专利名称：生物传感器及传感单元阵列的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物传感器及一种传感单元阵列，更具体地，涉及一种根据使用介电常数传感器获得的电特征以及磁化对检测传感器的磁化特征分析邻近材料的成分的技术。
背景技术：
大多数半导体存储器制造商近来已开发了使用铁磁材料的MTJ(磁性隧道结(magnetic tunnel junction))及GMR(巨磁阻(giant magneto resistive))器件。
该MTJ器件包含由一绝缘层分离的两个磁性层，并利用自旋磁导现象(spin magnetic permeation phenomenon)。在该MTJ器件中，电流在两个磁性层中的自旋方向平行时比反平行时更好地穿过该绝缘层。该GMR器件包括由一非磁性层分离的两个磁性层，并利用一巨磁阻现象。在该GMR器件中，电阻在两个磁性层中的自旋方向反平行时比平行时差别更大。
图1a及1b为说明传统MTJ器件的操作原理的示图。
传统MTJ器件包括一自由铁磁层1、一隧道结层(tunnel junction layer)2及一固定铁磁层3。
当固定铁磁层3中的磁场线通过邻近的材料穿透进入自由铁磁层1中时，磁阻根据邻近材料的磁化率而变化。磁通量密度(magnetic flux density)以B＝μH(此处μ＝磁化率，H＝磁通量)表示。磁通量密度B的值根据磁化率μ而变化。
如图1a所示，如果具有高磁化率μ的材料存在于固定铁磁层3与自由铁磁层1之间，则自由铁磁层1的磁通量密度B增加。另一方面，如图1b所示，如果具有低磁化率μ的材料存在于固定铁磁层3与自由铁磁层1之间，则自由铁磁层1的磁通量密度B降低。因此，磁阻的值取决于固定铁磁层3与自由铁磁层1之间邻近材料的磁化率μ。
图2为一分析表，说明取决于与MTJ器件邻近的材料成分的磁化率。
磁化常数μ根据邻近材料的成分的种类与尺寸而变化。
图3为一示图，说明一通用电容器的电容。
该电容器包括一第一电极4与一第二电极5。该电容器具有一不同的介电常数ε，其取决于第一电极4与第二电极5之间的距离d以及电容器的面积S。即电容为C＝εS/d(此处S＝电容器的面积，且d＝两个电极间的距离)。电容C与介电常数ε及电容器的面积S成正比，且与距离d成反比。
图4为一示图，说明该通用电容器的一电压传输特征。
连接于一驱动极板线PL与一接地电压端子之间的两个电容器具有电容C1及C2。两个电容器之间的一节点电压为Vs。由该两个电容器供应至该极板线PL的驱动电压为驱动极板电压V_PL。此处，节点电压Vs＝{C1/(C1+C2)}×V_PL。该节点电压Vs与电容C1成正比，且与电容C2成反比。
图5显示介电常数ε根据邻近材料的种类及尺寸而不同。
由于生活环境的改善，人们对健康与延长寿命越来越感兴趣。威胁人类生命的疾病发生后，人们已加强防范已预期的疾病，而非简单地治愈该些疾病。而且，人们已努力控制环境污染。
因此，需要用于检测各种引起疾病的因素、污染及有毒物质的系统。为顺应此趋势，邻近材料的分析方法相对于其他物理及化学传感器更加重视生物传感器。
为了使用此些邻近材料检测系统检查人类疾病，需要感测方法用于分析血液成分、分析化合物成分或辨认皮肤。然而，传统感测方法取决于分析材料成分所用的物理或化学方法。因此，此类测试需要大型的设备以及高额的成本。因为此类测试所需时间较长，故难以分析各种邻近材料的成分。

发明内容
为了快速分析各种材料的成分，需要量化分析方法，以使用上述磁阻传感器或巨磁阻传感器来分析传感器周围、旁边或附近的材料(下文称为“邻近材料(adjacent material)”)的成分。而且，利用上述电容器的不同介电常数(其取决于邻近材料的种类及尺寸)的量化分析方法为一有用方法。
因此，本发明的一目的是使用多个MTJ传感器和/或GMR传感器来区分磁化率及电性质，以量化地分析该些成分，藉此识别邻近材料的成分。
本发明的另一目的是根据邻近材料成分的种类及尺寸感测介电常数的不同值，以将邻近材料的成分分析为电成分。
在一项具体实施例中，一生物传感器包括一MTJ(磁性隧道结)器件，其耦接至一开关器件及一感测字线。该MTJ器件包括一自由铁磁层、一隧道结层及一固定铁磁层。该开关器件形成于该MTJ器件的固定铁磁层下，并将该MTJ器件中所感测的电流输入一感测位线。该感测字线形成于该自由铁磁层上，并将不同的偏置电压施加于该MTJ器件。当固定铁磁层的一磁场线穿透进入该自由铁磁层中时，从该开关器件所输出的电流根据磁通量密度(其取决于邻近材料)而变化。
在一项具体实施例中，一生物传感器包括一GMR(巨磁阻)器件，其耦接至一开关器件及一感测字线。该GMR器件包括一自由铁磁层、一导电电阻器及一固定铁磁层。该开关器件形成于该GMR器件的固定铁磁层下，并将该GMR器件中所感测的电流输入一感测位线。连接至该导电电阻器的一电极的感测字线将不同的偏置电压施加于该GMR器件。当固定铁磁层的一磁场穿透进入该自由铁磁层中时，从该开关器件所输出的电流根据磁通量密度(其取决于邻近材料)而变化。
在一项具体实施例中，使用生物传感器的传感单元阵列包括多个感测字线、多个感测位线、多个磁化对检测传感器以及多个感测放大器。多个感测字线平行于多个字线配置。多个感测位线垂直于多个感测字线及多个字线配置。多个磁化对检测传感器(其连接至多个感测字线、多个字线及多个感测位线)感测磁通量密度的不同值，其取决于邻近材料。多个感测放大器连接至多个感测位线。
在一项具体实施例中，一生物传感器包括一MTJ器件、一铁磁材料及一开关器件。该MTJ器件包括一自由铁磁层以接收一感测字线电压，还包括一隧道结层及一固定铁磁层。形成于该自由铁磁层上的铁磁材料形成一磁场，其取决于与该自由铁磁层的磁性耦合。该开关器件形成于该MTJ器件的固定铁磁层下，并将该MTJ器件中所感测的电流输入一感测位线。此处，从该开关器件输出的电流根据磁阻值(其取决于邻近材料)而变化。
在一项具体实施例中，一生物传感器包括一MTJ器件，其耦接至一电流线与一开关器件。该MTJ器件包括一自由铁磁层以接收一感测字线电压，还包括一隧道结层及一固定铁磁层。形成于该自由铁磁层上的电流线(current line)接收一供给字线电压，并形成一磁场，该磁场取决于与该自由铁磁层的磁性耦合。该开关器件形成于该MTJ器件的固定铁磁层下，并将该MTJ器件中所感测的电流输入一感测位线。此处，从该开关器件输出的电流根据磁阻值(其取决于邻近材料)而变化。
在一项具体实施例中，使用生物传感器的传感单元阵列包括多个感测字线、多个感测位线、多个磁阻传感器以及多个感测放大器。多个感测字线平行于多个字线配置。多个感测位线垂直于多个感测字线及多个字线配置。多个磁阻传感器连接至多个感测字线、多个字线及多个感测位线。多个感测放大器连接至多个感测位线。此处，根据磁场(其由与磁性材料的磁性耦合所感应)中所形成的邻近材料的成分，每个磁阻传感器根据从该些磁性材料所产生的磁场感测不同的磁阻值。
在一项具体实施例中，使用生物传感器的传感单元阵列包括多个感测字线、多个感测位线、多个磁阻传感器以及多个感测放大器。该多个感测位线平行于多个字线与多个供给字线配置。该多个感测位线垂直于该多个感测字线、该多个字线及该多个供给字线配置。连接于该多个感测字线、该多个字线、该多个供给字线、以及该多个感测位线之间的该多个磁阻传感器根据由电流线(此处施加一供给字线电压)所产生的磁场感测不同的磁阻值。多个感测放大器连接至多个感测位线。
在一项具体实施例中，生物传感器包括一晶体管与一传感电容器。该晶体管具有连接至一字线的一栅极，以及连接至一感测位线的一漏极。该传感电容器具有连接至一感测极板线的一第一电极以及连接至该晶体管的源极的一第二电极。此处，从该晶体管输出的感测电压根据该传感电容器的介电常数而变化。
在一项具体实施例中，使用生物传感器的传感单元阵列包括多个感测极板线、多个感测位线、多个介电常数传感器以及多个感测放大器。多个感测极板线平行于多个字线配置。多个感测位线垂直于多个字线及多个感测极板线配置。与多个字线、多个感测极板线及多个感测位线连接的多个介电常数传感器感测电容器的两个电极之间形成的邻近材料的不同的介电常数。多个感测放大器连接至多个感测位线。
在一项具体实施例中，生物传感器包括一MTJ器件、一第二自由铁磁层、一电流线及一开关器件。该MTJ器件包括一第一自由铁磁层、一隧道结层及一固定铁磁层。该第二自由铁磁层具有与第一自由铁磁层相同的磁通量方向，且与该第一自由铁磁层具有一预定间隔。形成于该第一自由铁磁层及该第二自由铁磁层下方的电流线接收电流，以感应一磁场。形成于该电流线下方的该开关器件将该MTJ器件中所感测的电流输出至一感测位线中。此处，从该开关器件所输出的电流根据一感测孔(形成于该第一自由铁磁层与该第二自由铁磁层之间)上所暴露的邻近材料的磁化率而变化。
在一项具体实施例中，一生物传感器包括一GMR器件、一第二自由铁磁层、一电流线及一开关器件。该GMR器件包括一第一自由铁磁层、一感测导电层及一固定铁磁层。该第二自由铁磁层具有与第一自由铁磁层相同的磁通量方向，且与该第一自由铁磁层具有一预定间隔。形成于该第一自由铁磁层及该第二自由铁磁层下方的电流线接收电流，以感应一磁场。形成于该电流线下方的该开关器件将该GMR器件中所感测的电流输出至一感测位线中。此处，从该开关器件所输出的电流根据一感测孔(形成于该第一自由铁磁层与该第二自由铁磁层之间)上所暴露的邻近材料的磁化率而变化。
在一项具体实施例中，使用生物传感器的传感单元阵列包括多个字线、多个感测位线、多个磁化孔检测传感器以及多个感测放大器。该多个字线平行于多个供给字线与多个感测字线配置。该多个感测位线垂直于该多个供给字线、该多个感测字线及该多个字线配置。与该多个供给字线、该多个感测字线、该多个字线及多个感测位线连接的多个磁化孔检测传感器感测不同的磁化率，其取决于一感测孔(形成于两个自由铁磁层之间)中所暴露的邻近材料。多个感测放大器连接至多个感测位线。
在一项具体实施例中，一生物传感器包括一GMR器件、一磁性材料、一感测字线及一开关器件。该GMR器件包括一自由铁磁层、一导电电阻器及一固定铁磁层。形成于该自由铁磁层上的磁性材料形成一磁场，其取决于与该自由铁磁层的磁性耦合。形成于该导电电阻器的一部分上的该感测字线接收一感测字线电压。形成于该导电电阻器的另一部分下方的开关器件将在该GMR器件中所感测的电流输入一感测位线中。此处，从该开关器件所输出的电流根据对该磁场中所形成的邻近材料的磁阻值的影响而变化。
在一项具体实施例中，一生物传感器包括一GMR器件、一供给字线、一感测字线及一开关器件。该GMR器件包括一自由铁磁层、一导电电阻器及一固定铁磁层。形成于该自由铁磁层上的供给字线接收一供给字线电压，并形成一磁场，其取决于与该自由铁磁层的磁性耦合。该感测字线形成于该导电电阻器的一部分上。形成于该导电电阻器的另一部分下的开关器件将在该GMR器件中所感测的电流输入一感测位线中。此处，从该开关器件所输出的电流根据该磁场中所形成的邻近材料的磁阻值而变化。
在一项具体实施例中，使用生物传感器的传感单元阵列包括多个字线、多个感测位线、多个巨磁阻传感器、多个感测字线驱动器以及多个感测放大器。多个字线平行于多个感测字线配置。多个感测位线垂直于多个感测字线及多个字线配置。与该多个感测字线、该多个字线及该多个感测位线连接的该些巨磁阻传感器感测一磁场(由与磁性材料的磁性耦合所感应)中所形成的邻近材料的磁阻值。该多个感测字线将不同的偏置电压施加于该多个感测字线。多个感测放大器连接至多个感测位线。
在一项具体实施例中，使用生物传感器的传感单元阵列包括多个供给字线、多个感测位线、多个巨磁阻传感器、多个感测字线驱动器以及多个感测放大器。该多个供给字线平行于多个感测字线与多个字线配置。该多个感测位线垂直于该多个感测字线、该多个字线及该多个供给字线配置。与该多个感测字线、该多个字线、该多个供给字线及该多个感测位线连接的多个巨磁阻传感器感测一磁场(由与供给字线的磁性耦合所感应)中所形成的邻近材料的磁阻值。该多个感测字线驱动器将不同的偏置电压施加于该多个感测字线。多个感测放大器连接至多个感测位线。


图1a及1b为示图，说明传统MTJ器件的操作原理；图2为一表格，说明取决于邻近材料的成分与尺寸的磁化率；图3为一示图，说明一传统电容器的电容；图4为一示图，说明该常用电容器的电压传输特性；图5为一表格，说明取决于邻近材料的成分与尺寸的介电常数；图6及7为概念图，其说明根据本发明的一项具体实施例的生物传感器以及使用该生物传感器的传感单元阵列；
图8为一结构图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用MTJ器件的磁化对检测传感器；图9a及9b为示图，说明图8的磁化对检测传感器的操作特性；图10a及10b为示图，说明取决于图8的磁化对检测传感器的感测字线电压的变化的成分分离；图11a及11c为结构图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用GMR器件的磁化对检测传感器；图12a及12b为示图，说明图11的磁化对检测传感器的操作原理；图13a及13b为示图，说明取决于图11的磁化对检测传感器的感测字线电压的变化的成分分离；图14至16为示图，说明根据本发明一项具体实施例的使用磁化对检测传感器的传感单元阵列；图17为一成分分析图，说明根据本发明的一项具体实施例的磁化对检测传感器；图18为一时序图，说明根据本发明一项具体实施例的使用磁化对检测传感器的传感单元阵列的操作；图19a与19b为结构图，说明根据本发明的一项具体实施例的磁阻传感器；图20a及20b为示图，说明图19的磁阻传感器的操作特性；图21a至22b为示图，说明取决于图19的磁阻传感器的感测字线电压的变化的成分分离；图23a及23b为布局图，说明图19的磁阻传感器；图24至27为示图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用磁阻传感器的传感单元阵列的范例；图28及29为成分分析图，说明根据本发明的一项具体实施例的磁阻传感器；图30及31为一时序图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用磁阻传感器的传感单元阵列的操作；图32a至32c为结构图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用磁性材料的巨磁阻传感器；图33a及33b为示图，说明图32的巨磁阻传感器的操作特性；
图34a及34b为示图，说明取决于图32的巨磁阻传感器的感测字线电压的变化的成分分离；图35a及35b为示图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用供给字线的巨磁阻传感器；图36a及36b为示图，说明图35的巨磁阻传感器的操作特性；图37a及37b为示图，说明取决于图35的巨磁阻传感器的供给字线电压的变化的成分分离；图38及39为示图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用巨磁阻传感器的传感单元阵列；图40及41为一布局图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用巨磁阻传感器的传感单元阵列；图42及43为成分分析图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用巨磁阻传感器的传感单元阵列；图44及45为时序图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用巨磁阻传感器的传感单元阵列；图46a及46b为结构图，说明磁化孔检测传感器；图47a及47b为断面图及平面图，说明根据本发明的一项具体实施例的磁化孔检测传感器；图48为一示图，说明根据本发明一项具体实施例的磁化孔检测传感器的感测孔类型；图49a及49b为示图，说明磁化率的变化，其取决于根据本发明的一项具体实施例的使用MTJ器件的磁化孔检测传感器的感测孔的尺寸；图50a及50b为结构图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用GMR器件的磁化孔检测传感器；图51a及51b为示图，说明磁化率的变化，其取决于图50的磁化孔检测传感器的感测孔的尺寸；图52及53为示图，说明根据本发明一项具体实施例的使用磁化孔检测传感器的传感单元阵列的范例；图54为一成分分析图，说明根据本发明的一项具体实施例的磁化孔检测传感器；图55为一时序图，说明根据本发明一项具体实施例的使用磁化孔检测传感器的传感单元阵列的读取操作；图56为一示图，说明根据本发明的一项具体实施例的介电常数传感器；图57a及57b为断面图及平面图，说明根据本发明的一项具体实施例的介电常数传感器；图58为一示图，说明根据本发明的一项具体实施例的介电常数传感器的感测孔类型；图59a及59b为示图，说明介电常数的变化，其取决于根据本发明的一项具体实施例的介电常数传感器的感测孔尺寸；图60及61为示图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用介电常数传感器的传感单元阵列；图62为一示图，说明根据本发明的一项具体实施例的感测位线与参比电压(reference voltage)之间的关系；图63为一成分分析图，说明根据本发明的一项具体实施例的介电常数传感器；以及图64为一时序图，说明根据本发明一项具体实施例的使用介电常数传感器的传感单元阵列的读取操作。
附图标记说明11 血液成分分析装置31 MTJ器件27 感测字线38 GMR器件50、51编码器67 磁性材料87 电流线100 磁阻传感器101、102 参比电压控制器103、104 模拟/数字(A/D)转换器105 数字信号处理器(DSP)208 感测孔217 邻近材料
具体实施例方式
现在将参考附图来详细说明本发明。
图6为一概念图，其说明根据本发明的一项具体实施例的生物传感器以及使用它的一传感单元阵列。
多个生物传感器排列成一感测阵列，其包括N列及M行。包括传感单元阵列的生物传感器芯片以封装或晶片级的方式制备。
由邻近材料形成的成分测量数据暴露给每个生物传感器。然后，在生物传感器单元阵列的每一个中测量成分测量数据，以使用血液成分分析装置电学地分析该些数据。
可使用血液、气体或其他溶液作为邻近材料。在本发明的一项具体实施例中，使用血液作为邻近材料。
图7为一示图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用生物传感器的传感单元阵列的一封装件及一感测系统。
在一项具体实施例中，该感测系统包括一血液成分分析装置11以及一感测封装件8，其上安装有生物传感器7。感测封装件8通过连接引线9置放于血液成分分析装置11上所安装的一连接板10上。感测封装件8中的生物传感器7通过一连接线6连接至连接引线9。
从生物传感器7所感测的邻近材料的成分数据通过连接引线9与连接板10输入血液成分分析装置11。血液成分分析装置11将所测量的邻近材料的成分数据分成表示成分特征的电信号(electrical signals characteristic ofthe ingredients)，以量化地分析该些邻近材料的成分。
在本发明的一项具体实施例中，生物传感器包括磁化对检测传感器、磁阻传感器、巨磁阻传感器、磁化孔检测传感器或介电常数传感器。这五种传感器为生物传感器的范例。
参考图8至18，其详细说明根据本发明的第一项具体实施例的磁化对检测传感器(magnetization pair detection sensor)与使用它的传感单元阵列(sensing cell array)。
图8为一结构图，说明根据本发明的第一项具体实施例的使用MTJ器件的磁化对检测传感器。
在该第一项具体实施例中，磁化对检测传感器包括开关器件与MTJ器件31。
MTJ器件31包括自由铁磁层28、隧道结层29及固定铁磁层30。
该开关器件包括NMOS晶体管。该NMOS晶体管具有漏极20，其通过接触线23连接至感测位线26；连接至字线25的栅极22；以及通过接触线(contact line)24连接至阻挡导电层(barrier conductive layer)32的源极21，该阻挡导电层32形成于该MTJ器件31下方。
形成于该MTJ器件31上的自由铁磁层28连接至感测字线27。整个器件由氧化物保护层33加以绝缘。
当固定铁磁层30的部分磁场(在图中以磁通量线表示，且此处称为“磁场线”)穿透进入自由铁磁层28时，不同的磁阻值通过因磁性材料成分所不同的磁场线强度来测量。
图9a及9b为示图，说明图8的磁化对检测传感器的取决于邻近的磁性材料的操作特性。
如图9a所示，当与磁化对检测传感器邻近的邻近磁性材料为空气时，自由铁磁层28具有较小的磁场强度(magnetic density)，因为空气具有小的磁化率。因此，所显示的磁阻较小。然而，如图9b所示，当磁化对检测传感器的邻近磁性材料为血液时，自由铁磁层28具有较大的磁场强度，因为血液具有较大的磁化率。因此，磁阻表现为较大。
图10a及10b为示图，说明取决于图8的使用MTJ器件的磁化对检测传感器的感测字线S_WL电压的变化的成分分离。
当感测电压施加于感测字线27时，血液成分开始由低的感测字线27电压按其极化特性缓慢分离，如图10a所示。如图10b所示，血液成分在更高的感测字线27电压中以更大的谱分离。
因为固定铁磁层30与自由铁磁层28的邻近磁性材料的磁场强度根据感测位线27的电压值而区分，所以感测到不同的感测电阻值。血液成分分析装置测量磁化对检测传感器中不同的感测电阻值，以量化地分析血液成分。
图11a为一结构图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用GMR器件的磁化对检测传感器。图11b为一平面图，说明磁化对检测传感器。
在一项具体实施例中，磁化对检测传感器包括开关器件与GMR器件38。
该GMR器件38包括自由铁磁层35、导电电阻器36及固定铁磁层37。
该开关器件包括NMOS晶体管。该NMOS晶体管包括漏极20，其通过接触线23连接至感测位线26；连接至字线25的栅极20；以及通过接触线24连接至该GMR器件38的导电电阻器36的电极的源极21。
感测字线34连接至该GMR器件37的导电电阻器36的另一电极。整个器件由氧化物保护层39加以绝缘。
图11c为一断面图，其说明使用GMR器件38的磁化对检测传感器，此时该磁化对检测传感器沿着线A-A′切成断面。
当固定铁磁层37的磁场线穿透进入自由铁磁层35时，导电电阻器36的电阻值由磁场线强度决定，该磁场线强度根据磁性材料区分。
图12a及12b为示图，说明图11的使用GMR器件的磁化对检测传感器的操作原理。
如图12a所示，当磁化对检测传感器的邻近磁性材料为空气时，自由铁磁层35具有较小的磁场强度，因为空气具有较小的磁化率。因此，所显示的磁阻较小。然而，如图12b所示，当磁化对检测传感器的邻近磁性材料为血液时，自由铁磁层35具有较大的磁场强度，因为血液具有较大的磁化率。因此，所显示的磁阻较大。
图13a及13b为示图，说明取决于图11的使用GMR器件的磁化对检测传感器的感测字线电压S_WL的变化的成分分离。
当感测电压施加于感测字线34时，血液成分开始由低感测字线34电压按其极化特性缓慢分离，如图13a所示。如图13b所示，血液成分在较高感测字线34电压中以较大的谱分离。
因为固定铁磁层37与自由铁磁层35的邻近磁性材料的磁场强度根据感测字线34的电压值区分，故感测到不同的感测电阻值。血液成分分析装置测量磁化对检测传感器中不同的感测电阻值，以量化地分析血液成分。
图14为一示图，说明根据本发明一项具体实施例的使用磁化对检测传感器的传感单元阵列。
在一项具体实施例中，使用该磁化对检测传感器的传感单元阵列包括多个字线WL_1～WL_m，其在行方向上与多个感测字线S_WL_1～S_WL_m平行配置；多个感测位线S_BL1～S_BLn，其垂直于多个字线WL_1～WL_m及多个感测字线S_WL_1～S_WL_m配置。
多个磁化对检测传感器40位于与该多个感测位线S_BL1～S_BLn相交的该多个感测字线S_WL_1～S_WL_m与该多个字线WL_1～WL_m之间。
磁化对检测传感器40包括开关器件T及传感器S。此处，传感器S可为MTJ或GMR器件。
开关器件T具有连接至该感测位线S_BL的漏极、连接至该传感器S的一端子的源极、以及连接至该字线WL的栅极。该传感器S的另一端子连接至感测字线S_WL。
该多个感测位线S_BL1～S_BLn逐个连接至多个感测放大器SA1～SAn。该多个感测放大器SA1～SAn接收多个参比电压REF_1～REF_n以及一感测放大器启动信号SEN，并输出一感测放大器输出信号SA_OUT。每个参比电压REF_1～REF_n具有不同的参比电压值。
使用该磁化对检测传感器的传感单元阵列的每一列使血液成分可藉由具不同电平的参比电压REF_1～REF_n分离并进行各种分析。
在此项具体实施例中，不同的偏置电压(bias voltage)通过感测字线S_WL施加于传感器S上。该传感器S感测根据邻近材料的磁化率而不同的磁通量密度值，并输出不同的电流量。如果开关器件T的栅极接收一字线WL电压，则该开关器件T开启，以输出传感器S所感测的不同电流。
每个感测放大器SA响应感测放大器启动信号SEN而放大从感测位线S_BL施加的电流，并输出感测放大器的输出信号SA_OUT。感测放大器SA根据不同的参比电压REF输出不同的感测放大器信号SA_OUT。因此，使用磁化对检测传感器的传感单元阵列的每一行与每一列获得不同成分的特征。
图15为一示图，说明使用磁化对检测传感器的传感单元阵列的另一范例。
与图14相比，图15的传感单元阵列进一步包括多个电流调整器CC_1～CC_m。该电流调整器CC连接于感测字线S_WL与接地电压端子之间，将不同的电流施加于传感器S的铁磁层上。结果，通过根据传感器S上所施加的电流的调整以及感测字线S_WL的电压来微观地调整磁阻值，可放大传感器S中的成分分析范围。
图16为一示图，说明使用磁化对检测传感器的传感单元阵列的另一范例。
在图16的传感单元阵列中，一感测位线S_BL连接至多个感测放大器SA1～SAm。多个不同参比电压REF_1～REF_m输入与该感测位线S_BL连接的多个感测放大器SA1～SAm。
来自多个感测放大器SA1～SAm的多个感测放大器输出信号SA_OUT输出至编码器50及51，并经过编码以用于分析邻近材料的成分。
图17显示磁化对检测传感器的邻近材料的成分分析图，其取决于传感单元阵列的感测输出值。邻近材料的成分根据多个感测字线S_WL_1～S_WL_m的偏置电压分离。多个感测位线S_BL1～S_BLn中的邻近材料的成分通过多个不同的参比电压REF_1～REF_n分离。结果，整个磁化对检测传感器的传感单元阵列分离及分析邻近材料的不同特征。
图18为一时序图，说明根据本发明一项具体实施例的使用磁化对检测传感器的传感单元阵列的操作。
当时间间隔t1开始时，字线WL、感测字线S_WL、感测位线S_BL及参比电压REF启动。结果，传感器S中所感测的不同磁阻值通过感测位线S_BL输出至每个感测放大器SA。
在时间间隔t2，如果感测放大器启动信号SEN启动，则感测放大器SA放大不同的磁阻值，以输出感测放大器输出信号SA_OUT。
结果，血液成分分析装置可分析来自传感单元阵列的每个感测放大器输出信号SA_OUT，以分析邻近材料的成分。
当时间间隔t3开始时，字线WL、感测字线S_WL、感测位线S_BL及参比电压REF停用。感测放大器启动信号SEN停用，于是操作停止。
参考图19a至31，其详细说明根据本发明的第二项具体实施例的磁阻传感器与使用它的传感单元阵列。
图19a及19b为结构图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用MTJ器件的磁阻传感器。
图19a为一断面图，说明使用磁性材料的磁阻传感器。
在一项具体实施例中，磁阻传感器包括一开关器件、一MTJ器件71及一磁性材料67。
该MTJ器件71包括用作感测字线S_WL的自由铁磁层68、隧道结层69及固定铁磁层70。该开关器件包括一NMOS晶体管。该NMOS晶体管的漏极60通过接触线63连接至感测位线66。该NMOS晶体管的栅极62连接至字线65。该NMOS晶体管的源极61通过接触线64连接至阻挡导电层72，其形成于该MTJ器件71下方。
绝缘材料73，如氧化物，在该MTJ器件71的自由铁磁层68上隔离。自由铁磁层68与磁性材料67磁性耦合，以形成一源磁场(sourcing magneticfield)。整个器件由氧化物保护层74隔离。用作感测字线S_WL的自由铁磁层68中流动的电流的变化所感应的磁场的幅度得到改变。
在该磁阻传感器中，即使未从外部施加一电压，由永久磁体所组成的磁性材料67的特征也会在磁性材料67与自由铁磁层68之间感应源磁场。结果，根据磁场中所形成的磁性材料成分而区分的磁阻值可得到测量。
图19b为一断面图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用一电流线的磁阻传感器。
在一项具体实施例中，磁阻传感器包括一开关器件、一MTJ器件91及一电流线87。
该MTJ器件91包括用作感测字线S_WL的一自由铁磁层88、一隧道结层89及一固定铁磁层90。该开关器件包括一NMOS晶体管。该NMOS晶体管具有漏极80，其通过接触线83连接至感测位线86；连接至字线85的栅极82；以及通过接触线84连接至阻挡导电层92的源极81，该阻挡导电层92形成于该MTJ器件91下方。
绝缘材料93，如氧化物，在该MTJ器件91的自由铁磁层88上隔离。自由铁磁层88与电流线87(其用作一供给字线(forcing wordline)F_WL)磁性耦合以形成一源磁场。整个器件由氧化物保护层94隔离。
供给字线F_WL周围由其中流动的电流的强度以及自由铁磁层88(用作感测字线S_WL)中流动的电流的变化所感应的磁场的幅度得到改变。
在该磁阻传感器中，自由铁磁层88与电流线87之间的源磁场仅在电流线87具有一电流源时感应。结果，磁阻值根据磁场中所形成的磁性材料的成分而区分。
图20a及20b为示图，说明图19的磁阻传感器的操作特性。
如图20a所示，当磁阻传感器的邻近磁性材料为空气时，自由铁磁层68及88具有一较小的磁场强度，因为空气具有较小的磁化率。结果，所显示的磁阻较小。然而，如图20b所示，当磁阻传感器的邻近磁性材料为生物材料(血液)时，自由铁磁层68及88具有一较大的磁场强度，因为血液具有一较大的磁化率。结果，所显示的磁阻较大。
图21a至21b为示图，说明取决于图19a的使用磁性材料的磁阻传感器的感测字线S WL电压的变化的成分分离。
当一感测电压施加于一感测字线68时，血液成分开始由一低感测字线68电压按其极化特性缓慢分离，如图21a所示。如图21b所示，血液成分在较高感测字线68电压下以较大的谱分离。
因为固定铁磁层70与自由铁磁层68的邻近磁性材料的磁场强度根据感测位线68的电压值区分，故感测到不同的感测电阻值。血液成分分析装置测量磁阻传感器中不同的感测电阻值，以量化地分析血液成分。
图22a至22b为示图，说明成分分离，其取决于图19b的使用电流线的磁阻传感器的感测字线S_WL(或供给字线)电压的变化。
当一感测电压施加于感测字线88(或一供给电压施加于电流线87)时，血液成分开始藉由其极化特性由低感测字线88(或供给字线87)电压缓慢分离，如图22a所示。如图22b所示，血液成分在一较高感测字线88(或供给字线87)电压下以较大的谱分离。
因为固定铁磁层90与自由铁磁层88的邻近磁性材料的磁场强度根据感测字线88(或供给字线87)的电压值区分，故感测到不同的感测电阻值。血液成分分析装置测量磁阻传感器中不同的感测电阻值，以便量化地分析血液成分。
图23a为一布局图，说明图19a的磁阻传感器。
形成于MTJ器件71上的多个感测字线S_WL与多个感测字线S_WL相交。磁性材料67形成于部分感测字线S_WL上。感测字线S_WL与磁性材料67之间的绝缘材料73，如氧化物，隔离感测字线S_WL与磁性材料67。
图23b为一布局图，说明图19b的磁阻传感器。
多个感测位线S_BL与MTJ器件91上形成的多个感测字线S_WL交叉。多个供给字线F_WL平行形成于多个感测字线S_WL上。感测字线S_WL与供给字线F_WL之间的绝缘材料93，如氧化物，隔离感测字线S_WL与供给字线F_WL。
图24为一示图，说明使用图19a的磁阻传感器的传感单元阵列的范例。
在一项具体实施例中，使用该磁阻传感器的传感单元阵列包括多个字线WL_1～WL_m，其在行方向上与多个感测字线S_WL_1～S_WL_m平行配置；多个感测位线S_BL1～S_BLn，其在列方向上垂直于多个字线WL_1～WL_m及多个感测字线S_WL_1～S_WL_m配置。
多个磁阻传感器100位于与该多个感测位线S_BL1～S_BLn相交的该多个感测字线S_WL_1～S_WL_m与该多个字线WL_1～WL_m之间。
磁阻传感器100包括一开关器件T、一MTJ器件71及一磁性材料67。开关器件T具有连接至该感测位线S_BL的漏极、连接至该MTJ器件71的一端子的源极、以及连接至该字线WL的一栅极。MTJ器件71的另一端子连接至感测字线S_WL。MTJ器件71藉由与磁性材料67的磁性耦合形成磁场M。
该多个感测位线S_BL1～S_BLn逐个连接至该多个感测放大器SA1～SAn。该多个感测放大器SA1～SAn包括多个参比电压控制器101及102。当施加一感测放大器启动信号SEN时，该多个感测放大器SA1～SAn将从参比电压控制器101及102施加的参比电压REF与感测位线S_BL1～S_BLn的输出信号进行比较，以输出多个感测放大器输出信号SA_OUT。
参比电压控制器101控制不同的参比电压REF_1_1～REF_1_m，以将该些参比电压输出至感测放大器SA1中。参比电压控制器102控制不同的参比电压REF_n_1～REF_n_m，以将该些参比电压输出至感测放大器SAn中。每个参比电压REF被设定为具有不同的值，使得感测放大器SAn可具有不同的特征。在使用磁阻传感器的传感单元阵列中，血液成分的特征藉由不同电平的参比电压REF来作各种分析。
如果一不同的偏置电压通过感测字线S_WL施加于该MTJ器件71上，则通过与磁性材料67的磁性耦合感应出磁场。MTJ器件71感测磁阻的不同值(其取决于邻近材料的磁化率)以输出不同的电流。如果开关器件T的栅极接收一字线WL电压，则开关器件T开启。结果，开关器件T将MTJ器件71中所感测到的不同电流输出至感测位线S_BL。
感测放大器SA响应感测放大器启动信号SEN而比较并放大从感测位线S_BL施加的输出信号与自参比电压控制器101及102施加的输出信号，于是输出一感测放大器输出信号SA_OUT。使用磁阻传感器的传感单元阵列的每一行与每一列获得不同成分的特征。
图25为说明使用磁性材料的磁阻传感器的传感单元阵列的另一范例。
图25的传感单元阵列进一步包括多个A/D(模拟/数字)转换器103及104，以及一DSP(数字信号处理器)105。AD转换器103及104将从每个感测放大器SA所施加的模拟信号转换成数字信号。DSP根据数字信号处理操作转换从每个A/D转换器103及104施加的数字信号。此处，DSP 105设定不同的参比电压，以增大传感器的成分分析范围。
图26为说明图19b所示的使用电流线的磁阻传感器的传感单元阵列的一范例。
在使用磁阻传感器的传感单元阵列中，多个字线WL_1～WL_m在行方向上平行于多个感测字线S_WL_1～S_WL_m及多个供给字线F_WL_1～F_WL_m配置。在列方向上，多个感测位线S_BL1～S_BLn垂直于多个字线WL_1～WL_m、多个感测字线S_WL_1～S_WL_m及多个供给字线F_WL_1～F_WL_m配置。
多个磁阻传感器110位于多个字线WL_1～WL_m与该多个感测字线S_WL_1～S_WL_m(与多个供给字线F_WL_1～F_WL_m及多个感测位线S_BL1～S_BLn相交)之间。
磁阻传感器110包括一开关器件T、一MTJ器件91及一电流线87。开关器件T具有连接至该感测位线S_BL的漏极、连接至该MTJ器件91的一端子的源极、以及连接至该字线WL的栅极。该MTJ器件91的另一端子连接至感测字线S_WL。MTJ器件91藉由与电流线87的磁性耦合形成磁场M。此处，电流线87连接至供给字线F_WL，用于供应一供给字线电压，以感应磁场。电流控制器111控制供应至供给字线F_WL的电流。
为了在电流线87周围形成源磁场，改变感测位线S_BL中的电流量，并固定供给字线F_WL的电流量。此外，固定感测位线S_BL中的电流量，并改变供给字线F_WL中的电流量。
该多个感测位线S_BL1～S_BLn逐个连接至多个感测放大器SA1～SAn。该多个感测放大器SA1～SAn包括多个参比电压控制器112及113。当施加一感测放大器启动信号SEN时，该多个感测放大器SA1～SAn将来自感测位线S_BL1～S_BLn的输出信号与从参比电压控制器112及113施加的参比电压REF进行比较，以输出感测放大器输出信号SA_OUT。
参比电压控制器112接收参比电压REF_1_1～REF_1_m及感测放大器启动信号SEN，以输出感测放大器输出信号SA_OUT。参比电压控制器113接收参比电压REF_n_1～REF_n_m及感测放大器启动信号SEN，以输出感测放大器输出信号SA_OUT。此处，每个参比电压REF设定为具有不同的值，使得感测放大器SA可具有不同的特征。在使用磁阻传感器的传感单元阵列中，血液成分的特征藉由不同电平的参比电压REF来作不同的分析。
在一项具体实施例中，如果不同的偏置电压通过感测字线S_WL施加于MTJ器件91，且供给字线电压通过电流线87施加，则磁性耦合会感应磁场。MTJ器件91感测磁阻的不同值(其取决于邻近材料的磁化率)，并输出不同的电流。如果开关器件T的栅极接收一字线WL电压，则该开关器件T开启，以将MTJ器件91中所感测的不同电流输出至感测位线S_BL中。
感测放大器SA响应感测放大器启动信号SEN而比较并且放大从感测位线S_BL施加的输出信号与从参比电压控制器112及113施加的输出信号，以输出感测放大器输出信号SA_OUT。结果，使用磁阻传感器的传感单元阵列的每一行与每一列获得不同成分的特征。
图27为说明图19b所示的使用电流线的磁阻传感器的传感单元阵列的另一范例。
在一项具体实施例中，图27的传感单元阵列进一步包括多个A/D(模拟/数字)转换器114及115，以及一DSP(数字信号处理器)116。A/D转换器114及115将从每个感测放大器SA所施加的模拟信号转换成数字信号。DSP 116根据数字信号处理操作转换从每个A/D转换器114及115施加的信号。此处，DSP 116设定不同的参比电压，以放大传感器的成分分析范围。
图28为一成分分析图，说明使用磁性材料的磁阻传感器，其取决于感测输出值。
邻近材料的成分根据多个感测字线S_WL_1～S_WL_m的偏置电压分离。多个感测位线S_BL1～S_BLn中邻近材料的成分通过多个不同的参比电压REF_1～REF_n分离。结果，整个磁阻传感器的传感单元阵列分离并分析邻近材料的不同特征。
图29为一成分分析图，说明使用电流线的磁阻传感器，其取决于感测输出值。
此处，邻近材料的成分根据多个感测字线S_WL_1～S_WL_m的偏置电压分离。邻近材料的成分根据多个供给字线F_WL_1～F_WL_m的偏置电压分离。多个感测位线S_BL1～S_BLn中邻近材料的成分通过多个不同的参比电压REF_1～REF_n分离。结果，整个磁阻传感器的传感单元阵列分离并分析邻近材料的不同特征。
图30为一时序图，说明使用磁性材料的磁阻传感器的传感单元阵列的读取操作。
当一时间间隔t1开始时，字线WL、感测字线S WL、感测位线S_BL及参比电压REF启动。MTJ传感器71中所感测的不同磁阻值通过感测位线S_BL输出至每个感测放大器SA。
在一时间间隔t2，如果启动感测放大器启动信号SEN，则放大感测放大器SA中所感测的不同磁阻值，并输出感测放大器输出信号SA_OUT。结果，血液成分分析装置分析自传感单元阵列所输出的每个感测放大器输出信号SA_OUT，以分析邻近材料的成分。
在一时间间隔t3中，字线WL、感测字线S_WL、感测位线S_BL及参比电压REF停用。感测放大器启动信号SEN停用，并且操作停止。
图31为一时序图，说明使用电流线的磁阻传感器的传感单元阵列的读取操作。
在一时间间隔t1中，启动字线WL、供给字线F_WL、感测字线S_WL、感测位线S_BL及参比电压REF。MTJ传感器91中所感测的不同磁阻值通过感测位线S_BL输出至每个感测放大器SA。
在一时间间隔t2，如果启动感测放大器启动信号SEN，则放大感测放大器SA中所感测的不同磁阻值，并输出感测放大器输出信号SA_OUT。结果，血液成分分析装置分析自传感单元阵列所输出的每个感测放大器输出信号SA_OUT，以分析邻近材料的成分。
在时间间隔t3中，字线WL、供给字线F_WL、感测字线S_WL、感测位线S_BL及参比电压REF停用。于是，感测放大器启动信号SEN停用，并且操作停止。
以下，将参考图32a至45说明根据本发明的第三项具体实施例的巨磁阻传感器以及使用它的传感单元阵列。
图32a至32c为结构图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用磁性材料的巨磁阻传感器。
图32a为一断面图，说明使用磁性材料的巨磁阻传感器。
在一项具体实施例中，该巨磁阻传感器包括一开关器件、一GMR器件132、一感测字线133以及一供给磁性材料(forcing magnetic material)128。
此处，该GMR器件132包括一自由铁磁层129、一导电电阻器130及一固定铁磁层131。
该开关器件包括一NMOS晶体管。该NMOS晶体管包括漏极120，其通过一接触线123连接至一感测位线126；该开关器件的连接至一字线125的栅极122；以及通过一接触线124连接至导电电阻器130的一部分的源极121。感测字线133形成于导电电阻器130的另一部分上。
该器件由氧化物保护层134加以绝缘。阻挡导电层127形成于该感测位线126下方。
图32b为一平面图，说明使用磁性材料的巨磁阻传感器。
GMR器件132形成于感测位线126上，且磁性材料128形成于GMR器件132上。
图32c为一断面图，说明使用磁性材料的巨磁阻传感器。
参考图32c，藉由磁性材料128与自由铁磁层129之间的磁性耦合形成一磁场。整个器件由氧化物保护层134加以绝缘。结果，施加于感测字线133上的电压的变化所感应的磁场的大小得到改变。
在该巨磁阻传感器中，由永久磁体所组成的磁性材料128在自由铁磁层129与磁性材料128之间感应一磁场。结果，可测量取决于磁场中所形成的磁性材料成分的不同磁阻值。
图33a及33b为示图，说明图32的巨磁阻传感器的操作特性。
如图33a所示，当巨磁阻传感器的邻近磁性材料为空气时，自由铁磁层129具有较小的磁场强度，因为空气具有较小的磁化率。结果，所显示的磁阻较小。然而，如图33b所示，当巨磁阻传感器的邻近磁性材料为生物材料(血液)时，自由铁磁层129具有一较大的磁场强度，因为血液具有一较大的磁化率。结果，所显示的磁阻较大。
图34a及34b为示图，说明成分分离，其取决于图32的巨磁阻传感器的感测字线电压的变化。
当一感测电压施加于一感测字线133时，血液成分开始由一低感测字线133电压按其极化特性缓慢分离，如图34a所示。如图34b所示，血液成分在较高感测字线133电压中以较大的谱分离。
在通过自由铁磁层129与磁性材料128的磁性耦合所形成的磁场中，感测到不同的磁阻值，因为邻近磁性材料的磁通量密度有区别。血液成分分析装置测量巨磁阻传感器中的不同感测电阻值，以量化地分析血液成分。
图35a及35b为示图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用供给字线的一巨磁阻传感器。
在一项具体实施例中，该巨磁阻传感器包括一开关器件、一GMR器件152、一感测字线153以及一供给字线148。
该GMR器件152包括一自由铁磁层149、一导电电阻器150及一固定铁磁层151。
该开关器件包括一NMOS晶体管。该NMOS晶体管包括漏极140，其通过接触线143连接至感测位线146；连接至字线145的栅极142；以及通过接触线144连接至导电电阻器150的一部分的源极141。感测字线153形成于导电电阻器150的另一部分上。
整个器件由氧化物保护层154加以绝缘。阻挡导电层147形成于感测位线146下方。
图35b为一断面图，说明使用供给字线的巨磁阻传感器。
参考图35b，通过自由铁磁层149与GMR器件152的供给字线148之间的磁性耦合在供给字线148周围形成磁场。整个器件由氧化物保护层154加以绝缘。结果，通过施加于供给字线148上的电流的幅度在供给字线148周围感应出的磁场的大小得到改变。
在巨磁阻传感器中，通过自由铁磁层149与供给字线148(由电流源所组成)之间的磁性耦合在供给字线148周围感应一磁场。结果，测量取决于磁场中所形成的磁性材料成分的不同磁阻值。
图36a及36b为示图，说明图35的巨磁阻传感器的操作特性。
如图36a所示，当巨磁阻传感器的邻近磁性材料为空气时，自由铁磁层149具有一较小的磁场强度，因为空气具有较小的磁化率。结果，所显示的磁阻较小。然而，如图36b所示，当巨磁阻传感器的邻近磁性材料为生物材料(血液)时，自由铁磁层149具有一较大的磁场强度，因为血液具有一较大的磁化率。结果，所显示的磁阻较大。
图37a与37b为示图，说明成分分离，其取决于图35的使用供给字线F_WL的巨磁阻传感器的供给字线F_WL电压的变化。
当一感测电压施加于一供给字线148时，血液成分开始由一低供给字线148电压按其极化特性缓慢分离，如图37a所示。如图37b所示，血液成分在较高供给字线148电压中以较大的谱分离。
结果，在通过自由铁磁层149与供给字线148之间的磁性耦合所形成的磁场中，根据因供给字线148的电压值所区分的邻近磁性材料的磁化密度感测不同的磁阻值。血液成分分析装置测量巨磁阻传感器中的不同的感测电阻值，以量化地分析血液成分。
图38及39为示图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用巨磁阻传感器的传感单元阵列。
在使用巨磁阻传感器的传感单元阵列中，多个字线WL_1～WL_m在行方向上平行于多个感测字线S_WL_1～S_WL_m配置。在列方向上，多个感测位线S_BL1～S_BLn垂直于多个字线WL_1～WL_m及多个感测字线S_WL_1～S_WL_m配置。
该多个感测字线S_WL_1～S_WL_m逐个地包括多个感测字线S_WL驱动器161。该多个感测字线S_WL驱动器161对应地将不同的偏置电压施加于多个感测字线S_WL上。
多个巨磁阻传感器160位于该多个字线WL_1～WL_m、该多个感测字线S_WL_1～S_WL_m及该多个感测位线S_BL1～S_BLn之间。
磁阻传感器160包括一开关器件T、一GMR器件132及一磁性材料128。
开关器件T具有连接至该感测位线S_BL的漏极、连接至该GMR器件132的一端子的源极、以及连接至该字线WL的栅极。该GMR器件132的另一端子连接至感测字线S_WL。GMR器件132藉由与磁性材料128的磁性耦合形成磁场M。
该多个感测位线S_BL1～S_BLn逐个连接至该多个感测放大器SA1～SAn。当施加感测放大器启动信号SEN时，该多个感测放大器SA1～SAn比较并放大来自感测位线S_BL1～S_BLn的输出信号与参比电压REF，以输出感测放大器输出信号SA_OUT。
每个参比电压REF被设定为具有不同的值，使得感测放大器可以具有不同的特征。在使用磁阻传感器的传感单元阵列中，血液成分的特征藉由不同电平的参比电压REF来作不同的分析。
在传感单元阵列中，当不同的偏置电压通过感测字线S_WL施加于GMR器件132时，通过与磁性材料128的磁性耦合来感应一磁场。GMR器件132感测不同的磁阻值(其取决于邻近材料的磁化率)以输出不同的电流。如果开关器件T的栅极接收字线WL电压，则该开关器件T开启，以将GMR器件132中所感测的不同电流输出至感测位线S_BL中。
感测放大器SA响应感测放大器启动信号SEN而比较并放大参比电压REF与从感测位线S_BL所施加的输出信号，以输出感测放大器输出信号SA_OUT。结果，使用磁阻传感器的传感单元阵列的每行与每列获得不同成分的特征。
图39为一示图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用供给字线的巨磁阻传感器的传感单元阵列。
在使用磁阻传感器的传感单元阵列中，多个字线WL_1～WL_m在行方向上平行于多个感测字线S_WL_1～S_WL_m及多个供给字线F_WL_1～F_WL_m配置。在列方向上，多个感测位线S_BL1～S_BLn垂直于该多个字线WL_1～WL_m、该多个感测字线S_WL_1～S_WL_m及该多个供给字线F_WL_1～F_WL_m配置。
该多个感测字线S_WL_1～S_WL_m包括多个感测字线S_WL驱动器171。该多个感测字线S_WL驱动器171将不同的偏置电压施加于多个感测字线S_WL上。
多个巨磁阻传感器170位于多个字线WL_1～WL_m、该多个感测字线S_WL_1～S_WL_m、多个供给字线F_WL_1～F_WL_m及多个感测位线S_BL1～S_BLn之间。
一巨磁阻传感器170包括一开关器件T、一GMR器件152以及一供给字线148。
开关器件T具有连接至该感测位线S_BL的漏极、连接至该GMR器件152的一端子的源极、以及连接至该字线WL的栅极。该GMR器件152的另一端子连接至感测字线S_WL。GMR器件152藉由与供给字线148的磁性耦合形成磁场M。
供给字线148连接至供给字线F_WL控制器173，其配置来控制供给字线F_WL驱动器172与供给字线148的电流，用于供应供给字线电压以感应一磁场。
为了在供给字线148周围形成磁场，改变感测位线S_BL中的电流量，并固定供给字线F_WL的电流量。同样地，固定感测位线S_BL中的电流量，并改变供给字线F_WL中的电流量。
该多个感测位线S_BL1～S_BLn逐个连接至该多个感测放大器SA1～SAn。当施加一感测放大器启动信号SEN时，该多个感测放大器SA1～SAn比较并放大参比电压REF与来自感测位线S_BL1～S_BLn的输出信号，以输出感测放大器输出信号SA_OUT。每个参比电压REF被设定为具有不同的值，使得感测放大器SA可具有不同的特征。
亦即，在使用巨磁阻传感器的传感单元阵列中，血液成分的特征藉由不同电平的参比电压REF来作不同的分析。
在一项具体实施例中，如果不同的偏置电压通过感测位线S_WL施加于GMR器件152上，且通过供给字线148施加供给字线电压，则通过磁性耦合感应出磁场。GMR器件152感测不同的磁阻值(其取决于邻近材料的磁化率)以输出不同的电流。如果开关器件T的栅极接收字线WL电压，则该开关器件T开启，以将GMR器件152中所感测的不同电流输出至感测位线S_BL中。
响应感测放大器启动信号SEN，感测放大器SA比较并放大参比电压REF与从感测位线S_BL所施加的输出信号。结果，使用巨磁阻传感器的传感单元阵列的每行与每列获得不同成分的特征。
图40为一布局图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用磁性材料的巨磁阻传感器的传感单元阵列。
多个感测位线S_BL与多个感测字线S_WL相交。磁性材料128形成于GMR器件132上。
图41为一布局图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用供给字线的传感单元阵列。
多个感测位线S_BL与多个感测字线S_WL及多个供给字线F_WL相交。在多个GMR器件152上，该多个供给字线F_WL平行于多个感测字线S_WL配置。
图42为一成分分析图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用磁性材料的巨磁阻传感器的传感单元阵列。
邻近材料的成分藉由多个感测字线S_WL_1～S_WL_m的偏置电压分离。多个感测位线S_BL1～S_BLn中的邻近材料的成分通过多个不同的参比电压REF_1～REF_n分离。结果，邻近材料的不同特征可在整个巨磁阻传感器的传感单元阵列中得以分析。
图43为一成分分析图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用供给字线的巨磁阻传感器的传感单元阵列。
邻近材料的成分藉由多个感测字线S_WL_1～S_WL_m的偏置电压分离。多个供给字线F_WL_1～F_WL_m中邻近材料的成分藉由被F_WL驱动器172调整的供给字线F_WL电压来分离。多个感测位线S_BL1～S_BLn中邻近材料的成分通过多个不同的参比电压REF_1～REF_n分离。结果，邻近材料的不同特征可在整个巨磁阻传感器的传感单元阵列中得以分析。
图44为一时序图，说明根据本发明一项具体实施例的使用一巨磁阻传感器的传感单元阵列的读取操作。
当时间间隔t1开始时，字线WL、感测字线S_WL、感测位线S_BL及参比电压REF启动。GMR传感器132中所感测的不同磁阻值通过感测位线S_BL输出至每个感测放大器SA。
在时间间隔t2中，如果启动感测放大器启动信号SEN，则放大感测放大器SA中所感测的不同磁阻值，并输出感测放大器输出信号SA_OUT。结果，血液成分分析装置分析来自传感单元阵列的感测放大器输出信号SA_OUT，以分析邻近材料的成分。
在时间间隔t3中，字线WL、感测字线S_WL、感测位线S_BL及参比电压REF停用。感测放大器启动信号SEN停用，并且操作停止。
图45为一时序图，说明使用供给字线的巨磁阻传感器的传感单元阵列的读取操作。
在时间间隔t1中，启动字线WL、供给字线F_WL、感测字线S_WL、感测位线S_BL及参比电压REF。GMR传感器152中所感测的不同磁阻值通过感测位线S_BL输出至感测放大器SA。
在时间间隔t2，如果启动感测放大器启动信号SEN，则放大感测放大器SA中所感测的不同磁阻值，并输出感测放大器输出信号SA_OUT。结果，血液成分分析装置分析来自传感单元阵列的感测放大器输出信号SA_OUT，以分析邻近材料的成分。
在时间间隔t3中，停用字线WL、供给字线F_WL、感测字线S_WL、感测位线S_BL及参比电压REF。感测放大器启动信号SEN停用，并且操作停止。
接着，将参考图46a至55说明根据本发明第四项具体实施例的磁化孔检测传感器以及使用它的传感单元阵列。
图46a与46b为结构图，说明根据本发明的一项具体实施例的磁化孔检测传感器(magnetization hole detection sensor)。
在一项具体实施例中，磁化孔检测传感器包括一电流线180、一自由铁磁层181及MTJ(GMR)器件185。电流线180接收电流，以形成感应磁场。自由铁磁层181形成于电流线180的一部分上。MTJ(或GMR)器件185形成于电流线180的另一部分上。
此处，MTJ器件185包括一自由铁磁层182、一隧道结层183及一固定铁磁层184。当一预定电流施加于电流线180时，一感应磁场通过自由铁磁层181及182与其间的邻近材料而形成于电流线180周围。
如图46a所示，当两个自由铁磁层181与182之间有高磁化率的材料时，自由铁磁层181及182具有高的磁通量密度。结果，感应磁场的大小显示为较大。另一方面，如图46b所示，当两个自由铁磁层181与182之间有低磁化率的材料时，自由铁磁层181及182具有低的磁通量密度。结果，感应磁场的大小显示为较小。
因此，在MTJ(或GMR)器件185的自由铁磁层182的磁场线中，通过使用中间邻近材料的磁化率(根据邻近材料的成分而区分)可获得磁阻的变化值。
图47a及47b为断面图及平面图，其说明根据本发明的一项具体实施例的使用MTJ器件的磁化孔检测传感器。
在一项具体实施例中，磁化孔检测传感器包括一开关器件、一电流线180、一自由铁磁层181及一MTJ器件185。电流线180接收一供给字线电流，以将一磁场感应于MTJ器件185的自由铁磁层182上。此处，MTJ器件185包括一自由铁磁层182、一隧道结层183及一固定铁磁层184。一阻挡导电层186形成于自由铁磁层182之下。
一感测字线187形成于MTJ器件185的固定铁磁层184上。整个器件由氧化物保护层188隔离。具有预定尺寸的感测孔189形成于自由铁磁层181与MTJ器件185之间。邻近材料的成分暴露于感测孔189中。
该开关器件T包括一NMOS晶体管。该NMOS晶体管具有漏极190，其通过一接触线193连接至一感测位线196；连接至一字线195的栅极192；以及通过接触孔194连接至阻挡导电层186的源极191，该阻挡导电层186形成于该MTJ器件185下方。
图48为一示图，说明根据本发明一项具体实施例的磁化孔检测传感器的感测孔189类型。
在一项具体实施例中，水平方向被设定为取决于自由铁磁层181与182之间的距离的变量，且垂直方向被设定为取决于自由铁磁层181与182的面积S的变量。结果，邻近材料的成分的尺寸可根据自由铁磁层181与182之间的距离d予以分离，且与邻近材料的尺寸对应的成分量可根据自由铁磁层181与182之间的面积S进行量化地分析。
图49a及49b为示图，说明磁化率的变化，其取决于根据本发明的一项具体实施例的使用MTJ器件185的磁化孔检测传感器的感测孔189的尺寸。
如图49a所示，当自由铁磁层181与182之间的距离较短时，感测孔189的尺寸变得较小。尺寸大于感测孔189的邻近材料的成分无法渗透进感测孔189。结果，藉由感测暴露于感测孔189中的邻近材料197的磁化常数u，可感测尺寸较小的邻近材料197的成分。
如图49b所示，当自由铁磁层181与182之间的距离较长时，感测孔189的尺寸变得较大。尺寸小于感测孔189的邻近材料的成分可渗透进感测孔189。结果，藉由感测暴露于感测孔189中的邻近材料197的磁化常数u，可感测尺寸较大的邻近材料197的成分。
图50a及50b为结构图，说明根据本发明的一项具体实施例的使用GMR器件的磁化孔检测传感器。
在一项具体实施例中，磁化孔检测传感器包括一开关器件、一电流线200、一自由铁磁层201及一GMR器件205。电流线200接收供给字线电流，以将一磁场感应于一自由铁磁层202上。此处，GMR器件205包括一自由铁磁层202、一感测导电层203及一固定铁磁层204。
感测字线206形成于GMR器件205的固定铁磁层204上。整个器件由氧化物保护层207加以绝缘。具有预定尺寸的感测孔208形成于自由铁磁层201与GMR器件205之间。欲感测的邻近材料的成分暴露于感测孔208中。
该开关器件包括一NMOS晶体管。该NMOS晶体管具有漏极209，其通过接触线212连接至感测位线215；连接至字线214的栅极211；以及通过接触线213连接至该GMR器件205的感测导电层203的源极210。
图51a及51b为示图，说明磁化率的变化，其取决于图50的使用GMR器件205的磁化孔检测传感器的感测孔的尺寸。
如图51a所示，当自由铁磁层201与202之间的距离较短时，感测孔208的尺寸变得较小。尺寸大于感测孔208的邻近材料的成分无法渗透进感测孔208。结果，藉由感测暴露于感测孔208中的邻近材料217的磁化常数u，可感测尺寸较小的邻近材料217的成分。
如图51b所示，当自由铁磁层201与202之间的距离较长时，感测孔208的尺寸变大。尺寸小于感测孔208的邻近材料的成分可渗透进感测孔208。结果，藉由感测暴露于感测孔208中的邻近材料217的磁化常数u，可感测尺寸较大的邻近材料217的成分。
图52为一示图，说明根据本发明一项具体实施例的使用磁化孔检测传感器的传感单元阵列的一范例。
在使用磁化孔检测传感器的传感单元阵列中，多个字线WL_1～WL_m在行方向上平行于多个供给字线F_WL_1～F_WL_m及多个感测字线S_WL_1～S_WL_m配置。在列方向上，多个感测位线S_BL1～S_BLn垂直于多个供给字线F_WL_1～F_WL_m、多个感测字线S_WL_1～S_WL_m及多个字线WL_1～WL_m配置。
多个磁化孔检测传感器220位于多个供给字线F_WL_1～F_WL_m、多个感测字线S_WL_1～S_WL_m、多个字线WL_1～WL_m及多个感测位线S_BL1～S_BLn之间。
磁化孔检测传感器220包括一开关器件T、一传感器S及用于感应磁场的一电流线L。此处，传感器S可为一MTJ或GMR器件。
开关器件T具有连接至该感测位线S_BL的漏极、连接至该传感器S的一端子的源极、以及连接至一字线WL的栅极。该传感器S的另一端子连接至感测字线S_WL。
电流线L的一端子与供给字线F_WL连接，而另一端子则与多个电流调整器CC_1～CC_m分别连接。连接于电流线L与一接地电压端子之间的多个电流调整器CC将用于产生感应磁场的电流施加于电流线L上。
该多个感测位线S_BL1～S_BLn逐个连接至多个感测放大器SA1～SAn。多个感测放大器SA1～SAn接收多个参比电压REF_1～REF_n以及多个感测放大器启动信号SEN，以输出感测放大器输出信号SA_OUT。此处，该多个参比电压REF_1～REF_n的每一个均具有不同的参比电压值。亦即，在使用磁化孔检测传感器的传感单元阵列中，血液成分的特征藉由不同电平的参比电压REF来作不同的分析。
如果启动字线WL，则开关器件T导通。结果，根据传感器S中所感测的磁通量密度，不同的电流值输出至感测位线S_BL中。
感测放大器SA根据感测放大器启动信号SEN放大从感测位线S_BL施加的电流，以输出感测放大器输出信号SA_OUT。因此，使用磁化孔检测传感器的传感单元阵列的每行与每列获得不同成分的特征。
图53为一示图，说明使用磁化孔检测传感器的传感单元阵列的另一范例。
在图53的传感单元阵列中，一感测位线S_BL连接至多个感测放大器SA1～SAm。一感测位线S_BL连接至对应地接收多个不同的参比电压REF_1～REF_m的多个感测放大器SA1～SAm。
来自多个感测放大器SA1～SAm的多个感测放大器输出信号SA_OUT输出至编码器221及222，并被编码以用于分析其中的邻近材料的成分。
图54为一成分分析图，说明磁化孔检测传感器，其取决于传感单元阵列的感测输出值。
感测孔189及208位于多个感测字线S_WL与多个感测位线S_BL之间。邻近材料的成分根据比较感测位线S_BL的输出值与不同的参比电压REF予以分离。结果，在使用磁化孔检测传感器的传感单元阵列中，可分离及分析邻近材料的不同特征。
图55为一时序图，说明根据本发明一项具体实施例的使用磁化孔检测传感器的传感单元阵列的读取操作。
在时间间隔t1中，启动字线WL、感测字线S_WL、供给字线F_WL、感测位线S_BL及参比电压REF。于是，传感器S中所感测的不同输出值通过感测位线S_BL输出至每个感测放大器SA。
在时间间隔t2中，如果启动感测放大器启动信号SEN，则比较并放大感测放大器SA中所感测的不同输出值与参比电压REF，且输出感测放大器输出信号SA_OUT。结果，血液成分分析装置分析来自传感单元阵列的每个感测放大器输出信号SA_OUT，以分析邻近材料的成分。
在时间间隔t3中，停用字线WL、感测字线S_WL、供给字线F_WL、感测位线S_BL及参比电压REF。感测放大器启动信号SEN停用，并且操作停止。
以下，将参考图56至64说明根据本发明的第五项具体实施例的介电常数传感器以及使用它的传感单元阵列。
图56为一示图，说明根据本发明的一项具体实施例的一介电常数传感器。
在一项具体实施例中，介电常数传感器包括一开关器件T及一传感电容器S_C。
该开关器件T包括一NMOS晶体管。该NMOS晶体管具有连接至感测位线S_BL的漏极、连接至字线WL的栅极，以及连接至传感电容器S_C的第二电极的源极。传感电容器S_C的第一电极连接至感测极板线S_PL。结果，根据传感电容器S_C的电容检测感测位线S_BL的不同感测电压。
图57a及57b为断面图及平面图，说明根据本发明的一项具体实施例的介电常数传感器。
在一项具体实施例中，NMOS晶体管具有通过接触线233连接至感测位线236的漏极230；连接至字线235的栅极232，以及连接至传感电容器的第二电极238的源极231。该传感电容器的第一电极237连接至感测极板线S_PL。一感测孔240形成于第一电极237与该传感电容器的第二电极238之间。感测孔240相应于两个电极之间的距离以及感测电极的面积。而且，整个器件由氧化物保护层239加以绝缘。
在介电常数传感器中，根据第一电极237与第二电极238之间的距离以及感测电极的面积形成感测孔240。欲感测的邻近材料的成分暴露于感测孔240中。
图58为一示图，说明根据本发明的一项具体实施例的介电常数传感器的感测孔240的类型。
在一项具体实施例中，水平方向被设定为变数，其取决于自由铁磁层237与238之间的距离，且垂直方向被设定为变数，其取决于自由铁磁层237与238的面积S。结果，邻近材料的成分尺寸可根据自由铁磁层237与238之间的距离予以分离，且与邻近材料的尺寸对应的成分量可根据自由铁磁层237与238之间的面积S进行量化地分析。
图59a及59b为示图，说明介电常数的变化，其取决于根据本发明的一项具体实施例的介电常数传感器的感测孔的尺寸。
如图59a所示，当自由铁磁层237与238之间的距离较短时，感测孔240的尺寸变得较小。尺寸大于感测孔240的邻近材料的成分无法渗透进感测孔240。结果，藉由感测暴露于感测孔240中的邻近材料的介电常数ε，可感测尺寸较小的邻近材料241的成分。
如图59b所示，当自由铁磁层237与238之间的距离较长时，感测孔240的尺寸变得较大。尺寸小于感测孔240的邻近材料241的成分可渗透进感测孔240。结果，藉由感测暴露于感测孔240中的邻近材料241的介电常数ε，可感测尺寸较大的邻近材料的成分。
图60为一示图，说明根据本发明一项具体实施例的使用介电常数传感器的传感单元阵列的一范例。
在使用介电常数传感器的传感单元阵列中，多个字线WL_1～WL_m在行方向上平行于多个感测极板线S_PL_1～S_PL_m配置。在列方向上，多个感测位线S_BL1～S_BLn垂直于多个字线WL_1～WL_m及多个感测极板线S_PL_1～S_PL_m配置。
多个介电常数传感器250位于该多个字线WL_1～WL_m、该多个感测极板线S_PL_1～S_PL_m及该多个感测位线S_BL1～S_BLn之间。
介电常数传感器250包括一开关器件T与一传感电容器S_C。开关器件T具有连接至该感测位线S_BL的漏极、连接至传感电容器S_C的第二电极的源极、以及连接至字线WL的栅极。传感电容器S_C的第一电极连接至感测极板线S_PL。
该多个感测位线S_BL1～S_BLn逐个连接至多个感测放大器SA1～SAn。多个感测放大器SA1～SAn接收多个参比电压REF_1～REF_n以及多个感测放大器启动信号SEN，以输出多个感测放大器输出信号SA_OUT。此处，该多个参比电压REF_1～REF_n的每一个均具有不同的参比电压值。
使用该介电常数传感器的传感单元阵列的每列使血液成分可藉由具有不同电平的参比电压REF_1～REF_n分离并进行不同分析。
如果启动字线WL，则开关器件T开启，以将根据传感电容器S_C的电容所感测的电压输出至感测位线S_BL中。
响应感测放大器启动信号SEN，感测放大器SA放大从感测位线S_BL施加的感测电压。感测放大器SA响应不同的参比电压REF输出不同的感测放大器输出信号SA_OUT。结果，使用介电常数传感器的传感单元阵列的每行与每列获得不同成分的特征。
图61为一示图，说明根据本发明一项具体实施例的使用介电常数传感器的传感单元阵列的另一范例。
在图61的传感单元阵列中，一感测位线S_BL连接至多个感测放大器SA1～SAm。每个感测放大器SA1～SAm对应地接收多个不同的参比电压REF_1～REF_m。
来自多个感测放大器SA1～SAm的多个感测放大器输出信号SA_OUT输出至编码器221及222，并被编码以用于分析其中邻近材料的成分。
图62为一示图，说明根据本发明的一项具体实施例的一感测位线S_BL与一参比电压REF之间的关系。
多个感测位线S_BL1～S_BLm输出在一传感电容器S_C通过一开关晶体管(switching transistor)T感测的多个感测电压电平。多个感测放大器SA比较从多个感测位线S_BL1～S_BLm施加的多个感测电压电平与多个不同的参比电压REF_1～REF_m，以确定哪些参比电压电平REF_1～REF_m对应于所感测的邻近材料成分。
图63为一成分分析图，说明根据本发明的一项具体实施例的介电常数传感器。
多个感测孔240位于多个感测极板线S_PL与多个感测位线S_BL之间。邻近材料的成分根据比较感测位线S_BL的输出值与不同的参比电压REF予以分离。结果，在使用介电常数传感器的传感单元阵列中，可分离及分析邻近材料的不同特征。
图64为一时序图，说明根据本发明一项具体实施例的使用介电常数传感器的传感单元阵列的读取操作。
在时间间隔t1中，字线WL、感测极板线S_PL、感测位线S_BL及参比电压REF启动。在传感电容器S_C中所感测的不同感测电压值通过感测位线S_BL输出至每个感测放大器SA。然后，感测放大器SA比较并放大参比电压REF与通过感测位线S_BL所输入的感测电压值。
在时间间隔t2中，如果启动感测放大器启动信号SEN，则放大感测放大器SA中所感测的不同感测电压值，然后输出感测放大器输出信号SA_OUT。
血液成分分析装置分析来自传感单元阵列的每个感测放大器输出信号SA_OUT，以分析邻近材料的成分。
在时间间隔t3中，停用字线WL、感测极板线S_PL、感测位线S_BL及参比电压REF。感测放大器启动信号SEN停用，并且操作停止。
如上所述，在传感单元阵列的一项具体实施例中，可在一较短时间内同时分析邻近材料的各种成分。亦即，使用生物传感器、化合物成分分析传感器及皮肤辨认传感器可在纳秒的时间水平上分析邻近材料的成分。
此外，因为传感单元阵列的芯片尺寸较小，故可减少测试样本。
虽然特定具体实施例已藉由附图中的范例显示，并在此处加以详细说明，但是本发明允许有各种修正及替代形式。然后，应明白，本发明不限于所公开的特定形式。相反地，本发明涵盖所附权利要求所定义的本发明的精神与范畴内的所有修正、等效物与替代。
权利要求
1.一种生物传感器，包括磁性隧道结(MTJ)器件，其包括自由铁磁层、隧道结层及固定铁磁层；开关器件，其形成于该MTJ器件的该固定铁磁层下，并配置来用于将该MTJ器件中所感测的电流输出至感测位线中；以及感测字线，其形成于该自由铁磁层上，用于将不同的偏置电压施加于该MTJ器件上，其中当该固定铁磁层的磁场穿透进入该自由铁磁层中时，使得自开关器件输出的电流根据磁通量密度而变化，该磁通量密度取决于邻近材料。
2.如权利要求1的生物传感器，还包括阻挡导电层，该阻挡导电层形成于该MTJ器件的该固定铁磁层下方。
3.如权利要求2的生物传感器，其中该开关器件包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该阻挡导电层；以及栅极，其连接至字线。
4.如权利要求1的生物传感器，还包括形成于该MTJ器件、该开关器件及该感测字线上的氧化物保护层。
5.一种生物传感器，包括巨磁阻(GMR)器件，其包括自由铁磁层、导电电阻器及固定铁磁层；开关器件，其形成于该GMR器件的该固定铁磁层下，并配置来用于将该GMR器件中所感测的电流输出至感测位线中；以及感测字线，其连接至该导电电阻器的一电极，用于将不同的偏置电压施加于该GMR器件，其中当该固定铁磁层的磁场穿透进入该自由铁磁层中时，从该开关器件输出的电流根据磁通量密度而变化，该磁通量密度取决于邻近材料。
6.如权利要求5的生物传感器，其中该开关器件包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该导电电阻器的另一电极；以及栅极，其连接至字线。
7.如权利要求5的生物传感器，还包括形成于该GMR器件、该开关器件及该感测字线上的氧化物保护层。
8.一种使用生物传感器的传感单元阵列，包括多个感测字线，其与多个字线平行配置；多个感测位线，其垂直于该多个感测字线及该多个字线配置；多个磁化对检测传感器，其连接至该多个感测字线、该多个字线及该多个感测位线，用于感测磁通量密度的不同值，该磁通量密度取决于邻近材料；以及多个感测放大器，其连接至该多个感测位线。
9.如权利要求8的传感单元阵列，其中该多个磁化对检测传感器包括连接至该多个感测位线的一相同感测位线的一个或多个磁化对检测传感器。
10.如权利要求8的传感单元阵列，其中该多个磁化对检测传感器的每一个包括开关器件，其具有连接至感测位线的漏极、以及连接至字线的栅极；以及传感器，其具有连接至该开关器件的源极的第一端子、以及连接至感测字线的第二端子。
11.如权利要求8的传感单元阵列，其中该多个磁化对检测传感器的每一个包括MTJ器件，其包括自由铁磁层、隧道结层及固定铁磁层；第一开关晶体管，其形成于该MTJ器件的该固定铁磁层下方，并配置来将该MTJ器件中所感测的电流输出至感测位线中；以及感测字线，其形成于该自由铁磁层上，用于将不同的偏置电压施加于该MTJ器件上，其中当该固定铁磁层的磁场穿透进入该自由铁磁层中时，从该第一开关晶体管所输出的电流根据磁通量密度而变化，该磁通量密度取决于邻近材料。
12.如权利要求11的传感单元阵列，还包括阻挡导电层，该阻挡导电层形成于该MTJ器件的该固定铁磁层下方。
13.如权利要求12的传感单元阵列，其中该第一开关晶体管包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该阻挡导电层；以及栅极，其连接至字线。
14.如权利要求11的传感单元阵列，还包括形成于该MTJ器件、该第一开关晶体管、及该感测字线上的第一氧化物保护层。
15.如权利要求8的传感单元阵列，其中该多个磁化对检测传感器的每一个包括GMR器件，其包括自由铁磁层、具有第一与第二电极的导电电阻器、及固定铁磁层；第二开关晶体管，其形成于该GMR器件的该固定铁磁层下方，用于将该GMR器件中所感测的电流输出至感测位线中；以及感测字线，其连接至该导电电阻器的一电极，用于将不同的偏置电压施加于该GMR器件，其中当该固定铁磁层的磁场线穿透进入该自由铁磁层中时，从该第二开关晶体管所输出的电流根据磁通量密度而变化，该磁通量密度取决于邻近材料。
16.如权利要求15的传感单元阵列，其中该第二开关晶体管包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该导电电阻器的另一电极；以及栅极，其连接至字线。
17.如权利要求15的传感单元阵列，还包括形成于该GMR器件、该第二开关晶体管、以及该感测字线上的第二氧化物保护层。
18.如权利要求8的传感单元阵列，其中该多个感测放大器逐个连接至该多个感测位线，以及其中当接收到不同于感测放大器启动信号的参比电压时，放大施加于该多个感测位线上的感测信号，并输出感测放大器输出信号。
19.如权利要求8的传感单元阵列，还包括连接于该多个感测字线与接地电压端子之间的多个电流调整器，用于调整施加于该多个磁化对检测传感器上的电流。
20.如权利要求8的传感单元阵列，其中该多个感测放大器包括连接至该多个感测位线的同一条感测位线上的一个或多个感测放大器，当接收到不同于感测放大器启动信号的参比电压时，该些感测放大器放大施加于该感测位线上的感测信号，并输出多个感测放大器输出信号。
21.如权利要求20的传感单元阵列，还包括编码器，用于对该多个感测放大器输出信号进行编码，以分析该些感测信号。
22.如权利要求8的传感单元阵列，还包括成分分析装置，用于分析从该多个感测放大器输出的多个感测放大器信号，以分析邻近材料的不同成分。
23.一种生物传感器，包括MTJ器件，其包括配置来接收感测字线电压的自由铁磁层、隧道结层、以及固定铁磁层；铁磁材料，其形成于该自由铁磁层上，用于形成一磁场，其取决于与该自由铁磁层的磁性耦合；以及开关器件，其形成于该MTJ器件的该固定铁磁层下方，并用于将该MTJ器件中所感测的电流输出至感测位线，其中从该开关器件输出的电流根据磁阻值而变化，该磁阻值取决于邻近材料。
24.如权利要求23的生物传感器，还包括阻挡导电层，该阻挡导电层形成于该MTJ器件的该固定铁磁层下方。
25.如权利要求24的生物传感器，其中该开关器件包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该阻挡导电层；以及栅极，其连接至字线。
26.如权利要求23的生物传感器，还包括形成于该MTJ器件、该开关器件及该磁性材料上的氧化物保护层。
27.如权利要求23的生物传感器，还包括形成于该MTJ器件与该磁性材料之间的绝缘材料。
28.一种生物传感器，包括MTJ器件，其包括配置来接收感测字线电压的自由铁磁层、隧道结层、以及固定铁磁层；电流线，其形成于该自由铁磁层上，用于接收供给字线电压，并形成磁场，其取决于与该自由铁磁层的磁性耦合；以及开关器件，其形成于该MTJ器件的该固定铁磁层下方，并配置来将该MTJ器件中所感测的电流输出至感测位线中，其中从该开关器件输出的电流根据磁阻值而变化，该磁阻值取决于邻近材料。
29.如权利要求28的生物传感器，还包括阻挡导电层，该阻挡导电层形成于该MTJ器件的该固定铁磁层下方。
30.如权利要求29的生物传感器，其中该开关器件包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该阻挡导电层；以及栅极，其连接至字线。
31.如权利要求28的生物传感器，还包括形成于该MTJ器件、该开关器件、及该电流线上的氧化物保护层。
32.如权利要求28的生物传感器，还包括形成于该MTJ器件与该电流线之间的绝缘材料。
33.一种使用生物传感器的传感单元阵列，包括多个感测字线，其与多个字线平行配置；多个感测位线，其垂直于该多个感测字线及该多个字线配置；多个磁阻传感器，其连接至该多个感测字线、该多个字线及该多个感测位线；以及多个感测放大器，其连接至该多个感测位线，其中根据在由与磁性材料的磁性耦合所感应的磁场中所形成的邻近材料的成分，每个磁阻传感器根据由该些磁性材料所产生的磁场感测到不同的磁阻值。
34.如权利要求33的传感单元阵列，其中该多个磁阻传感器包括与该感测位线连接的一个或多个磁阻传感器。
35.如权利要求33或34的传感单元阵列，其中该多个磁阻传感器的每一个包括开关器件，其具有连接至感测位线的漏极、以及连接至字线的栅极；第一MTJ器件，其具有连接至该开关器件的源极的一端子，以及连接至感测字线的另一端子；以及第一磁性材料，其用于形成磁场，该磁场取决于与该第一MTJ器件的磁性耦合。
36.如权利要求33的传感单元阵列，其中该多个磁阻传感器的每一个包括第二MTJ器件，其包括接收感测字线电压的自由铁磁层、隧道结层及固定铁磁层；第二磁性材料，其形成于该自由铁磁层上，用于形成磁场，其取决于与该自由铁磁层的磁性耦合；以及第一开关晶体管，其形成于该第二MTJ器件的该自由铁磁层下方，用于将该第二MTJ器件中所感测的电流输出至感测位线中，其中从该第一开关晶体管所输出的电流根据该磁场上所形成的邻近材料的磁阻值而变化。
37.如权利要求36的传感单元阵列，还包括阻挡导电层，该阻挡导电层形成于该第二MTJ器件的该固定铁磁层下方。
38.如权利要求37的传感单元阵列，其中该第一开关晶体管包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该阻挡导电层；以及栅极，其连接至字线。
39.如权利要求36的传感单元阵列，还包括形成于该第二MTJ器件、该第一开关晶体管、以及该第二磁性材料上的氧化物保护层。
40.如权利要求36的传感单元阵列，还包括形成于该第二MTJ器件与该第二磁性材料之间的绝缘材料。
41.如权利要求33的传感单元阵列，还包括多个参比电压控制器，其配置来将不同的参比电压输出至逐个连接至该多个感测位线的该多个感测放大器。
42.如权利要求33的传感单元阵列，还包括多个模拟/数字转换器，其配置来将从该多个感测放大器输出的模拟感测放大器输出信号转换成数字信号；以及数字信号处理器，其用于将来自该多个模拟/数字转换器的输出信号转换成数字信号。
43.如权利要求33的传感单元阵列，还包括成分分析装置，用于分析从该多个感测放大器输出的多个感测放大器信号，以分析邻近材料的不同成分。
44.一种使用生物传感器的传感单元阵列，包括多个感测字线，其平行于多个字线及多个供给字线配置；多个感测位线，其垂直于该多个感测字线、该多个字线及该多个供给字线配置；多个磁阻传感器，其连接于该多个感测字线、该多个字线、该多个供给字线及该多个感测位线之间，并配置来在电压施加于该多个供给字线的至少一个上时，根据由电流线所产生的磁场感测不同的磁阻值；以及多个感测放大器，其连接至该多个感测位线。
45.如权利要求44的传感单元阵列，其中该多个磁阻传感器包括与相同感测位线连接的一个或多个磁阻传感器。
46.如权利要求44的传感单元阵列，其中该多个磁阻传感器的每一个包括开关器件，其具有连接至感测位线的漏极、以及连接至字线的栅极；第一MTJ器件，其具有连接至该开关器件的源极的第一端子、以及连接至感测字线的第二端子；以及第一电流线，其用于形成磁场，该磁场取决于与该第一MTJ器件的磁性耦合。
47.如权利要求44的传感单元阵列，其中该多个磁阻传感器的每一个包括第二MTJ器件，其包括接收感测字线电压的自由铁磁层、隧道结层及固定铁磁层；第二电流线，其形成于该自由铁磁层上，并配置来形成磁场，该磁场取决于与该自由铁磁层的磁性耦合；以及第一开关晶体管，其形成于该第二MTJ器件的该固定铁磁层下方，并配置来将该第二MTJ器件中所感测的电流输出至感测位线中，其中从该第一开关晶体管输出的电流根据磁阻值而变化，该磁阻值取决于该磁场上所形成的邻近材料。
48.如权利要求47的传感单元阵列，还包括阻挡导电层，该阻挡导电层形成于该第二MTJ器件的该固定铁磁层下方。
49.如权利要求48的传感单元阵列，其中该第一开关晶体管包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该阻挡导电层；栅极，其连接至字线。
50.如权利要求47的传感单元阵列，还包括形成于该第二MTJ器件、该第一开关晶体管及该第二电流线上的氧化物保护层。
51.如权利要求47的传感单元阵列，还包括形成于该第二MTJ器件与该第二电流线之间的绝缘材料。
52.如权利要求44的传感单元阵列，还包括多个参比电压控制器，用于将不同的参比电压输出至逐个连接至该多个感测位线的该多个感测放大器。
53.如权利要求44的传感单元阵列，还包括多个模拟/数字转换器，其配置来将从该多个感测放大器输出的模拟感测放大器输出信号转换成数字信号；以及数字信号处理器，其用于将来自该多个模拟/数字转换器的输出信号转换成数字信号。
54.如权利要求44的传感单元阵列，还包括多个电流控制器，用于控制供应至该多个供给字线的电流。
55.如权利要求44的传感单元阵列，还包括成分分析装置，用于分析从该多个感测放大器输出的多个感测放大器信号，以分析邻近材料的不同成分。
56.一种生物传感器，包括晶体管，其具有连接至字线的栅极、以及连接至感测位线的漏极；以及传感电容器，其具有连接至感测极板线的第一电极、以及连接至该晶体管的源极的第二电极，其中从该晶体管输出的感测电压根据该传感电容器的介电常数而变化。
57.如权利要求56的生物传感器，其中该晶体管的该源极连接至该第二电极。
58.如权利要求56的生物传感器，还包括形成于该晶体管、以及该感测位线上的氧化物保护层。
59.如权利要求56的生物传感器，其中该传感电容器在该第一电极与该第二电极之间形成感测孔，并根据该第一电极与该第二电极之间的距离分离该些邻近材料成分的尺寸，且根据该感测孔的面积分离该些邻近材料成分的量。
60.一种使用生物传感器的传感单元阵列，包括多个感测极板线，其与多个字线平行配置；多个感测位线，其垂直于该多个字线及该多个感测极板线配置；多个介电常数传感器，其与该多个字线、该多个感测极板线、及该多个感测位线连接，并配置来感测电容器的两个电极之间形成的邻近材料的不同的介电常数；以及多个感测放大器，其连接至该多个感测位线。
61.如权利要求60的传感单元阵列，其中该多个介电常数传感器包括连接至该多个感测位线的同一感测位线的一个或多个介电传感器。
62.如权利要求60的传感单元阵列，其中该多个介电常数传感器的每一个包括晶体管，其具有连接至字线的栅极、以及连接至该感测位线的漏极；传感电容器，其具有连接至感测极板线的第一电极、以及连接至该晶体管的源极的第二电极，其中从该晶体管输出的感测电压根据该传感电容器的电容而变化。
63.如权利要求62的传感单元阵列，其中该晶体管的该源极连接至该第二电极。
64.如权利要求63的传感单元阵列，还包括形成于该晶体管以及该感测位线上的氧化物保护层。
65.如权利要求62的传感单元阵列，该传感电容器在该第一电极与该第二电极之间形成感测孔，并根据该第一电极与该第二电极之间的距离分离该些邻近材料成分的尺寸，且根据该感测孔的面积分离该些邻近材料成分的量。
66.如权利要求60的传感单元阵列，其中逐个连接至该多个感测位线的该多个感测放大器接收不同于感测放大器启动信号的参比电压，并放大施加于该多个感测位线上的感测电压，以输出感测放大器输出信号。
67.如权利要求60的传感单元阵列，其中该多个感测放大器的一个或多个连接至该相同的感测位线，接收不同于感测放大器启动信号的参比电压，并放大施加于该相同感测位线上的感测电压，以输出多个感测放大器输出信号。
68.如权利要求67的传感单元阵列，还包括编码器，配置来对该多个感测放大器输出信号进行编码，以分析该些感测电压。
69.如权利要求60的传感单元阵列，还包括成分分析装置，用于分析从该多个感测放大器输出的多个感测放大器信号，以分析邻近材料的不同成分。
70.一种生物传感器，包括MTJ器件，其包括具有一方向的第一自由铁磁层、隧道结层及固定铁磁层；第二自由铁磁层，其具有与该第一自由铁磁层相同的磁通量方向，且与该第一自由铁磁层具有一预定间隔；电流线，其形成于该第一自由铁磁层和该第二自由铁磁层下方，并配置来接收电流，以感应一磁场；开关器件，其形成于该电流线下方，并配置来将该MTJ器件中所感测的电流输出至感测位线中，其中从该开关器件输出的电流根据感测孔上所暴露的邻近材料的磁化率而变化，该感测孔形成于该第一自由铁磁层与该第二自由铁磁层之间。
71.如权利要求70的生物传感器，还包括感测字线，其形成于该MTJ器件的该固定铁磁层上；以及阻挡导电层，其形成于该第一自由铁磁层下方。
72.如权利要求71的生物传感器，其中该开关器件包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该阻挡导电层；以及栅极，其连接至字线。
73.如权利要求70的生物传感器，还包括形成于该MTJ器件、该第二自由铁磁层、该电流线、该开关器件、及该感测字线上的氧化物保护层。
74.如权利要求70的生物传感器，其中该传感电容器在该第一自由铁磁层与该第二自由铁磁层之间形成感测孔，并根据该第一自由铁磁层与该第二自由铁磁层之间的距离分离该些邻近材料成分的尺寸，且根据该感测孔的面积分离该些邻近材料成分的量。
75.一种生物传感器，包括GMR器件，其包括第一自由铁磁层、感测导电层及固定铁磁层；第二自由铁磁层，其具有与该第一自由铁磁层相同的磁通量方向，且与该第一自由铁磁层具有一预定间隔；电流线，其形成于该第一自由铁磁层及该第二自由铁磁层下方，并配置来接收电流，以感应一磁场；开关器件，其形成于该电流线下方，用于将该GMR器件中所感测的电流输出至感测位线中；其中从该开关器件输出的电流根据感测孔上所暴露的邻近材料的磁化率而变化，该感测孔形成于该第一自由铁磁层与该第二自由铁磁层之间。
76.如权利要求75的生物传感器，还包括形成于该GMR器件的该固定铁磁层上的感测字线。
77.如权利要求75的生物传感器，其中该开关器件包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该感测导电层；以及栅极，其连接至字线。
78.如权利要求75的生物传感器，还包括形成于该GMR器件、该第二自由铁磁层、该电流线、该开关器件、及该感测字线上的氧化物保护层。
79.如权利要求75的生物传感器，其中该传感电容器在该第一自由铁磁层与该第二自由铁磁层之间形成感测孔，并根据该第一自由铁磁层与该第二自由铁磁层之间的距离分离该些邻近材料成分的尺寸，且根据该感测孔的面积分离该些邻近材料成分的量。
80.一种使用生物传感器的传感单元阵列，包括多个字线，其平行于多个供给字线及多个感测字线配置；多个感测位线，其垂直于该多个供给字线、该多个感测字线及该多个字线配置；多个磁化孔检测传感器，其与该多个供给字线、该多个感测字线、该多个字线及该多个感测位线连接，并配置来感测不同的磁化率，其取决于两个自由铁磁层之间所形成的感测孔中所暴露的邻近材料；以及多个感测放大器，其连接至该多个感测位线。
81.如权利要求80的传感单元阵列，其中该多个磁化孔检测传感器包括与相同感测位线连接的一个或多个磁化孔检测传感器。
82.如权利要求80的传感单元阵列，其中该多个磁化孔检测传感器的每一个包括开关器件，其具有连接至感测位线的漏极、以及连接至字线的栅极；传感器，其具有连接至该开关器件的源极的一端子、以及连接至感测字线的另一端子；以及第一电流线，其连接至供给字线，用于将一磁场感应于该传感器上。
83.如权利要求80的传感单元阵列，其中该多个磁化孔检测传感器的每一个包括MTJ器件，其包括具有一磁通量方向的第一自由铁磁层、隧道结层及固定铁磁层；第二自由铁磁层，其具有与该第一自由铁磁层相同的磁通量方向，且与该第一自由铁磁层具有一预定间隔；第二电流线，其形成于该第一自由铁磁层及该第二自由铁磁层下方，用于接收电流，以感应一磁场；以及第一开关晶体管，其形成于该第二电流线下方，用于将该MTJ器件中所感测的电流输出至一感测位线中，其中从该第一开关晶体管输出的电流根据第一感测孔上所暴露的邻近材料的磁化率而变化，该第一感测孔形成于该第一自由铁磁层与该第二自由铁磁层之间。
84.如权利要求83的传感单元阵列，还包括第一感测字线，其形成于该MTJ器件的该固定铁磁层上；以及阻挡导电层，其形成于该第一自由铁磁层下方。
85.如权利要求84的传感单元阵列，其中该第一开关晶体管包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该阻挡导电层；栅极，其连接至字线。
86.如权利要求83的传感单元阵列，还包括形成于该MTJ器件、该第二自由铁磁层、该电流线及该开关器件上的第一氧化物保护层。
87.如权利要求83的传感单元阵列，其中该多个磁化孔检测传感器的每一个在该第一自由铁磁层与该第二自由铁磁层之间形成第一感测孔，并根据邻近材料的尺寸和该第一自由铁磁层与该第二自由铁磁层之间的距离分离邻近材料成分，且根据该第一感测孔的面积分离该些邻近材料成分的量。
88.如权利要求80的传感单元阵列，其中该多个磁化孔检测传感器的每一个包括GMR器件，其包括第三自由铁磁层、感测导电层及固定铁磁层；第四自由铁磁层，其具有与该第三自由铁磁层相同的磁通量方向，且与该第三自由铁磁层具有一预定间隔；第三电流线，其形成于该第三自由铁磁层及该第四自由铁磁层下方，并配置来接收电流，以感应一磁场；以及第二开关晶体管，其形成于该第三电流线下方，用于将该GMR器件中所感测的电流输出至感测位线中，其中从该第二开关晶体管所输出的电流根据第二感测孔上所暴露的邻近材料的磁化率而变化，该第二感测孔形成于该第三自由铁磁层与该第四自由铁磁层之间。
89.如权利要求88的传感单元阵列，还包括形成于该GMR器件的该固定铁磁层上的第二感测字线。
90.如权利要求88的传感单元阵列，其中该第二开关晶体管包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该感测导电层；以及栅极，其连接至字线。
91.如权利要求88的传感单元阵列，还包括形成于该GMR器件、该第四自由铁磁层、该第二电流线及该第二开关晶体管上的第二氧化物保护层。
92.如权利要求88的传感单元阵列，其中该多个磁化孔检测传感器的每一个在该第三自由铁磁层与该第四自由铁磁层之间形成第二感测孔，并根据该第三自由铁磁层与该第四自由铁磁层之间的距离分离具有一尺寸的邻近材料成分，并且根据该第二感测孔的面积分离邻近材料成分的量。
93.如权利要求80的传感单元阵列，其中该多个感测放大器逐个连接至该多个感测位线，并接收不同于感测放大器启动信号的参比电压，并放大施加于该多个感测位线上的感测信号，以输出感测放大器输出信号。
94.如权利要求80的传感单元阵列，还包括连接于该多个感测字线与接地电压端子之间的多个电流调整器，并且其配置来调整施加于该多个磁化孔检测传感器上的电流。
95.如权利要求80的传感单元阵列，其中该多个感测放大器包括连接至相同感测位线的一个或多个感测放大器，其接收不同于感测放大器启动信号的参比电压，并放大施加于该相同感测位线上的感测信号，以输出多个感测放大器输出信号。
96.如权利要求95的传感单元阵列，还包括编码器，其配置来对该多个感测放大器输出信号进行编码，以分析该些感测信号。
97.如权利要求80的传感单元阵列，还包括成分分析装置，用于分析从该多个感测放大器输出的多个感测放大器输出信号，以分析邻近材料的不同成分。
98.一种生物传感器，包括GMR器件，其包括自由铁磁层、导电电阻器及固定铁磁层；磁性材料，其形成于该自由铁磁层上，用于形成一磁场，其取决于与该自由铁磁层的磁性耦合；感测字线，其形成于该导电电阻器的一部分上，并配置来接收感测字线电压；以及开关器件，其形成于该导电电阻器的另一部分下方，并配置来将该GMR器件中所感测的电流输出至感测位线中，其中从该开关器件输出的电流根据该磁场中所形成的邻近材料的磁阻值而变化。
99.如权利要求98的生物传感器，还包括形成于该感测位线下方的阻挡导电层。
100.如权利要求98的生物传感器，其中该开关器件包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该导电电阻器的另一较低部分；以及栅极，其连接至字线。
101.如权利要求98的生物传感器，还包括形成于该GMR器件、该感测字线、该开关器件及该磁性材料上的氧化物保护层。
102.一种生物传感器，包括GMR器件，其包括自由铁磁层、导电电阻器及固定铁磁层；供给字线，其形成于该自由铁磁层上，并配置来接收供给字线电压，并形成一磁场，其取决于与该自由铁磁层的磁性耦合；感测字线，其形成于该导电电阻器的一部分上；以及开关器件，其形成于该导电电阻器的另一部分下方，并配置来将该GMR器件中所感测的电流输出至感测位线中，其中从该开关器件所输出的电流根据该磁场中所形成的邻近材料的磁阻值而变化。
103.如权利要求102的生物传感器，还包括形成于该感测位线下方的阻挡导电层。
104.如权利要求102的生物传感器，其中该开关器件包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该导电电阻器的另一较低部分；以及栅极，其连接至字线。
105.如权利要求102的生物传感器，还包括形成于该GMR器件、该感测字线、该开关器件及该供给字线上的氧化物保护层。
106.一种使用生物传感器的传感单元阵列，包括多个字线，其与多个感测字线平行配置；多个感测位线，其垂直于该多个感测字线及该多个字线配置；多个巨磁阻传感器，其与该多个感测字线、该多个字线及该多个感测位线连接，并配置来感测磁场上所形成的邻近材料的磁阻值，该磁场由与磁性材料的磁性耦合所感应；多个感测字线驱动器，用于将不同的偏置电压施加于该多个感测字线；以及多个感测放大器，其连接至该多个感测位线。
107.如权利要求106的传感单元阵列，其中该多个巨磁阻传感器包括连接至该多个感测位线的同一感测位线的一个或多个巨磁阻传感器。
108.如权利要求106的传感单元阵列，其中该多个巨磁阻传感器的每一个包括开关器件，其具有连接至感测位线的漏极、以及连接至字线的栅极；以及第一GMR器件，其具有连接至该开关器件的源极的第一端子、以及连接至感测字线的第二端子；以及第一磁性材料，其用于形成一磁场，该磁场取决于与该第一GMR器件的磁性耦合。
109.如权利要求106的传感单元阵列，其中该多个巨磁阻传感器的每一个包括第二GMR器件，其包括自由铁磁层、导电电阻器及固定铁磁层；第二磁性材料，其形成于该自由铁磁层上，用于形成一磁场，其取决于与该自由铁磁层的磁性耦合；感测字线，其形成于该导电电阻器的一部分上，并配置来接收感测字线电压；第一开关晶体管，其形成于该导电电阻器的另一较低部分下方，并配置来将该第二GMR器件中所感测的电流输出至感测位线中，其中从该第一开关晶体管所输出的电流根据该磁场上所形成的邻近材料的磁阻值而变化。
110.如权利要求109的传感单元阵列，还包括形成于该感测位线下方的阻挡导电层。
111.如权利要求109的传感单元阵列，其中该第一开关晶体管包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该导电电阻器的另一较低部分；栅极，其连接至字线。
112.如权利要求109的传感单元阵列，还包括形成于该第二GMR器件、该感测字线、该第一开关晶体管及该第二磁性材料上的氧化物保护层。
113.如权利要求106的传感单元阵列，其中当启动感测放大器启动信号时，该多个感测放大器比较并放大多个不同的参比电压与自该多个感测位线施加的输出信号，并且输出多个不同的感测放大器输出信号。
114.如权利要求106的传感单元阵列，还包括成分分析装置，其用于分析从该多个感测放大器输出的多个感测放大器信号，以分析邻近材料的不同成分。
115.一种使用生物传感器的传感单元阵列，包括多个供给字线，其平行于多个感测字线及多个字线配置；多个感测位线，其垂直于该多个感测字线、该多个字线及该多个供给字线配置；多个巨磁阻传感器，其与该多个感测字线、该多个字线、该多个供给字线及该多个感测位线连接，并配置来感测磁场中所形成的邻近材料的磁阻值，该磁场由与该些供给字线的磁性耦合所感应；多个感测字线驱动器，用于将不同的偏置电压施加于该多个感测字线；以及多个感测放大器，其连接至该多个感测位线。
116.如权利要求115的传感单元阵列，其中该多个巨磁阻传感器包括连接至该多个感测位线的同一感测位线的一个或多个巨磁阻传感器。
117.如权利要求115的传感单元阵列，其中该多个巨磁阻传感器的每一个包括开关器件，其具有连接至感测位线的漏极、以及连接至字线的栅极；第一GMR器件，其具有连接至该开关器件的源极的一端子，以及连接至感测字线的另一端子；以及第一供给字线，其用于形成一磁场，该磁场取决于与该第一GMR器件的磁性耦合。
118.如权利要求115的传感单元阵列，其中每个巨磁阻传感器包括第二GMR器件，其包括自由铁磁层、导电电阻器及固定铁磁层；第二供给字线，其形成于该自由铁磁层上，用于形成一磁场，其取决于与该自由铁磁层的磁性耦合；感测字线，其形成于该导电电阻器的一部分上，并配置来接收感测字线电压；第一开关晶体管，其形成于该导电电阻器的另一较低部分下方，并配置来将该第二GMR器件中所感测的电流输出至感测位线中，其中从该第一开关晶体管所输出的电流根据该磁场上所形成的邻近材料的磁阻值而变化。
119.如权利要求118的传感单元阵列，还包括形成于该感测位线下方的阻挡导电层。
120.如权利要求118的传感单元阵列，其中该第一开关晶体管包括漏极，其连接至该感测位线；源极，其连接至该导电电阻器的另一较低部分；以及栅极，其连接至字线。
121.如权利要求118的传感单元阵列，还包括形成于该第二GMR器件、该感测字线、该第一开关晶体管及该第二供给字线上的氧化物保护层。
122.如权利要求118的传感单元阵列，还包括多个供给字线驱动器，其配置来将不同的供给字线电压供应至该些供给字线；以及多个字线控制器，配置来控制供应至该供给字线的电流。
123.如权利要求115的传感单元阵列，其中当启动感测放大器启动信号时，该多个感测放大器比较并放大多个不同的参比电压与从该多个感测位线施加的输出信号，并且输出多个不同的感测放大器输出信号。
124.如权利要求115的传感单元阵列，还包括成分分析装置，用于分析从该多个感测放大器输出的多个感测放大器输出信号，以分析邻近材料的不同成分。
全文摘要
本发明公开一种生物传感器及传感单元阵列。根据材料的磁化率或介电常数分析包含多个不同成分的邻近材料以确定该些成分。传感单元阵列包括例如具有磁性隧道结(MTJ)或巨磁阻(GMR)器件的磁化对检测传感器；具有MTJ器件及磁性材料(电流线)的磁阻传感器；包括传感电容器及开关器件的介电常数传感器；包括MTJ或GMR器件、电流线、自由铁磁层及开关器件的磁化孔检测传感器；以及包括GMR器件、开关器件及磁性材料(或供给字线)的巨磁阻传感器。藉由感测取决于材料成分尺寸的磁化率及介电常数，邻近材料的成分根据成分的电特征加以分离。
文档编号G01N27/327GK1510417SQ200310113330
公开日2004年7月7日 申请日期2003年11月14日 优先权日2002年12月21日
发明者姜熙福, 郑东允, 林宰亨, 朴泳震, 李启南, 张仁佑, 李承锡, 金昌锡 申请人:海力士半导体有限公司