換裝置丁開啟，以將GMR裝置152中所感測的 不同電流輸出至感測位元線中。 心、 87795 -40- 1234879 感測放大為S A比較並放大參考電壓REF與從感測位元線 S—BL所施加的輸出信號，以回應感測放大器致動信號⑽ 使用巨磁阻感測器之感測單元陣列的每列與每行 獲付不同成分的特徵。 圖為佈局圖，說明根據本發明之一項具體實施例之 使用一磁性材料的巨磁阻感測器的-感測單元陣列。 複數個感測位元線S—BL與複數個感測字元線S—乳交錯 。磁性材料128係形成於GMR裝置132上。 圖41為—佈局圖，說明根據本發明之-項具體實施例之 使用一強制字元線的感測單元陣列。 複數個感測位元線S_BL與複數個感測字元線s机及複 數個強：字元線f_wl交錯。在複數個gmr裝置i52，複數 们強制子70線f—Wl係平行於複數個感測字元線S—乳配置。 θ '成刀刀析圖，說明根據本發明之一項具體實施 例，使用磁性材料的巨磁阻感測器的—感測單元陣列。 郇近材料的成分係藉由複數個感測字元S_WL_1〜 ~ #偏壓電壓分離。在複數個感測位元線⑴〜 奸=中鄰近材料的成分係由複數個不同的參考電壓 〜REF_n分離。因此，鄰近材料的不同特徵可在整個 巨磁阻感測器之感測單元陣列中分析。 例！：為—成分分析圖，說明根據本發明之-項具體實施 郑、斤用強制字元線的巨磁阻感測器的-感測單元陣列。 :广材料的成分係藉由複數個感測字元、WL 1〜 —J的偏壓電壓分離。複數個強制字^線F —乳」〜 87795 -41 - 1234879 F—WL—m中鄰近材料的成分係藉由F—WL驅動器172所調整 的強制字元線F_WL電壓來分離。在複數個感測位元線 S_BL1〜S_BLn中鄰近材料的成分係由複數個不同的參考 電壓REF_1〜REF__n分離。因此，鄰近材料的不同特徵可在 整個巨磁阻感測器之感測單元陣列中分析。 圖44為一時序圖，說明根據本發明一項具體實施例之使 用一巨磁阻感測器的感測單元陣列之讀取操作。 當一時間間隔tl開始時，字元線WL、感測字元線s_WL 、感測位元線S-BL及參考電壓REF啟動。GMR感測器132 中所感測的不同磁阻值係透過感測位元線S_BL輸出至每 個感測放大器SA。 在一時間間隔t2 ’如果啟動感測放大器致動信號sen，則 放大感測放大器S A中所感測的不同磁阻值，並輸出感測放 大裔輸出信號SA一OUT。因此，血液成分分析構件分析來自 感測單元陣列的感測放大器輸出信號S a一OUT，以分析鄰近 材料的成分。 在一時間間隔t3中，字元線WL、感測字元線s WL、感 測位元線S—BL及參考電壓REF停用。感測放大器致動信號 S E N停用’並且操作停止。 圖45為-時序圖’說明使用—強制字元線之巨磁阻感測 器的感測單元陣列之讀取操作。 在-時間間隔u中，啟動字元線WL、強制字元線f机 、感測字元線S—WL、感測位元線S_BL及參考f壓娜。圖 感測态1 5 2中所感測的不同磁阻值传洁

乐透過感測位元線S_BL 87795 -42- 1234879 輸出至感測放大器SA。 在一時間間隔t2,如果啟動感測放大器致動信號sen，則 放大感測放大器SA中所感測的不同磁阻值，並輸出感測放 大器輸出信號SA_〇UT。因此，血液成分分析構^分=來自 感測單元陣列的感測放大器輸出信號SA_〇UT，以分析鄰近 材料的成分。 在一時間間隔t3中，停用字元線WL、強制字元線f—低 、感測字元線S —WL、感測位元線s—BL及參考電壓ref。感 測放大器致動信號SEN停用，並且操作停止。 接著，將參考圖46a至55說明根據本發明之一第四項具體 實施例之磁化孔偵測感測器以及使用其之感測單元陣列。 圖46a與46b為結構圖，說明根據本發明之一項具體實施 例的磁化孔偵測感測器。 在一項具體實施例中，磁化孔偵測感測器包括一電流線 18〇、一自由強磁性層181及MTJ (GMR)裝置185。電流線18〇 接收琶概以形成一感應磁場。自由強磁性層1 8 1係形成於 電流線1 80之一部分上。MTJ(或GMR)裝置丨85係形成於電流 線180之另一部分上。 此處裳置185包括一自由強磁性層M2、一穿隧接 面層1 83及固定強磁性層1 84。當一預定電流施加於電流 線1 8 0日可 感應磁場係透過自由強磁性層1 8 1及1 8 2與其間 的鄰近材料形成於電流線1 80周圍。 如圖46a所示，當兩個自由強磁性層181與182之間有高磁 化率的材料日可，自由強磁性層1 8 1及1 8 2具有一高磁通量密 87795 -43 - 1234879 度。因_此，感應磁場的尺寸顯示為較大。另—方面，如圖 _所示，當兩個自由強磁性層⑻與⑻之間有低磁化率的 材枓時’自由強磁性層1δ1及182具有—低磁通量密度。因 此，感應磁場的尺寸顯示為較小。 因此，在MTJ(或GMR)裝置丨85之自由強磁性層182之磁場 線中使用中間鄰近材料的磁化率（根據鄰近材料的成分區 分）可獲得磁阻的變化值。 及47bg ~斷面圖及平面目，說明根據本發明之一 項具體實施例之使用Μτ;裝置的磁化孔偵測感測器。 在一項具體實施例中，磁化孔偵測感測器包括—切換裝 置、一電流線180、一自由強磁性層181及一 MTJ裝置185。 ，流線18G接收—強制字元線電流，以將-磁場感應於MTJ 裝置185之自由強磁性層182上。此處，mtj裝置185包括一 自由強磁性層182、一穿隧接面層183及一固定強磁性層184 。一阻F导導電層186係形成於自由強磁性層182上。 感測子元線187係形成於MTJ裝置185之固定強磁性層 1 84上。整個裝置係由一氧化物保護層i 88隔離。一具有預 定尺寸的感測孔189係形成於自由強磁性層181與MTJ裝置 185之間。鄰近材料的成分係曝露於感測孔189中。 该切換裝置T包括一 NMOS電晶體。該NMOS電晶體具有 一沒極1 90 ’其透過一接點線193連接至一感測位元線1 % ，連接至一字元線1 95的一閘極丨92 ;以及透過一接點孔1 94 連接至阻障導電層186的一源極191，該阻障導電層186形成 於該MTJ裝置185下方。 87795 -44- 1234879 圖48為一圖表，說明根據本發明一項具體實施例之使用 磁化孔偵測感測器的感測孔1 8 9類型。 在項具體貫施例中，一水平方向係設定為變數，其取 决於自由強磁性層丨8丨與丨82之間的距離，且一垂直方向係 設定為變數，其取決於自由強磁性層181與182的面積s。因 郝近材料的成分尺寸可根據自由強磁性層1 8 1與1 之 間的距離予以分離’ ^與鄰近材料之尺寸對應的成分量可 根據自由強磁性層Μ!與l82之間的面積進行量化地分析。 圖&及49b為圖表，說明磁化率的變化，其取決於根據 本毛明之一項具體實施例之使用mtj裝置丨85的磁化孔偵 測感測器之感測孔1 89的尺寸。 、 如圖49a所不’當自由強磁性層丨81與182之間的距離較短 τ感測孔1 89的尺寸變得較小。&寸大於感測孔⑻的鄰 近材料之成分無法滲透進感測孔189。因此，藉由感測曝露 於感測孔1 89中的鄰近材料i 97之磁化常數u，可感測尺寸較 小的鄰近材料197的成分。 如圖49b所示，者白 、 吓丁田自由強磁性層181與182之間的距離較長 時’感測孔189的尺寸變得較大。尺寸小於感測孔189的鄰 近材料之成分可滲透進感測孔189。因此，藉由感測曝露於 感測孔189中的鄰近材料197之磁化常數U，可感測尺寸較大 的鄰近材料1 9 7的成分。 圖5〇a及5〇b為結構圖’說明根據本發明之一項具體實施 例之使用- G M R裝置的磁化孔債測感測器。 、 在-項具體實施例中，磁化孔制感測器包括—爾 87795 -45 · 1234879 置、一電流線200、一自由強磁性層2〇1及一 GMR裝置205 。電流線200接收強制字元線電流，以將一磁場感應於一自 由強磁性層202上。此處，GMR裝置205包括一自由強磁性 層202、一感測導電層203及一固定強磁性層204。 一感測字元線206係形成於GMR裝置205之固定強磁性層 2 〇 4。整個I置係由一氧化物保護層2 0 7加以絕緣。一具有 預疋尺寸的感測孔2〇8係形成於自由強磁性層2〇1與GMR裝 置205之間。欲感測之鄰近材料的成分係曝露於感測孔2〇8 中〇 該切換裝置包括一 NMOS電晶體。該NMOS電晶體具有一 及極209 ’其透過一接點線2丨2連接至一感測位元線2丨5 ;連 接至一子元線2 1 4的一閘極2 11 ;以及透過一接點線2丨3連接 至該GMR裝置205之感測導電層203的一源極210。 圖5 1 a及5 1 b為圖表，說明磁化率的變化，其取決於圖$ 〇 之使用GMR裝置205的磁化孔偵測感測器之感測孔的尺寸。 如圖51a所示，當自由強磁性層2〇丨與2〇2之間的距離較短 日守’感測孔208的尺寸變得較小。尺寸大於感測孔2〇8的鄰 近材料之成分無法滲透進感測孔2〇8。因此，藉由感測曝露 於感測孔208中的鄰近材料217之磁化常數u，可感測尺寸較 小的鄰近材料2 1 7的成分。 如圖51b所示，當自由強磁性層2〇1與2〇2之間的距離較長 時，感測孔208的尺寸變得較大。尺寸小於感測孔2〇8的鄰 近材料之成分可滲透進感測孔2〇8。因此，藉由感測曝露於 感測孔208中的鄰近材料217之磁化常數u，可感測尺寸較大 87795 -46- 1234879 的鄰近材料2 1 7的成分。 圖52為-圖表，說明根據本發明一項具體實施例之使用 一磁化孔Ϊ貞測感測盗的感測單元陣列的一範例。 在使用磁化孔感測器的感測單元陣列中’複數個字元線 WLJ〜WL_m係在-列方向上平行於複數個強制字元線 F_wLj〜F_WL—m及複數個感測字元線s机置〜 S-WL_m配置。在—行方向上，複數個❹|!位切S_BL1 〜S_BLn係垂直於複數個強制字元 一 - r_WL_m ^ 複數個感測字元線S WL 1〜S WT m， 一 一 J 、WL—m &不旻數個字元線 WL—1〜WL—m配置。 複數個磁化孔偵測感測器22〇係位於複數個強制 F—WL—1〜F—WL—m、複數個感測字元線S —WL J〜、W]L m 、複數個字元線WL—1〜WL—讀複數個感測位元線s—⑴ 〜S—BLn之間。 — 一磁化孔偵測感測器2 2 〇包括一切換裝置τ、_感測器s 及用於感應一磁場的一電流線L。此處，感測器s可為一 Μ 丁 j 或GMR裝置。 切換裝置T具有連接至該感測位元線、61^的—汲極、連 =至该感測器S之-端子的源極以及連接至—字元線WL的 閘極。该感測器s的另-端子係連接至感測字元線s—wl。 電流線L的一端子與強制字元線F_WL連接，而另二端子 :與複數個電流調整器cc」〜cc_m分別連接。連接於電 流線L與一接地電壓端子之間的複數個電流調整器cc將用 於產生一感應磁場的電流施加於電流線L·上。 87795 -47- 1234879 該等複數個感測位元線s_BL1〜s_BLni€個連接至複數 個感測放大器SA1〜SAn。複數個感測放大器sai〜…接 收複數個參考電壓REF」〜REF—㈣及複數個感測放大器 致動“虎SEN ’以輸出感測放大器輪出信號SA—OUT。此處 ，該等複+數個參考電墨REF—丨〜REF—n之每一個均具有不同 的茶考電壓值。亦#，在使用磁化孔㈣感測器之感測單 凡陣列中，血液成分的特徵係藉由不同位準的參考電壓 REF來作不同的分析。 土 如果致動字元線WL，則切換裝置τ開啟。因此，根據感 測态S中所感㈣的磁通量密度，不同的電流值係冑出至感測 位元線S—BL中。 感測放大器S A根據感測放大器致動信號SEN放大從感測 位兀線S—BL施加的電流，以輸出感測放大器輸出信號 SA一OUT。因此，使用磁化孔偵測感測器之感測單元陣列的 每列與每行獲得不同成分的特徵。 圖53為一圖表，說明使用一磁化孔偵測感測器的一感測 單元陣列之另一範例。 在圖5 3之感測單元陣列中，一感測位元線S—B乙係連接至 複數個感測放大器SA1〜SAm。一感測位元線s—BL·係連接 至複數個感測放大器S A1〜S Am，其對應地接收複數個不同 的參考電壓REF_1〜REF_m。 來自複數個感測放大器SA1〜SAm的複數個感測放大器 輸出信號SA一 OUT係輸出至編碼器22丨及222,並經過編碼用 於分析其中鄰近材料的成分。 87795 -48- 1234879 圖54為一成分分析圖’說明磁化孔偵測感測器，其取決 於感測早元陣列的感測輸出值。 感測孔189及208係位於複數個感測字元線、WL與複數 個感測位元線S—BL之間。鄰近材料的成分係根據比較感測 位元線S—BL的輸出值與不同的參考電壓REF予以分離。因 此，在使用磁化孔偵測感測器之感測單元陣列中，可分離 及分析鄰近材料的不同特徵。 圖55為一時序圖，說明根據本發明一項具體實施例之使 用一磁化孔偵測感測器的感測單元陣列之讀取操作。 在一時間間隔ti中，啟動字元線WL、感測字元線s—WL 、強制字元線F —WL、感測位元線S—BL及參考電壓REF。接 著，感測器s中所感測的不同輸出值透過感測位元線s_bl 輪出至每個感測放大器S A。 在一時間間隔t2中，如果啟動感測放大器致動信號SEN ，則比較並放大感測放大器S A中所感測的不同輸出值與參 考黾壓REF，且輸出感測放大器輸出信號sa—out。因此， 血液成分分析構件分析來自感測單元陣列的每個感測放大 為輸出1吕號SA—OUT，以分析鄰近材料的成分。 在一時間間隔t3中，停用字元線WL、感測字元線s —WL 、強制子元線F—WL、感測位元線S —BL及參考電壓ref。感 測放大器致動信號SEN停用，並且操作停止。 接者’將參考圖5 6至6 4說明根據本發明之一第五項具體 實施例之介電常數感測器以及使用其之感測單元陣列。 圖56為一圖表，說明根據本發明之一項具體實施例的一 87795 -49 - 1234879 介電常數感測器。 在一項具體實施例中，介電常數感測器包括一切換裝置τ 及一感測電容器s_c。 該切換裝置T包括一 NMOS電晶體。該NMOS電晶體具有 連接至一感測位元線S—BL的一汲極、連接至一字元線wl 的一閘極，以及連接至感測電容器s—c之一第二電極的一源 極。感測電容器S — C之一第一電極係連接至一感測板線 S一 PL。因此，根據感測電容器s — c的電容偵測到感測位元 線S-BL之不同的感測電壓。 圖57a及57b為斷面圖及平面圖，說明根據本發明之一項 具體實施例的介電常數感測器。 在一項具體實施例中，- NM0S電晶體具有透過接點線 233連接至一感測位元線236的一汲極23〇 ;連接至字 235的閘極232 ’以及連接至一片、目,亡一 、、 汉遲接至感測電容器之第二電極238 的一源極231。該感測電容器之一第一電極237係連接至一 感測板線s_PL。-感測孔240係形成於第一電極237與該感 測电合态之第一電極238之間。感測孔24〇對應於兩個電極 之間的距離以及感測電極的面積。而且，整個裝置係由一 氧化物保護層2 3 9加以絕緣。 在一介電常數感測器中，根撼笛 根據弟一電極237與第二電極 2 3 8之間的距離以及感測電極 位扪曲積形成感測孔240。欲咸 測之鄰近材料的成分係曝露於感測孔24〇中。 α 圖58為一圖表，說明根據 ig _ ^ ^ ^ ^ ^ ? X d之一項具體實施例之介 廷书數感測器的感測孔24〇類型。 87795 -50- 1234879 在—項具體實施例中，一 決於自由強磁性幻二 向係設定為變數’其取 μ —、 ▲ ^ 鉍23 8之間的距離，且一垂直方向係 “為交數’其取決於自由強磁性層237與238的面積S。因 此，鄰近材料的成分尺寸可根據自由強磁性層聊取 間的距離予以分離，且與鄰近材料之尺寸對應的成分量可 根據自由強磁性層237與23δ之間的面積s進行量化地分析。 圖59a及59b為圖表，說明介電常數的變化，其取決於根 據本兔明之-項具體實施例的介電常數感測器之感測孔 尺寸。 如圖59a所示，當自由強磁性層237與叫之間的距離較短 時，感測孔240的尺寸變得較小。〖寸大於感測孔24〇的鄰 近材料之成分無法滲透進感測孔24q。因此，藉由感測曝露 於感測孔2 4 G中的鄰近材料之介電ff，彳感測尺寸較小 的鄰近材料241的成分。 如圖59b所示，當自由強磁性層237與238之間的距離較長 時，感測孔240的尺寸變得較大。尺寸小於感測孔24〇的鄰 近材料241之成分可滲透進感測孔24〇。因此，藉由感測曝 露於感測孔240中的鄰近材料241之介電常數^可感測尺寸 較大的鄰近材料的成分。 圖60為一圖表，說明根據本發明一項具體實施例之使用 介電常數感測器的感測單元陣列的一範例。 在使用介電常數感測器之感測單元陣列中，複數個字元 線WL一 1〜WL一m係在列方向上平行於複數個感 S—PL一 1〜S—PL—m配置。在一行方向上，複數個感測 測板線 位元線 87795 -51 - 1234879 S—BLl〜S_BLn係垂直於複數個字元線wl—丨〜界乙爪及複 數個感測板線S—PL—1〜S—PL-ΐη配置。 複數個介電常數感測器250位於該等複數個字元線WL_1 WL_m、s亥等複數個感測板線s—pL—丨〜μ及該等複 數個感測位元線S — BLl〜S — BLn之間。 一介電常數感測器250包括一切換裝置丁與一感測電容器 S一C。切換裝置τ具有連接至該感測位元線、bl的一汲極、 連接至感測電容器S—c之一第二電極的一源極以及連接至 字元線WL的一閘極。感測電容器s—c之一第一電極係連接 至感測板線S_PL。

。亥#複數個感測位元線bl 1〜s — BLn逐個連接至複數 個感測放大器SA1〜SAn。複數個感測放大器SA1〜SAn接 收複數個參考電壓REF」〜REF—n以及複數個感測放大器 致動信號SEN，以輸出複數個感測放大器輸出信號SA_〇UT 。此處，該等複數個參考電壓REF—丨〜以郎―n之每一個均具 有不同的參考電壓值。 使用該介電常數感測器之感測單元陣列的每行使血液成 分可藉由具有不同位準之參考電壓REFJ〜REF — n分離並 進行不同分析。 如果致動字元線WL，則切換裝置T開啟，以將根據感測 電容為S一C之電容所感測的電壓輸出至感測位元線s—bl中。 感測放大器SA放大從感測位元線S-BL施加的感測電壓 ，以回應感測放大器致動信號SEN。感測放大器SA回應不 同的參考電壓REF輸出不同的感測放大器信號SA_〇UT。因 87795 1234879 此，使用介電常數感測器之感測單元陣列的每列與每行辞 得不同成分的特徵。 圖61為一圖表，說明根據本發明一項具體實施例之使用 介電常數感測器的感測單元陣列的另一範例。 在圖6 1之感測單元陣列中，一感測位元線S-BL係連接至 複數個感測放大器S A1〜S A m。每個感測放大器s a 1〜s a πι 對應地接收複數個不同的參考電壓REF J〜REF m。 來自複數個感測放大器SA1〜SAm的複數個感測放大器 輸出信號SA一OUT係輸出至編碼器221及222，並經過編碼用 於分析其中鄰近材料的成分。 圖62為一圖表，根據本發明之一項具體實施例說明一感 測位元線S—BL與一參考電壓rEF之間的關係。 複數個感測位元線S—BL1〜S—BLm輸出在一感測電容器 S 一C透過一切換電晶體τ感測的複數個感測電壓位準。複數 個感測放大器SA比較從複數個感測位元線s—BL1〜s_BLm 施加的複數個感測電壓位準與複數個不同得參考—電壓 REF —1〜REF—m，以決定哪些參考電壓位準ref—丨〜ref—❿ 對應於所感測的鄰近材料成分。 圖63為一成分分析圖，說明根據本發明之一項具體實施 例的介電常數感測器。 、複數们感測孔240係位於複數個感測板線、孔與複數個 感測位元線S 一 BL之Μ。鄰近材料的成分係根據比較感測位 兀線S—BL的輸出值與不同的參考電壓ref^以分離。因此 ’在使用介電常數感測器之感測單元陣列中，彳分離及分 87795 -53- 1234879 析鄰近材料的不同特徵。 圖64為一時序圖，說明根據本發明一項具體實施例之使 用一介電常數感測器的感測單元陣列之讀取操作。 在一時間間隔ti中，字元線WL、感測板線s_pL、感測位 元線S—BL及參考電壓REF啟動。在感測電容器s — c中所感測 的不同感測電壓值係透過感測位元線S—BL輸出至每個感 測放大器SA。然後，感測放大器SA比較並放大參考電壓ref 與透過感測位元線s—BLm輸入的感測電壓值。 在時間間隔t2，如果啟動感測放大器致動信號SEN，則 放大感測放大器S A中所感測的不同感測電壓值，然後輸出 感測放大器輸出信號SA—OUT。 夜成刀刀析構件分析來自感測單元陣列的每個感測放 大器輸出信號SA—_，以分析鄰近材料的成分。 、在d寺間間隔t3中，停用字元線WL、感測板線s—pL、感 測位疋線S—BL及茶考電壓REF。⑨測放大器纟動信號SEN 停用，並且操作停止。 1上所述，在感測單元陣列之一項具體實施例中，可在 才間内同日才分析鄰近材料的各種成分。亦即，可使 用生物感測态、化合物成分分析感測器及皮膚辨認感測器 以奈秒的時間位準分析鄰近材料的成分。 此外目為感測單元陣列的晶片尺寸較小，故可減少測 雖然本發明允許有各種修正 施例已藉由圖式中的範例顯示 及替代形式，但特定具體實 ，並在此處加以詳細說明。 87795 -54- 1234879 然後’應明白，本發明不限於 — 於所揭不的特定形式。相反地 ’本發明涵蓋所有修正、箄衅％彳 ^ 寺政物與替代，而且屬於隨附的 申請專利範圍所定義之本發明的精神與範脅内。 【圖式簡單說明】 圖u&lb為圖表，說明傳統MTJ裝置的操作原理。 圖2為一表格，說明取決於鄰近材料之成分與尺寸的磁化 率 〇 ’說明一傳統電容器的電容。 ，說明该常用電容器的一電壓傳輸特徵。 ，說明取決於鄰近材料之成分與尺寸的介電 圖3為一圖表 圖4為一圖表 圖5為一表格 常數。 图6及7為概心圖，其说明根據本發明之一項具體實施例 的一生物感測器以及使用其之—感測單元陣列。 圖8為一結構圖，說明根據本發明之一項具體實施例之使 用一 MTJ裝置的磁化對偵測感測器。 圖9a及9b為圖表，說明圖8之磁化對偵測感測器的操作特 徵。 圖l〇a及10b為圖表，說明成分分離，其取決於圖8之磁化 對偵測感測器之感測字元線電壓的變化。 圖11 a及11 C為結構圖，說明根據本發明之一項具體實施 例之使用一 GMR裝置的磁化對偵測感測器。 圖12a及12b為圖表，說明圖u之磁化對偵測感測器的操 作原理。 圖13a及13b為圖表，說明成分分離，其取決於圖u之磁 87795 -55- 1234879 化對偵測感測器之感測字元線電壓的變化。 圖1 4至1 6為圖表，說明根據本發明一項具體實施例之使 用一磁化對偵測感測器的感測單元陣列。 為成为分析圖，說明根據本發明之一項具體實施 例的磁化對偵測感測器。 圖18為4序圖，說明根據本發明一項具體實施例之使 用一磁化對偵測感測器的感測單元陣列之操作。 圖19a與19b為結構圖，說明根據本發明之一項具體實施 例的磁阻感測器。 圖20a及20b為圖表，說明圖19之磁阻感測器的操作特徵。 圖2U至22b為圖表，說明成分分離，其取決於圖19之磁 阻感測器之感測字元線電壓的變化。 圖23a及23b為佈局圖，說明圖19之磁阻感測器。 圖24至27為圖表，說明根據本發明之—項具體實施例之 使用磁阻感測器、的感測單元陣列的範例。 圖28及29為成分分析圖，說明根據本發明之—項具體實 施例的磁阻感測器。 且只 圖3 0及3 1為時序圖，說明根據本發明之一項具體實施 例之使用磁阻感測器的感測單it陣列的操作。 圖32a至32c為結構圖，說明根據本發明之一項且體實施 例之使用磁性材料的巨磁阻«n。 …、 圖33a及33b為圖主 马图表，說明圖32之巨磁阻感測器的操作特 徵。 圖34a及34b為m主 。表，說明成分分離，其取決於圖3 2之巨 87795 -56- 1234879 磁阻感測器之感測字元線電壓的變化。 圖3 5 a及3 5 b為圖表，說明根據本發明之一項具體實施例 之使用強制字元線的一巨磁阻感測器。 圖3 6a及3 6b為圖表，說明圖3 5之巨磁阻感測器的操作特 徵。 圖3 7a及3 7b為圖表，說明成分分離，其取決於圖35之巨 磁阻感測器之強制字元線電壓的變化。 圖3 8及39為圖表，說明根據本發明之一項具體實施例之 使用一巨磁阻感測器的感測單元陣列。 圖4 0及4 1為一佈局圖，說明根據本發明之一項具體實施 例之使用一巨磁阻感測器的感測單元陣列。 圖42及43為成分分析圖，說明根據本發明之一項具體實 知例之使用一巨磁阻感測器的感測單元陣列。 圖44及45為時序圖，說明根據本發明之一項具體實施例 之使用一巨磁阻感測器的感測單元陣列。 圖46a及46b為結構圖，說明磁化孔偵測感測器。 圖47a及47b為斷面圖及平面圖，說明根據本發明之一項 具體實施例之磁化孔偵測感測器。 圖48為一圖纟，說明根據本發明一項具體實施例之使用 一磁化孔债測感測器的感測孔類型。 圖49a及49b為圖表，說明磁化率的變化，其取決於根據 本發明之一項具體實施例之使用MTJ裝置的磁化孔偵測感 測器之感測孔的尺寸。 圖5 0a及5Ob為結構圖，說明根據本發明之一項具體實施 87795 -57· 1234879 例之使用一 GMRI置的磁化孔偵測感測哭。 圖5 la及5 lb為圖4，說明磁化率的變化，其取決於圖5〇 之磁化孔偵測感測器之感測孔的尺寸。 圖52及53為圖表，說明根據本發明_項具體實施例之使 用一磁化孔偵測感測器的感測單元陣列的範例。 Θ為成刀刀析圖，5兒明根據本發明之一項具體實施 例的磁化孔偵測感測器。 圖55為-時序圖’說明根據本發明—項具體實施例之使 用一磁化孔偵測感測器的感測單元陣列之讀取操作。 圖56為一圖表，說明根據本發明之一項具體實施例的一 介電常數感測器。 圖57a及57b為斷面圖及平面圖’說明根據本發明之一項 具體實施例的介電常數感測器。 圖58為一圖表，說明根據本發明之—項具體實施例之介 電常數感測器的感測孔類型。 图及59b為圖表，說明介電常數的變化，其取決於根 據本舍明之-項具體實施例的介電常數感測器的感測孔尺 寸0 囝及6 1為圖表，說明根據本發明之一項具體實施例之 使用-介電常數感測器的感測單元陣列。 圖62為一圖表，根據本發明之一項具體實施例説明一感 測位元線與一參考電壓之間的關係。 圖63為成分分析圖，說明根據本發明之一項具體實施 例的介電常數感測器。 87795 -58- 1234879 圖64為一時序圖，說明根據本發明一項具體實施例之使 用一介電常數感測器的感測單元陣列之讀取操作。 【圖式代表符號說明】 11 血液成分分析構件 31 MTJ裝置（磁性穿隧接面裝置） 27 感測字元線 38 GMR裝置 50、51 編碼 67 磁性材料 87 電流線 100 磁阻感測 101 、 102 參考電壓控制器 103 、 104 類比/數位轉換器 105 數位信號處理器（DSP) 208 感測孔 217 鄰近材料 87795 -59-

Claims (1)

1234879 拾、申請專利範圍： 1. 一種生物感測器，其包括： 一 MTJ(磁性穿隧接面）裝置，其包括一自由強磁性層 、一牙隨接面層及一固定強磁性層； 一切換裝置，其形成於該MTJ裝置之該固定強磁性層 下，並配置用於將該MTJ裝置中所感測的電流輸出至一 感測位元線中；以及 一感測字元線，其形成於該自由強磁性層上，用於 將不同的偏壓電壓施加於該MTJ裝置上， 其中當该固定強磁性層的一磁場穿透進入該自由強 磁性層中時，從該切換裝置所輸出的電流根據—磁通 量密度而變化，該磁通量密度取決於鄰近材料。 2·如申請專利範圍第1項之生物感測器，其進一步包括一 阻障導電層，該阻障導電層形成於該mtj裝置的該固定 強磁性層下方。 Λ 3·如申請專利範圍第2項之生物感測器，其中該 包括： 、衷置 一没極，其連接至該感測位元線； 一源極’其連接至該阻障導電層；以及 一閘極’其連接至一字元線。 4.如申凊專利範圍第1項之生物感測器，其進_步包括一 形成於該MTJ裝置上的氧化物保護層、該切換裝=及該 感測字元線。 & 〃 5· —種生物感測器，其包括： 87795 1234879 一 GMR(巨磁阻）裝置，其包括一自由強磁性層、—導 電電阻器及一固定強磁性層； 一切換裝置，其形成於該GMR裝置之該固定強礤性 層下，並配置用於將該GMR裝置中所感測的電流輪出 至一感測位元線中；以及 一感測字元線，其連接至該導電電阻器之一電極 用於將不同的偏壓電壓施加於該Gmr裝置， 其中當該固定強磁性層的一磁場穿透進入該自由強 磁性層中日寺，從該切換裝置所輸出的電流根據一磁通 量密度而變化，該磁通量密度取決於鄰近材料。 6. 7. 8. 其中該切換裝置 如申請專利範圍第5項之生物感測器 包括： 一沒極，其連接至該感測位元線； 以及 一源極，其連接至該導電電阻器的另一電極 一閘極，其連接至一字元線。 其進一步包括一 、該切換裝置及 如申請專利範圍第5項之生物感測器， 形成於該GMR裝置上的氧化物保護層 該感測字元線。 一種使用一生物感測器之感測單元陣列，其包括： 複數個感測字元、線，其與複數個字元線平行配置. 複數個感測位元線，其垂直於該等複數個感測 線及该寺複數個字元線配置； 複數個磁化對偵測感測器，其連接至該等複數 測字元線、㈣複數個字元線及該等複數個感測位; 87795 1234879 線，用於感測磁通量密度的不同值，該磁通量密度取 決於鄰近材料；以及 複數個感測放大器，其連接至該等複數個感測位元 線。 9.如申請專利範圍第8項之感測單元陣列，其中該等複數 個磁化對偵測感測器包括一或多個磁化對偵測感測器 ’其連接至該等複數個感測位元線之一相同感測位元 線。 10·如申請專利範圍第8項之感測單元陣列，其中該等複數 個磁化對偵測感測器之每個磁化對偵測感測器包括： 一切換裝置，其具有連接至一感測位元線的一汲極 以及連接至一字元線的一閘極；以及 一感測器，其具有連接至該切換裝置之一源極的一 弟 ^子以及連接至一感測字元線的一第二端子。 U_如申請專利範圍第8項之感測單元陣列，其中該等複數 個磁化對偵測感測器之每個磁化對偵測感測器包括： 裝置’其包括一自由強磁性層、一穿随接面層 及一固定強磁性層； 一第一切換電晶體，其形成於該MTJ裝置之該固定強 磁性層下方，並配置用於將該MTJ裝置中所感測的電流 輸出至一感測位元線中；以及 一感測字元線，其形成於該自由強磁性層上，用於 將不同的偏壓電壓施加於該MTJ裝置上， 其中當該固定強磁性層的一磁場穿透進入該自由強 87795 1234879 12. 13. 14. 15. 磁性層中時，從該第一切換電晶體所輸出的電流根據 —磁通量密度而變化，該磁通量密度取決於鄰近材料。 &申請專利範圍第11項之感測單元陣列，其進一步包 括一阻障導電層，該阻障導電層形成於該MTJ裝置的該 固定強磁性層下方。 如申請專利範圍第12項之感測單元陣列，其中該第一 切換電晶體包括： 一汲極’其連接至該感測位元線； 一源極，其連接至該阻障導電層；以及 一閘極，其連接至一字元線。 如申請專利範圍第1丨項之感測單元陣列，其進一步包 括形成於該MTJ裝置上的一第一氧化物保護層、該第一 切換電晶體及該感測字元線。 女申叫專利範圍第8項之感測單元陣列，其中該等複數 個磁化對偵測感測器之每個磁化對偵測感測器包括： GMRI置，其包括一自由強磁性層、具有一第一 與第二電極的一導電電阻器及一固定強磁性層； 、第切換龟曰曰體，其形成於該GMR裝置之該固定 強磁f生層下方’用於將該GMR裝置中所感測的電流輸 出至一感測位元線中；以及 u子兀線，其連接至該導電電阻器之一電極 用於將不同的偏壓電壓施加於該gmr裝置， 其中當該固定強磁性屛^ ^ ^ 性層的一磁場線穿透進入該自 強磁性層中時，從該第二雜 換私日日脰所輸出的電流 87795 -4- 1234879 據一磁通量密度而變化，該磁通量密度取決於鄰近材 料。 16_如申請專利範圍第1 5項之感測單元陣列，其中該第二 切換電晶體包括： 一汲極，其連接至該感測位元線； 一源極，其連接至該導電電阻器的另一電極；以及 一閘極，其連接至一字元線。 17 _如申請專利範圍第1 5項之感測單元陣列，其進一步包 括形成於該GMR裝置上的一第二氧化物保護層、該第 一切換電晶體及該感測字元線。 申明專利範圍弟8項之感測單元陣列，其中該等複數 個感測放大器逐個連接至該等複數個感測位元線，以 及 /、中¥接收到不同於感測放大器致動信號的參考電 壓時，放大施加於該等複數個感測位元線上的感測信 5虎’並輸出感測放大器輸出信號。 如申明專利範圍第8項之感測單元陣列，其進一步包括 連接於該等複數個感測字元線與接地電壓端子之間的 複數個電流調整器，用於調整施加於該等複數個磁化 對偵測感測器上的電流。 20·如申請專利範圍第8項之感測單元陣列，其中該等複數 们感測放大态包括一或多個感測放大器，其連接至該 等複數個感測位元線之該相同感測位元線， 田接收到不同於感測放大器致動信號的參考電壓時 87795 Ϊ234879 21. 22. 23. 24. 25. ’该等感測放大器放大施加於該感測位元線上的感測 仏號，並輸出複數個感測放大器輸出信號。 如申請專利範圍第20項之感測單元陣列，其進一步包 括一編碼器’用於對該等複數個感測放大器輸出信號 進行編碼，以分析該等感測信號。 如申請專利範圍第8項之感測單元陣列，其進一步包括 —成分分析構件，用於分析從該等複數個感測放大器 輪出的複數個感測放大器信號，以分析鄰近材料的不 同成分。 —種生物感測器，其包括 MTJI置，其包括配置用於接收一感測字元線電壓 的一自由強磁性層、一穿隧接面層及一固定強磁性層； 強磁性材料，其形成於該自由強磁性層上，用於 形成一磁場，其取決於與該自由強磁性層的磁性耦合 :以及 一切換裝置，其形成於該MTJ裝置之該固定強磁性層 下方，並用於將該MTJ裝置中所感測的電流輸出至一感 測位元線， /、中彳之4切換裝置輸出的電流根據磁阻值而變化， 該等磁阻值取決於鄰近材料。 如申請專利範圍第23項之生物感測器，其進—步包括 〜阻p早導私層’該阻障導電層形成於該裝置的該固 定強磁性層下方。 如申請專利範圍第24項之生物感測器，其中該切換裝 87795 -6 - 1234879 置包括： 一汲極，其連接至該感測位元線； 一源極，其連接至該阻障導電層；以及 一閘極，其連接至一字元線。 26. 27. 28. 29. 30. 如申請專利範圍第23項之生物感測器，其進_步包括 形成於該MTJ裝置上的一氧化物保護層、該切換裝置及 · 該磁性材料。 ， 如申請專利範圍第23項之生物感測器，其進一步包括 形成於該MTJ裝置與該磁性材料之間的一絕緣材料。籲 一種生物感測器，其包括： 一 MTJ裝置，其包括配置用於接收一感測字元線電壓 的一自由強磁性層、一穿隧接面層及一固定強磁性層； 電Μ線’其形成於該自由強磁性層上，用於接收 一強制字元線電壓，並形成一磁場，其取決於與該自 由強磁性層的磁性耦合；以及 一切換裝置，其形成於該MTJ裝置之該固定強磁性層 下方，並配置用於將該MTJ裝置中所感測的電流輸出至_ 一感測位元線中， 其中從該切換裝置輸出的電流根據磁阻值而變化， 該等磁阻值取決於鄰近材料。 如申請專利範圍第28項之生物感測器，其進一步包括 一阻障導電層，該阻障導電層形成於該MTJ裝置的該固 定強磁性層下方。 如申請專利範圍第29項之生物感測器，其中該切換裝 87795 1234879 置包括： 沒極’其連接至該感測位元線； 一源極，其連接至該阻障導電層；以及 一閘極，其連接至一字元線。 31. 33. 包括 置及 如申請專利範圍第28項之生物感測器，其進〜牛 形成於該MTJ裝置上的一氧化物保護層、該切：： 該電流線。 '衣 如甲請專 11 __ 形成於該MTJ裝置與該電流線之間的一絕緣材―料^包 一種使用一生物感測器之感測單元陣列，其包括' 複數個感測字元線，其與複數個字元線平行配置 複數個感測位元線，其垂直於該等複數個感 線及該等複數個字元線配置； 、 複數個磁阻感測器，其連接至該等複數個感測字 線、該等複數個字元線及該等複數個感測位. 及 ' ’ 複數個感測放大H，其連接至料複數個感測 線， θ其中根據在-由與磁性材料的磁性耦合所感應的磁 穷中所也成的鄰近材料之成分，每個磁阻感測器根據 從該等磁性材料所產生的磁場感測不同的磁阻值。 34.如申請專利範圍第33項之感測單元陣列，其中該等複 數個磁阻感測器包括與該感測位元線連接的一或多個 磁阻感測器。 87795 1234879 35·=申請專利範圍第33或34項之感測單元陣列，其中該 專複數個磁阻感測器之每個磁阻感測器包括： 切換衣置，其具有連接至一感測位元線的一沒極 以及連接至一字元線的一閘極； 一第一MTJ裝置’其具有連接至該切換裝置之一源極 的鳊子，以及連接至一感測字元線的另一端子；以 及 第磁性材料，其用於形成一磁場，該磁場取決 於與該第一MTJ裝置的磁性耦合。 36·如申請專利範圍第33項之感測單元陣列，其中該等複 數個磁阻感測器之每個磁阻感測器包括·· 第- MTJ裝置’其包括用於接收一感測字元線電壓 、由強磁f生層、一穿隧接面層及一固定強磁性層； 、第兹丨生材料，其形成於該自由強磁性層上，用 於形成一磁場，其取決於與該自由強磁性層的磁性搞 合；以及 第切換電晶體，其形成於該第二MTJ裝置之該自 由強磁性層下太，% 用於將該第二MTJ裝置中所感測的電 k輸出至一感測位元線中， /、中從該第—切換電晶體所輸出的電流根 上所形成之鄰折# 37. 、材枓的磁阻值而變化。 如申請專利範圍筮7 ^弟36項之感測單元陣列，其進一步 括一阻障導雷爲 、€ ’该阻障導電層形成於該第二MTJ裝 的該固定強磁性層下方。 87795 1234879 .如申請專利範圍第37項之感測單元陣列，其中該第一 切換電晶體包括： / ^ 一汲極，其連接至該感測位元線； 一源極，其連接至該阻障導電層；以及 一閘極，其連接至一字元線。 39·如申請專利範圍第36項之感測單元陣列，纟進ϋ 括形成於該第二MTJ裝置上的—氧化物保護層、㈣一 切換電晶體及該第二磁性材料。 40·如申請專利範圍第36項之感測單元陣列，《進一步包 括形成於該第二Μ T j裝置與該第二磁性材料之間=一 絕緣材料。 41. 如申請專利範圍第33項之感測單元陣列H步& β複數個參考電壓控制器，g己置用於將不同的參考電 壓輸出至逐個連接至該等複數個感測位元線的該等複 數個感測放大器。 42. 如申請專利範圍第33項感測單元陣列，其進一步包括： 複數個類比/數位轉換器，其配置用於將從該等複數 们感測放大益輸出的類比感測放大器輸出信號轉換成 數位信號；以及 數位4旎處理器，其用於將來自該等複數個類比/ 數位轉換器的輸出信號轉換成數位信號。 43·如申請專利範圍第33項之感測單元陣列，其進一步包 2成分分析構件，用於分析從該等複數個感測放大 的輸出的複數個感測放大器信號，以分析鄰近材料的 87795 -10- 1234879 不同成分。 44.—種使用-生物感測器之感測單元陣列，其包括： 複數個❹林m ’其平行於複數個字’元線及複數 個強制字元線配置； 複數個感測位元線，其垂直於該等複數個感測字元 Λ D玄等才义數個子凡線及該等複數個強制字元線配置；. 複數個磁阻感測器，其連接於該等複數個感測字元， 線、遠等複數個字元線、該等複數個強制字元線及該 等複數個感測位元線之間，並配置用於在一電壓施加# 於該等複數個強制字元線之至少—個時，根據一電流 線所產生的一磁場感測不同的磁阻值；以及 複數個感測放大器，纟連接至該等複數個⑥測位元 線。 必·如申請專利範圍第44項之感測單元陣列，其中該等複 數個磁阻感測器包括與該相同感測位元線連接的一或 多個磁阻感測器。 46.如申請專利範圍第44項之感測單元陣列，其中該等複 數個磁阻感測器之每個磁阻感測器包括： 一切換裝置，其具有連接至一感測位元線的一汲極 以及連接至一字元線的閘極； 一第一 MTJ裝置，其具有連接至該切換裝置之一源極 的一第一端子以及連接至一感測字元線的一第二端子 ;以及 一第一電流線，其用於形成一磁場，該磁場取決於 87795 -Π - 1234879 與該第一 MTJ裝置的磁性耦合。 47.如申請專利範圍第44項之感測單元陣列，其中該等複 數個磁阻感測器之每個磁阻感測器包括： 一第二MTJ裝置，其包括用於接收一感測字元線電壓 的一自由強磁性層、一穿隧接面層及一固定強磁性層，· 一第二電流線，其形成於該自由強磁性層上，並配 置用於形成一磁場，該磁場取決於與該自由強磁性層 的磁性耦合；以及 一第一切換電晶體，其形成於該第二MTJ裝置之該固 疋強磁性層下方，並配置用於將該第二MTJ裝置中所感 測的電流輸出至一感測位元線中， 其中從該第一切換電晶體所輸出的電流根據磁阻值 而變化，該等磁阻值取決於該磁場上所形成之鄰近材 料。 48.如申請專利範圍第47項之感測單元陣列，其進一步包 括阻卩早導弘層，该阻障導電層形成於該第二MTj裝置 的該固定強磁性層下方。 49·如申請專利範圍第48項之感測單元陣列，其中該第一 切換電晶體包括·· 汲極’其連接至該感測位元線； 一源極，其連接至該阻障導電層； 一閘極，其連接至一字元線。 50.如申請專利範圍第47項之感測軍元陣列，其$一 μ 括形成於該第二ΜΤ;裝置上的—氧化物保護層、該第一 87795 -12- 1234879 51. 單元陣列，其進一步包 第二電流線之間的一絕 切換電晶體及該第二電流線。 如申請專利範圍第47項之感測 括形成於該第二MTJ裝置與該 緣材料。 52. 如申請專利範圍第44項之感 括複數個參考電壓控制器， 出至逐個連接至該等複數個 感測放大器。 測單元陣列，其進一步包 用於將不同的參考電壓輸 感測位元線的該等複數個 53.如申請專利範圍第44項之感測單元陣列，其進一步包 複數個類比/數位轉換器’其配置用於將從該等複數 個感測放大器輸出的類比感測放大器輸出信號轉換成 數位信號；以及 一數位信號處理器，其用於將來自該等複數個類比/ 數位轉換器的輸出信號轉換成數位信號。 54·如申請專利範圍第44項之感測單元陣列，其進一步包 括複數個電流控❹，用則空制供應至該等複數個= 制字元線的電流。 55·如申請專利範圍第44項之感測單元陣列，其進一步包 括一成分分析構件，用於分析從該等複數個感測放大 器輸出的複數個感測放大器信號，以分析鄰近材料 不同成分。 56. —種生物感測器，其包括： 以及 电晶體’其具有連接至一字元線的一閘極， 87795 1234879 連接至一感測位元線的一汲極；以及 一感測電容器，其具有連接至/感測板線的/第 電極以及連接至該電晶體之一源極的一第二電極， 其中從該電晶體輸出的一感測電壓根據該感測電分 器的介電常數而變化。 57·如申請專利範圍第56項之生物感測器，其中該電晶艨 之該源極係連接至該第二電極。 58.如申請專利範圍第56項之生物感測器，其進一少包拉 形成於该電晶體上的一氧化物保護層以及該感測仪元 線。 59·如申請專利範圍第56項之生物感測器，其中該感測電 容器在該第一電極與該第二電極之間形成一感測扎， 並根據該第一電極與該第二電極之間的距離分離该等 鄰近材料成分的尺寸，且根據該感測孔的面積分離该 等鄰近材料成分的量。 60. —種使用一生物感測器之感測單元陣列，其包括： 複數個感測板線，其與複數個字元線平行配置； 複數個感測位元線，其垂直於該等複數個字元線及 该等複數個感測板線配置； 複數個介電常數感測器，其與該等複數個字元旅、 孩等複數個感測板線及該等複數個感測位元線連摻， 二:置用於感測一電容器之兩個電極之間形成的鄰近 材料之不同的介電常數；以及 複數個感測放大H，其連接至該等複數個感測位元 87795 14 1234879 線0 L如申凊專利乾圍第60項之感測單元陣列，#中該等複 數個介電常數感測器包括一或多個介電感測器，其連 接至違等複數個感測位元線之該相同感測，位元線。 仏如申請專利範圍第6〇項之感測單元陣列，其中該等複 數個介電常數感測器之每個介電常數感測器包栝： 私日日體，其具有連接至一字元線的一閘極，以及 連接至該感測位元線的一汲極； 一感測電容器，直目士、由“ ^ ^ 卜卜 /、具有連接至一感測板線的，弟一 電極以及連接至該電晶體之一源極的一第二電極， 其中從忒電曰曰體輸出的一感測電壓根據該感測電容 器的電容而變化。 63·如申請專利範圍第62項之感測單元陣列，其中該電£ 體之該源極係連接至該第二電極。 64.如申清專利範圍第63項之感測單元陣列，其進〆步f 括形成於》玄電晶體上的一氧化物保護層以及該感測^ 元線。 65. 如申請㈣範圍第62項之感測單元陣列，言亥感測電容 為’在吕亥^ 一電極與該第二電極之間形成一感測孔，並 根據盧帛包極與该第二電極之間的距離分離該等鄰 近材料成刀的尺寸，且根據該感測孔的一面積分離該 等鄰近材料成分的量。 66. 如申請專利範圍第60項之感測單元陣列，其中逐個連 接至該等複數個感測值元線的該等複數個感測放大器 87795 -15- 1234879 接收不同於感測放大器致動信號的參考電壓，並放大 化加於孩等複數個感測位元線上的感測電壓，以輪出 感測放大器輸出信號。 67·如申請專利範圍第6〇項之感測單元陣列，其中該等複 數個感測放大器之一或多個係連接至該相同感測位元 線，接收不同於感測放大器致動信號的參考電壓，並 放大施加於該相同感測位元線上的感測電壓，以輪出 複數個感測放大器輸出信號。 68·如申請專利範圍第67項之感測單元陣列，其進一步包 括、扁碼為，配置用於對該等複數個感測放大器輸出 4唬進行編碼，以分析該等感測電壓。 69.如申請專利範圍第6〇項之感測單元陣列，其進一步包 括一成分分析構件，用於分析從該等複數個感測放大 器輸出的複數個感測放大器信號，以分析鄰近材料的 不同成分。 70· 種生物感測器，其包括： -MTJ裝置’其包括具有一方向的—第一自由強磁性 層、一穿随接面層及一固定強磁性層； —第二自由強磁性層，其具有與該第一自由強磁性 層相同的磁通量方向，且與該第一自由強磁性層具有 一預定間隔； ^ /;,L線，其形成於該第一自由強磁性層及該第二 自由強磁性層下方’並配置用於接收電流，以感應— 磁場； 87795 -16- 1234879 一切換裝置， ，其形成於該電流線下方，並配置用於

該第一自由強磁性層與該第二自 3至一感測位元線中， 流根據一感測孔上所 化’該感測孔形成於 由強磁性層之間。 71·如申清專利範圍第7〇項之生物感測器，其進一步包括： 一感測字元線，其形成於該MTJ裝置的該固定強磁性 層上；以及 一阻障導電層，其形成於該第一自由強磁性層下方。 72.如申請專利範圍第71項之生物感測器，其中該切換裝 置包括： /及極’其連接至該感測位元線； 一源極’其連接至該阻障導電層；以及 一閘極，其連接至一字元線。 73·如申請專利範圍第7 0項之生物感測器，其進一步包括 形成於該MTJ裝置上的一氧化物保護層、該第二自由強 磁性層、該電流線、該切換裝置及該感測字元線。 74·如申請專利範圍第7 〇項之生物感測器，其中該感测電 容裔在該第一自由強磁性層與該第二自由強磁性層之 間形成一感測孔，並根據該第一自由強磁性層與該第 二自由強磁性層之間的距離分離該等鄰近材料成分的 尺寸’且根據該感測孔的一面積分離該等鄰近材料成 分的量。 75· —種生物感測器，其包括： 87795 -17- 1234879 GMR衣置’其包括—第一自由強磁性層、一感測 導電層及一固定強磁性層； 一第二自由強磁性層，其具有與該第一自由強磁性 層相同的磁通量方&，彳# 、里万向，且與该弟一自由強磁性層具有 一預定間隔； ^ 一電流線，其形成於該第一自由強磁性層及該第二 自由強磁性層下方，並配置用於接收電流，以感應一 磁場， 一切換裝置，其形成於該電流線下方，用於將該GMR 裝置中所感測的電流輸出至一感測位元線中； 其中從該切換裝置所輸出的電流根據一感測孔上所 曝露的鄰近材料的一磁化率而變化，該感測孔形成於 該第一自由強磁性層與該第二自由強磁性層之間。 76. 如申請專利範圍第75項之生物感測器，其進_步包括 形成於該GMR裝置之該固定強磁性層上的一感測字元 線。 77. 如申凊專利範圍第75項之生物感測器，其中該切換裝 置包括： 一汲極，其連接至該感測位元線； 一源極，其連接至該感測導電層；以及 一閘極，其連接至_字元線。 78. 如申請專利範圍第75項之生物感測器，其進_#包括 形成於該GMR裝置上的一氧化物保護層、該第二自由 強磁性層、該電流線、該切換裝置及該感測字元線。 87795 -18- 1234879 79.如申請專利範圍第75項之生物器 灾哭名兮笛 6丄 八T ^感剩電 ,< π心刊竹珉分 寸，且根據該感測孔的一面積分離該等鄰近 八一旦- 料 的 在弟一自由強磁性層與該第二自由強磁性層之 間形成一感測孔，並根據該第-自由強磁性層與‘第 -自由強磁性層之間的—距離分離該等鄰近材料成分 成分的一量 8〇· —種使用一生物感測器之感測單元陣列，其包括： 複數個字元線，其平行於複數個強制字元、線及複數 個感測字元線配置； 複數個感測位元線，其垂直於該等複數個強制字元 線、該等複數個感測字元線及該等複數個字元線配置； 複數個磁化孔偵測感測器，其與該等複數個強制字 元線、該等複數個感測字元線、該等複數個字元線及 複數個感測位元線連接’並配置用於感測不同的磁化 率’其取決於該等兩個自由強磁性層之間所形成的一 感測孔中所曝露的鄰近材料；以及 複數個感測放大器，其連接至該等複數個感測位元 線0 81·如申請專利範圍第80項之感測單元陣列，其中該等複 數個磁化孔偵測感測器包括與該相同感測位元線連接 的一或多個磁化孔偵測感測器。 82·如申請專利範圍第80項之感測單元陣列，其中該等複 數個磁化孔偵測感測器之每個磁化孔偵測感測器包括： 一切換裝置，其具有連接至一感測位元線的一汲極 87795 -19- I234879 以及連接至一字元線的一閘極； -感測器，其具有連接至該切換裝置之—源極的一 端子以及連接至-感測字元線的另一端子；以及 一第一電流線，其連接至-強制字元線，用於將一 石兹場感應於該感測器上。 83·如申請專利範圍第80項之感測單元陣列，其中該等複 數個磁化孔偵測感測器之每個磁化孔偵測感測器包括： -MTJ裝置’其包括具有一磁通量方向的一第一自由 強磁性層、一穿隧接面層及一固定強磁性層； -第二自由強磁性層，其具有與該第一自由強磁性 層相同的磁通量方向，且與該第一自由強磁性層具有 一預定間隔； 一第二電流線，其形成於該第—自由強磁性層及該 第二自由強磁性層下方，用於接收電流，以感應一磁 場；以及 一第一切換電晶體，其形成於該第二電流線下方， 用於將該MTJ裝置中所感測的電流輸出至一感測位元 線中， 其中從該第一切換電晶體所輸出的電流根據一第一 感測孔上所曝露的鄰近材料的一磁化率而變化，該第 ，感測孔形成於該第一自由強磁性層與該第二自由強 磁性層之間。 g4·如申請專利範圍第8 3項之感測單元陣列，其進一步包 栝： 87795 -20· 1234879 一第一感測字元線，其形成於該MTJ裝置的該固定強 磁性層上；以及 —阻障導電層，其形成於該第一自由強磁性層下 85 l. ^ ° •如申請專利範圍第84項之感測單元陣列，其中該第一 切換電晶體包括： 一汲極，其連接至該感測位元線； 一源極，其連接至該阻障導電層； 一閘極，其連接至一字元線。 86·如申請專利範圍第8 3項之感測單元陣列，其進一步包 括幵> 成於MTJ裝置上的一第一氧化物保護層、該第二自 由強磁性層、該電流線及該切換裝置。 87. 如申請專利範圍第83項之感測單元陣列，其中該等複 數個磁化孔偵測感測器之每個在該第一自由強磁性層 與該第二自由強磁性層之間形成一第一感測孔，並根 據該第一自由強磁性層與該第二自由強磁性層之間的 一距離分離該等鄰近材料成分的一尺寸，且根據該第 一感測孔的一面積分離該等鄰近材料成分的量。 88. 如申請專利範圍第80項之感測單元陣列，其中該等複 數個磁化孔偵測感測器之每個磁化孔偵測感測器包括： 一 GMR裝置，其包括一第三自由強磁性層、一感測 導電層及一固定強磁性層； 一第四自由強磁性層，其具有與該第三自由強磁性 層相同的磁通量方向，且與該第三自由強磁性層具有 一預定間隔； 87795 -21 - 1234879 一第三電流線， 第四自由強磁性層 應一磁場； /、开^成於$亥弟二自由強磁性層及該 下方，並配置用於接收電流，以感 一第二切換電晶體 用於將該GMR裝置中 線中， ’其形成於該第三電流線下方， 所感測的電流輸出至一感測位元 ’、中攸4第一切換電晶體所輸出的電流根據一第二 感測孔上所曝露的鄰近材料的一磁化率而變化，該第 一感測孔形成於該第：r &山私i L 〜自由強磁性層與該第四自由強 磁性層之間。 89·如申請專利範圍第 員之感測單元陣列，其進一步包 括形成於該GMR裝詈夕4 〜Μ 罝之忒固疋強磁性層上的一第二感 測字元線。 一心 90.如申請專利範圍第88 一 貝之感/貝J早TL陣列，其中該第二 切換電晶體包括： 一汲極，其連接至該感測位元線； 一源極，其連接至該感測導電層；以及 —閘極’其連接至一字元線。 91. 92. 如申請專利範圍第88項之感測單元陣列，纟進一步包 括形成於GMR裝置上的一笛_ # 。 勺 弟一氧化物保護層、該第四 自由強磁性層、該第二雷泠给Ώ — 乐一 I "IL線及该第二切換裝置。 如申請專利範圍第88項竭/ 貝I '次/則早凡陣列，其中該等複 數個磁化孔情測威測哭之名^ 丨只州以列态之母個在該第三自由強磁性層 與該第四自由強磁性層 之間形成一第二感測孔，並分 87795 -22- 1234879 離鄰近材料成分，其具有一尺寸取決於該第三自由強 磁性層與該第四自由強磁性層之間的一距離，並且等 鄰近材料成分的一量取決於該第二感測孔的一面積。 93·如申明專利範圍第8〇項之感測單元陣列，其中該等複 數個感測放大器逐個連接至該等複數個感測位元線， 並接收不同於感測放大器致動信號的參考電壓，並放 大施加於該等複數個感測位元線上的感測信號，以輸 出感測放大器輸出信號。 4’如申明專利範圍第§ 〇項之感測單元陣列，其進一步包 括連接於該等複數個感測字元線與接地電壓端子之間 的稷數個電流調整器，並配置用於調整施加於該等複 數個磁化孔偵測感測器上的電流。 95_如申請專利範圍第8〇項之感測單元陣列，其中該等複 數個感測放大器包括連接至該相同感測位元線的一或 多個感測放大器，並接收不同於感測放大器致動信號 的多考私壓，並放大施加於該相同感測位元線上的感 測信號，以輸出複數個感測放大器輸出信號。 96·如申請專利範圍第95項之感測單元陣列，其進一步包 ^編碼器’配置用於對該等複數個感測放大器輸出 ^破進行編碼，以分析該等感測信號。 97·如申請專利範圍第8〇項之感測單元陣列，其進一步包 括一成分分析構件，用於分析從該等複數個感測放大 器輪出的複數個感測放大器輸出信號，以分析鄰近材 料的不同成分。 87795 •23 - 1234879 98· —種生物感測器，其包括： 一 GMR裝置，其包括一自由強磁性層、一 命 裔及一固定強磁性層； 一磁性材料，其形成於該自由強磁性層上，用於步 成一磁場，其取決於與該自由強磁性層的磁性耦合· 一感測字元線，其形成於該導電電阻器之一部分 ’並配置用於接收一感測字元線電壓；以及 一切換裝置，其形成於該導電電阻器之另一部分下 方，並配置用於將該GMR裝置中所感測的電流輸出至 一感測位元線中， 其中從該切換裝置所輸出的電流根據該磁場中所形 成之鄰近材料的磁阻值而變化。 99.如申睛專利範圍第98項之生物感測器，其進一步包括 形成於該感測位元線下方的一阻障導電層。 100·如申請專利範圍第98項之生物感測器，其中該切換裝 置包括： 一没極’其連接至該感測位元線； 一源極，其連接至該導電電阻器的另一較低部分； 以及 一閘極，其連接至一字元線。 101_如申請專利範圍第98項之生物感測器，其進一步包括 形成於該GMR裝置上的一氧化物保護層、該感測字元 線、該切換裝置及該磁性材料。 102. —種生物感測器，其包括： 87795 -24- 1234879 汉衣置，其包括一自由強磁性層、一導 器及-固定強磁性層； 電随 一強制字元線，其形成於該自由強磁性層上，並_ 置用於接收-強制字元線電a ’並形成—磁場，其^ 决於與該自由強磁性層的磁性耦合； 一感測字元線，其形成於該導電電阻器之一部八 :以及 刀上 一切換裝置，其形成於該導電電阻器之另一部分 方並配置用於將該GMR裝置中所感測的電流輪出至 一感測位元線中， 其中k該切換裝置所輸出的電流根據該磁場中所形 成之鄰近材料的磁阻值而變化。 103. 104. 105. 106. 如申請專利範圍第102項之生物感測器，其進一步包括 形成於該感測位元線下方的一阻障導電層。 如申明專利範圍第i 02項之生物感測器，其中該切換裝 置包括： 一沒極，其連接至該感測位元線； 一源極，其連接至該導電電阻器的另一較低部分； 以及 一閘極’其連接至一字元線。 如申明專利範圍第1 〇2項之生物感測器，其進一步包括 形成於该GMR裝置上的一氧化物保護層、該感測字元 線、該切換裝置及該強制字元線。 一種使用一生物感測器之感測單元陣列，其包括： 87795 -25- 1234879 複數個字元線，其與複數個感測字元線平行配置； 複數個感測位元線，其垂直於該等複數個感測字元 線及该等複數個字元線配置； 複數個巨磁阻感測器，其與該等複數個感測字元線 、、，該等複數個字s線及該等複數個感測位元線連接， 亚配置用於感測-磁場上所形成鄰近材料的磁阻值， 該磁場由與磁性材料的磁性耦合所感應； 複數個感測字元線驅動n，用於將不同的偏壓電壓 施加於該等複數個感測字元線；以及 複數個感測放大器，其連接至該等複數個感測位元 線。 107·如申請專利範圍第1〇6項之感測單元陣列，其中該等複 數個巨磁阻感測器包括一或多個巨磁阻感測器f其連 接至該等複數個❹H立元線之一才目同感測位元線。 108. 如申請專利範圍第1〇6項之感測單元陣列，其中該等複 數個巨磁阻感測器之每個巨磁阻感測器包括： 一切換裝置，其具有連接至一感測位元線的一汲極 以及連接至一字元線的閘極；以及 一第一 GMR裝置，其具有連接至該切換裝置之一源 極的一第一端子以及連接至一感測字元線的一第二端 子；以及 一第一磁性材料，其用於形成一磁場，該磁場取決 於與該第一 GMR裝置的磁性耦合。 109. 如申請專利範圍第丨〇6項之感測單元陣列，其中該等複 87795 -26- 1234879 數個=磁a感測器之每個巨磁阻感測器包括·· 第gmr裝置’其包括一自由強磁性、一 電阻器及-ϋ㈣磁性層； ¥電 厂、兹丨生材料，其形成於該自由強磁性層上，用 於开/成石兹％，其取決於與該自由強磁性層的磁性搞 合， 、，感測字兀線’其形成於該導電電阻器之一部分上 ’並配置用於接收一感測字元線電壓； -第-切換電晶體，其形成於該導電電阻器之另一 車乂低Ρ刀下方’亚配置用於將該第二裝置中所感 測的電流輸出至一感測位元線中， ,、中攸4第-切換電晶體所輸出的電流根據該磁場 上所形成之鄰近材料的磁阻值而變化。 收如申請專利範圍第109項之感測單元陣列，其進一步包 括形成於該感測位元線下方的一阻障導電層。 Ul·如申請專利範圍第109項之感測單元陣列，^中該[ 切換電晶體包括·· —汲極，其連接至該感測位元線； —源極，其連接至該導電電阻器的另—較低部分； 一閘極，其連接至一字元線。 112.如申請專利範圍第1〇9項之感測單元陣列，其進一步包 括％成於該第二GMR裝置上的一氧化物保護層、該感 剛字元線、該第一切換電晶體及該第二礤性材料。 •如申請專利範圍第106項之感測單元陣列，其中當一感 87795 -27- 1234879 測放大器致動信號致動時，該等複數個感測放大器比 較亚放大複數個不同的參考電壓與從該等複數個感測 位疋線施加的輸出信號，並且輸出複數個不同的感測 放大器輸出信號。 如申請專利範圍第1〇6項之感測單元陣列，其進一步包 括-成分分析構件，用於分析從該等複數個感測放大 器輸出的複數個感測放大器信號，以分析鄰近材料的 不同成分。 5 種使用生物感測裔之感測單元陣列，其包括· 、複數個強制字元線，其平行於複數個感測字元線及 複數個字元線配置； 複數個感測位元線，其垂直於該等複數個感測字元 線、該等複數個字元線及該等複數個強制字元線配置； 複*數個巨磁阻感測器，其與該等複數個感測字元線 、该寺複數個字元線、該等複數個強制字元線及該等 稷數個感測位元線連接，並配置用於感測一磁場中所 形成的鄰近材料之磁阻值，該磁場由與該 線的磁性輕合所感應； ^子70 複數個感測字元線驅動器，用於將不同的偏壓電壓 施加於該等複數個感測字元線；以及 複數個感測放大器，其連接至該等複數個感測位 線。 116.如申請專利範圍第115項之感測單元陣列，其中該等複 數個巨磁阻感測器包括一或多個巨磁阻感測器，其連 87795 -28 - 1234879 117. 118. 接至该寻複數個感測位元線之一相同感測位元線。 如申請專利範圍第115項之感測單元陣列，其中該等複 數個巨磁阻感測器之每個巨磁阻感測器包括： 切換t置，其具有連接至一感測位元線的一沒極 以及連接至一字元線的閘極； 第GMR裝置，其具有連接至該切換裝置之一源 極的一端子，以及連接至一感測字元線的另一端子； 以及 一第一強制字元線’其用於形成一磁場，該磁場取 決於與該第一 GMR裝置的磁性耦合。 如申請專利範圍第115項之感測單元陣列，其中每個巨 磁阻感測器包括： 一第一 GMR裝置，其包括一自由強磁性層、一導電 電阻器及一固定強磁性層； 一第二強制字元線，其形成於該自由強磁性層上， 用於形成一磁場，其取決於與該自由強磁性層的磁性 糕合， 一感測字元線，其形成於該導電電阻器之一部分上 ’並配置用於接收一感測字元線電壓； 弟切換電晶體，其形成於該導電電阻器之另一 較低部分下方，並配置用於將該第二GMR裝置中所感 測的電流輸出至一感測位元線中， 其中從該第一切換電晶體所輸出的電流根據該磁場 上所形成之鄰近材料的磁阻值而變化。 87795 -29· I234879 119. 120. 如申請專利範圍第118項之感測單元陣列，其進一步包 开乂成於忒感測位元線下方的—阻障導電層。 如申請專利範圍第118項之感測單元陣列，；中該第_ 切換電晶體包括： 一汲極 —源極 以及 其連接至該感測位元線； 其連接至該導電電阻器的另一較低部分； 一閘極，其連接至一字元線。 21.如申請專利範圍第11 8項之感測單元陣列，《進-步包 括形成於該第二GMR裝置上的一氧化物保護層、該感 測字元線、該第一切換電晶體及該第二強制字元線。 122.如申請專利範圍第118項之感測單元陣列，其進一步包 括： 複數個強制字元線驅動器，其配置用於將不同的強 制字元線電壓供應至該等強制字元線；以及 複數個字元線控制器，配置用於控制供應至該強制 字元線的電流。 123·如申請專利範圍第11 5項之感測單元陣列，其中當一感 測放大器致動信號致動時，該等複數個感測放大器比 較並放大複數個不同的參考電壓與從該等複數個感測 位元線施加的輸出信號，並且輸出複數個不同的感測 放大器輸出信號。 124·如申請專利範圍第丨丨5項之感測單元陣列，其進一步包 括一成分分析構件，用於分析從該等複數個感測放大 87795 -30- 1234879 器輸出的複數個感測放大器輸出信號，以分析鄰近材 料的不同成分。 87795