[发明专利]一种薄膜晶体管传感像素电路、阵列和结构

说明书

本申请实施例公开了一种薄膜晶体管传感像素电路、阵列和结构，该电路包括：开关晶体管、传感晶体管、工作电极和参比电极；开关晶体管为双栅结构，包括第一栅电极、第二栅电极、第一源漏极和第二源漏极；第一栅电极和第二栅电极相连；传感晶体管为双栅结构，包括第三栅电极、第四栅电极、第三源漏极和第四源漏极；第三栅电极作为阈值电压调控电极，第四栅电极与工作电极相连；第一源漏极输出传感信号，第二源漏极与第三源漏极相连，第四源漏极与参比电极相连；参比电极设置为提供偏置电压。通过该实施例方案，使得溶液中电压维持在较低水平，并极大地提高了对分子检测的灵敏度，并保证了像素传感信号被可靠读取。

技术领域

本申请实施例涉及薄膜晶体管传感器技术，尤指一种薄膜晶体管传感像素电路、阵列和结构。

背景技术

为满足薄膜晶体管传感器对目标溶液中目标生物分子(核酸、蛋白、活性神经递质分子等)的高灵敏高通量的检测，一种有效的技术路径为构建传感阵列芯片，发挥薄膜晶体管的开关作用和信号转化作用。常用的离子敏感场效应晶体管和延展栅型场效应晶体管传感器采用单栅结构，通过参比电极和溶液对晶体管的栅极进行电偏置从而让传感器进行工作。为实现高灵敏检测，需要将晶体管的工作区域调控到亚阈值区而实现高转换效率。

但受制于有机薄膜晶体管器件的工艺制程，器件的阈值电压如果很高，则需要施加很高的参比电极电压以实现亚阈值检测。较高的参比电极偏置电压一方面将导致溶液中形成较高的电压，使得敏感电极的表面发生被控的电化学作用，损坏传感功能，另一方面，受制于有机薄膜晶体管的载流子类型，参比电极偏置电压所引起的电场限制了目标分子在溶液中向工作电极表面的移动，从而降低灵敏性。同时，有机薄膜晶体管传感器在亚阈值工作模式下工作电流很低，因此对于传感阵列中的开关晶体管的驱动能力提出了一定的挑战。

发明内容

本申请实施例提供了一种薄膜晶体管传感像素电路、阵列和结构，能够使得溶液中电压维持在较低水平，并能极大地提高对分子检测的灵敏度，保证像素传感信号被可靠读取。

本申请实施例提供了一种薄膜晶体管传感像素电路，可以包括：开关晶体管、传感晶体管、工作电极和参比电极；

所述开关晶体管为双栅结构，所述开关晶体管包括：第一栅电极、第二栅电极、第一源漏极和第二源漏极；所述第一栅电极和所述第二栅电极相连；

所述传感晶体管为双栅结构，所述传感晶体管包括：第三栅电极、第四栅电极、第三源漏极和第四源漏极；所述第三栅电极作为阈值电压调控电极，所述第四栅电极与所述工作电极相连；

所述第一源漏极设置为输出传感信号，所述第二源漏极与所述第三源漏极相连，所述第四源漏极与所述参比电极相连；

所述参比电极设置为提供偏置电压。

本申请实施例还提供了一种薄膜晶体管传感像素阵列，可以包含多个所述的薄膜晶体管传感像素电路。

在本申请的示例性实施例中，所述薄膜晶体管传感像素阵列还可以包括：行选电路、行选信号线、传感信号读出电路和列读信号线；

所述行选电路通过所述行选信号线与每行薄膜晶体管传感像素电路中的每个所述第一栅电极相连，为每个所述薄膜晶体管传感像素电路提供开关信号；

所述传感信号读出电路通过所述列读信号线与每列薄膜晶体管传感像素电路中的每个所述第一源漏极相连，用于读取每列薄膜晶体管传感像素电路中被选中的薄膜晶体管传感像素电路输出的传感信号。

在本申请的示例性实施例中，所述的薄膜晶体管传感像素阵列还可以包括：第一电源信号线、第二电源信号线和第三电源信号线；

所述第一电源信号线设置为与所述第三栅电极相连；

所述第二电源信号线设置为与所述第四源漏极相连；