バイオセンサー
【課題】それぞれ異なる複数の成分で構成された周辺物質等を誘電率に従う電気的成分に分離して分析するようにすることである。
【解決手段】バイオセンサーは、ゲート端子がワードラインに連結され、ドレイン端子がセンシングビットラインに連結されたトランジスタ素子Ｔと、第１の電極がセンシングプレートラインに連結され、第２の電極がトランジスタ素子Ｔのソース端子に連結されるセンシングキャパシタＳ＿Ｃと、を備え、センシングキャパシタＳ＿Ｃの静電容量に従い異なる誘電率をセンシングし、トランジスタ素子Ｔを介して出力されるセンシング電圧が互いに異なる値を有することになることを特徴とする。
【解決手段】バイオセンサーは、ゲート端子がワードラインに連結され、ドレイン端子がセンシングビットラインに連結されたトランジスタ素子Ｔと、第１の電極がセンシングプレートラインに連結され、第２の電極がトランジスタ素子Ｔのソース端子に連結されるセンシングキャパシタＳ＿Ｃと、を備え、センシングキャパシタＳ＿Ｃの静電容量に従い異なる誘電率をセンシングし、トランジスタ素子Ｔを介して出力されるセンシング電圧が互いに異なる値を有することになることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオセンサーに関し、誘電率感知センサーを利用し、電気的特性に従って周辺物質の成分を分析することができるようにする技術である。
【背景技術】
【０００２】
現在、殆どの半導体メモリ製造会社等は、次世代記憶素子の１つとして強磁性体物質を利用したＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction；磁気トンネル接合）素子、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistance；巨大磁気抵抗）素子等を開発している（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
先ず、ＭＴＪ素子はスピン磁気透過現象を利用するもので、絶縁層を挟んだ２つの磁性層でスピン方向が同一の場合が、異なる場合より電流透過が遥かに良く発生するという原理を適用したものである。そして、ＧＭＲ素子は巨大磁気抵抗現象を利用したもので、非磁性層を挟んだ２つの磁性層でのスピン方向が異なる場合が、同一の場合より抵抗が大きく変わる原理を適用したものである。
【０００４】
図８５及び図８６は、従来のＭＴＪ素子の動作原理を示す図である。
ＭＴＪ素子は可変強磁性層（Free Magnetic Layer）１、トンネル接合層（Tunnel Junction Layer）２及び固定強磁性層（Fixed Magnetic Layer）３で形成される。
【０００５】
ＭＴＪ素子は、固定強磁性層３の磁力線が周辺物質を介して可変強磁性層１に伝達されるとき、中間に形成された周辺物質毎に磁化率が異なることを利用して互いに異なる磁気抵抗の変化値を得ることができるようになる。すなわち、磁束密度Ｂ＝μＨ（ここで、μ；磁化率、Ｈ；磁束）で表われるが、磁化率μに従ってそれぞれ異なる磁束密度Ｂの値を得ることができる。
【０００６】
ここで、図８５に示されているように固定強磁性層３と可変強磁性層１との間に大きい磁化率μを有する物質が存在すれば、可変強磁性層１の磁束密度Ｂは大きい値を有することになる。一方、図８６に示されているように固定強磁性層３と可変強磁性層１との間に小さい磁化率μを有する物質が存在すれば、可変強磁性層１の磁束密度Ｂは小さい値を有することになる。したがって、固定強磁性層３と可変強磁性層１との間に備えられた周辺物質の磁化率μに従ってそれぞれ異なる磁気抵抗の値を得ることができるようになる。
【０００７】
図８７は、周辺物質の成分に伴う磁化率分類特性分析表である。
磁化定数μは、周辺物質の成分の種類に従ってそれぞれ異なる特性を示し、周辺物質の成分の大きさに従ってそれぞれ異なる特性を示すことが分かる。
【０００８】
また、図８８は、一般的なキャパシタ静電容量を説明するための図である。
キャパシタは第１の電極４と第２の電極５を備え、第１の電極４と第２の電極５の間の距離ｄと、キャパシタの面積Ｓに従い相違する誘電定数εを有することになる。すなわち、静電容量Ｃ＝εＳ／ｄ（ここで、Ｓはキャパシタの面積、ｄは２つの電極間の距離）になる。したがって、静電容量Ｃは誘電定数εとキャパシタの面積Ｓに比例し、２つの電極間の距離ｄと反比例する。
【０００９】
図８９は、前述のキャパシタの電圧伝達特性を説明するための図である。駆動プレートラインＰＬと接地電圧端との間に備えられた２つのキャパシタの静電容量をそれぞれＣ１，Ｃ２とし、２つのキャパシタ間のノード電圧をＶｓとする。そして、２つのキャパシタにかかる駆動電圧を駆動プレート電圧Ｖ＿ＰＬとする。このとき、ノード電圧Ｖｓ＝｛Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）｝×Ｖ＿ＰＬになる。ここで、ノード電圧Ｖｓは静電容量Ｃ１に比例し、静電容量Ｃ２に反比例する関数である。
【００１０】
図９０は、誘電定数εが周辺物質の成分の種類及び大きさに従ってそれぞれ異なる特性を示しているのを示す図である。
【００１１】
一方、生活条件の向上により人間の周辺環境又は生命延長に関する関心が日増しに増大している。そして、人間の生命を脅かす疾病が発生した以後これを治療するよりは予想される疾病を予め予防し、環境汚染の問題等を事前に防止しようとする努力が大きくなっている。
【００１２】
このため、各種の疾病、公害及び有害物質の原因要素等を予め感知するシステムが必要となった。このような傾向に歩調を合わせてバイオセンサー等は既存のその他の物理、化学センサー等と共に周辺物質の分析方法でさらに大きい比重を占めることになった。
【００１３】
このような周辺物質感知システムを利用し、人間の疾病を検診するため血液中の成分を分析するセンシング方法、混合物の成分を分析するセンシング方法、又は皮膚認識のためのセンシング方法が主に利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第５７９３６９７号明細書
【特許文献２】米国特許第６１２８２３９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、前述のセンシング方法等は主に物理的な分析方法又は化学的な成分分析方法に依存している実情である。したがって、テストのため多くの装備及び費用が必要であるだけでなく、テストのための時間が長くかかることになって短時間内に多様な周辺物質の成分を分析することができなくなるという問題点がある。
【００１６】
したがって、短時間に多様な周辺物質の成分を分析するため、前述の磁気抵抗センサー又は巨大磁気抵抗センサーを利用して周辺物質の成分を定量的に分析する方法の必要性が次第に大きくなった。さらに、前述のキャパシタの誘電率が周辺物質の種類及び大きさに従って異なることを利用し、周辺物質の成分を定量的に分析する方法の必要性が次第に大きくなった。
【００１７】
本発明は、前述のような問題点を解決するためなされたもので、次のような目的を有する。
本発明の目的は、それぞれ異なる周辺物質の成分の種類及び大きさに従って互いに異なる数値を有する誘電率をセンシングし、周辺物質の成分を電気的成分に分析することができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
ゲート端子がワードラインに連結され、ドレイン端子がセンシングビットラインに連結されたトランジスタ素子と、
第１の電極がセンシングプレートラインに連結され、第２の電極が前記トランジスタ素子のソース端子に連結されるセンシングキャパシタと、を備え、
前記センシングキャパシタの静電容量に従い異なる誘電率をセンシングし、前記トランジスタ素子を介して出力されるセンシング電圧が互いに異なる値を有することになることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のバイオセンサーにおいて、
前記トランジスタ素子及び前記センシングビットラインの上部に形成されて素子等を絶縁させるオキシド保護層をさらに備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のバイオセンサーにおいて、
前記センシングキャパシタは、前記第１の電極と第２の電極との間にセンシングホールを形成し、
前記第１の電極及び第２の電極間の距離に従い周辺物質の成分の大きさを分類し、前記センシングホールの面積に従い前記周辺物質の成分の量を分類することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、センシングセルアレイを介して速やかな時間内に周辺物質の多様な成分を同時に分析することができるようにする。すなわち、バイオセンサー、混合物成分分析センサー、皮膚認識センサーに適用されて多様な周辺物質の成分をナノセカンドの時間レベルで分析することができるようになる。
さらに、センシングセルアレイのチップのサイズが小さいため、テストのためのサンプルの試料を節約することができるようにするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るバイオセンサー及びこれを利用したセンシングセルアレイの概念図である。
【図２】本発明に係るバイオセンサーを利用したセンシングセルアレイのパッケージ及びセンシングシステムの構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係るバイオセンサーが磁化ペア感知センサーで構成される場合の、ＭＴＪ素子を利用した磁化ペア感知センサーの断面構成を示す図である。
【図４】本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質（空気）に従う基本動作特性を示す図である。
【図５】本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質（血液）に従う基本動作特性を示す図である。
【図６】ＭＴＪ素子を利用した磁化ペア感知センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
【図７】ＭＴＪ素子を利用した磁化ペア感知センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離が一層大きい場合の成分分離を示す図である。
【図８】第１の実施の形態に係るＧＭＲ素子を利用した磁化ペア感知センサーの基本構成を示す図である。
【図９】図８に示す磁化ペア感知センサーの平面構成を示す図である。
【図１０】図８に係る構成においてＡ−Ａ’面で切断したときの、ＧＭＲ素子を利用した磁化ペア感知センサーの基本的な断面構成を示す図である。
【図１１】ＧＭＲ素子を利用した磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質（空気）に従う基本動作特性を示す図である。
【図１２】ＧＭＲ素子を利用した磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質（血液）に従う基本動作特性を示す図である。
【図１３】ＧＭＲを利用した磁化ペア感知センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
【図１４】ＧＭＲを利用した磁化ペア感知センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離が一層大きい場合の成分分離を示す図である。
【図１５】第１の実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイを示す図である。
【図１６】第１の実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
【図１７】第１の実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイのさらに他の変形例を示す図である。
【図１８】第１の実施の形態に係る磁化ペア感知センサーの周辺物質の成分分析表である。
【図１９】第１の実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイにおけるリード時の動作タイミング図である。
【図２０】第２の実施の形態に係る磁性物質を利用したＭＴＪ素子を利用した磁気抵抗センサーの断面構成を示す図である。
【図２１】第２の実施の形態に係る電流ラインを利用したＭＴＪ素子を利用した磁気抵抗センサーの断面構成を示す図である。
【図２２】第２の実施の形態に係る磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質（空気）に従う動作特性を示す図である。
【図２３】第２の実施の形態に係る磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質（バイオ物質）に従う動作特性を示す図である。
【図２４】図２０に係る構造を有する磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
【図２５】図２０に係る構造を有する磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離が一層大きい場合の成分分離を示す図である。
【図２６】図２１に係る構造を有する電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンスワードライン（又は、フォーシングワードライン）電圧変化に伴う成分分離を示す図である。
【図２７】図２１に係る構造を有する電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンスワードライン（又は、フォーシングワードライン）電圧変化に伴う成分分離が一層大きい場合の成分分離を示す図である。
【図２８】第２の実施の形態に係る磁性物質を利用した磁気抵抗センサーに関するレイアウト構成を示す図である。
【図２９】第２の実施の形態に係る電流ラインを利用した磁気抵抗センサーに関するレイアウト構成を示す図である。
【図３０】図２０に示されている磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
【図３１】磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
【図３２】図２１に示されている電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
【図３３】電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
【図３４】磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
【図３５】電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
【図３６】磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
【図３７】電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
【図３８】第３の実施の形態に係る磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーの構成を示す断面図である。
【図３９】第３の実施の形態に係る磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーの構成を示す平面図である。
【図４０】図３８及び図３９に係る構成においてＡ−Ａ’面及びＢ−Ｂ’面で切断したときの、磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーの基本的な断面構成を示す図である。
【図４１】巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質（空気）に従う動作特性を示す図である。
【図４２】巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質（血液）に従う動作特性を示す図である。
【図４３】磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
【図４４】磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離が一層大きい場合の成分分離を示す図である。
【図４５】第３の実施の形態に係るフォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーの構成を示す図である。
【図４６】図４５に係る構成においてＡ−Ａ’面で切断したときの、フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーの基本的な断面構成を示す図である。
【図４７】フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質（空気）に従う動作特性を示す図である。
【図４８】フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質（血液）に従う動作特性を示す図である。
【図４９】フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーのフォーシングワードライン電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
【図５０】フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーのフォーシングワードライン電圧の変化に伴う成分分離が大きい場合の成分分離を示す図である。
【図５１】第３の実施の形態に係る磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
【図５２】第３の実施の形態に係るフォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
【図５３】磁性物質を利用したセンシングセルアレイのレイアウト構成を示す図である。
【図５４】フォーシングワードラインを利用したセンシングセルアレイのレイアウト構成を示す図である。
【図５５】磁性物質を利用したセンシングセルアレイのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
【図５６】フォーシングワードラインを利用したセンシングセルアレイのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
【図５７】磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
【図５８】フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
【図５９】第４の実施の形態に係る大きい磁化率物質を用いる場合の磁化ホール感知センサーの基本的な構成を示す図である。
【図６０】第４の実施の形態に係る小さい磁化率物質を用いる場合の磁化ホール感知センサーの基本的な構成を示す図である。
【図６１】第４の実施の形態に係るＭＴＪ素子を利用した磁化ホール感知センサーの断面構成を示す図である。
【図６２】第４の実施の形態に係るＭＴＪ素子を利用した磁化ホール感知センサーの平面構成を示す図である。
【図６３】第４の実施の形態に係る磁化ホール感知センサーのセンシングホールの類型を説明するための図である。
【図６４】ＭＴＪ素子を利用した磁化ホール感知センサーの小さいセンシングホール１８９の大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
【図６５】ＭＴＪ素子を利用した磁化ホール感知センサーの大きいセンシングホール１８９の大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
【図６６】第４の実施の形態に係るＧＭＲ素子を利用した磁化ホール感知センサーの断面構成を示す図である。
【図６７】第４の実施の形態に係るＧＭＲ素子を利用した磁化ホール感知センサーの平面構成を示す図である。
【図６８】ＧＭＲ素子を利用した磁化ホール感知センサーの小さいセンシングホールの大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
【図６９】ＧＭＲ素子を利用した磁化ホール感知センサーの大きいセンシングホールの大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
【図７０】第４の実施の形態に係る磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイを示す図である。
【図７１】第４の実施の形態に係る磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
【図７２】第４の実施の形態に係る磁化ホール感知センサーの成分分析表である。
【図７３】第４の実施の形態に係る磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
【図７４】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーの基本的な構成を示す図である。
【図７５】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーの断面構成を示す図である。
【図７６】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーの平面構成を示す図である。
【図７７】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーのセンシングホールの類型を説明するための図である。
【図７８】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーの小さいセンシングホールの大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
【図７９】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーの大きいセンシングホールの大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
【図８０】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーを利用したセンシングセルアレイを示す図である。
【図８１】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーのセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
【図８２】第５の実施の形態に係るセンシングビットラインと基準電圧レベルとの関係を説明するための図である。
【図８３】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーの成分分析表である。
【図８４】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーを利用したセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
【図８５】従来の大きい磁化率物質を用いる場合のＭＴＪ素子の動作原理を示す図である。
【図８６】従来の小さい磁化率物質を用いる場合のＭＴＪ素子の動作原理を示す図である。
【図８７】周辺物質の成分に伴う磁化率分類特性分析表である。
【図８８】一般的なキャパシタ静電容量を説明するための図である。
【図８９】図８８に示すキャパシタの電圧伝達特性を説明するための図である。
【図９０】誘電定数εが周辺物質の成分の種類及び大きさに従ってそれぞれ異なる特性を示しているのを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態に対し詳しく説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係るバイオセンサーを利用したセンシングセルアレイの概念図である。
先ず、複数のバイオセンサーをＮ個のカラムとＭ個のローからなるセンシングセルアレイに配置し、センシングセルアレイからなるバイオセンサーチップをパッケージ或いはウェーハレベルで用意する。
【００２５】
そして、周辺物質からなる成分測定データ等をそれぞれのバイオセンサーに露出させる。その後、バイオセンサーのセルアレイでそれぞれの成分測定データ等を測定し、血液成分の分析手段を利用して電気的に分析することになる。
ここで、周辺物質としては血液、ガス又はその他の溶液を用いることができ、本発明では血液成分をその実施の形態で説明する。
【００２６】
図２は、本発明に係るバイオセンサーを利用したセンシングセルアレイのパッケージ及びセンシングシステムの構成を示す図である。
センシングシステムは、センシングされた血液の成分を分析する血液成分分析手段１１と、バイオセンサー７及びそのセンシングセルアレイ６を搭載したセンシングパッケージ８を含む。センシングパッケージ８は、連結リード９を介して血液成分分析手段１１上に取り付けられた連結ボード１０上に位置するように連結される。さらに、センシングパッケージ８内のバイオセンサー７は連結線を介して連結リード９と連結される。
【００２７】
したがって、バイオセンサー７からセンシングされた周辺物質の成分データが連結リード９及び連結ボード１０を介して血液成分分析手段１１に出力される。そして、血液成分分析手段１１は測定された周辺物質の成分データを電気的成分に分離し、周辺物質の成分を定量的に分析することができるようになる。
【００２８】
このような本発明に係るバイオセンサーは、磁化ペア感知センサー、磁気抵抗センサー、巨大磁気抵抗センサー、磁化ホール感知センサー又は誘電率感知センサーで構成することができる。これに基づき、本発明に係るバイオセンサーとしての５つのセンサーをその実施の形態で説明する。具体的には、以下、本発明に係る第１〜第５の実施の形態を順に説明する。
【００２９】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る磁化ペア感知センサー及びこれを利用したセンシングセルアレイを、図３〜図１９を参照して詳しく説明する。
【００３０】
図３は、本実施の形態に係るバイオセンサーが磁化ペア感知センサーで構成される場合の、ＭＴＪ素子を利用した磁化ペア感知センサーの断面構成を示す図である。
本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーは、１つのスイッチング素子と１つのＭＴＪ素子３１を備える。
ここで、ＭＴＪ素子３１は、可変強磁性層２８、トンネル接合層２９及び固定強磁性層３０を備える。
【００３１】
そして、スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子２０はコンタクトライン２３を介してセンスビットライン２６に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子２２はワードライン２５と連結され、ソース端子２１はコンタクトライン２４を介してＭＴＪ素子３１の下部に形成されたバリヤー導電層３２と連結される。
【００３２】
さらに、ＭＴＪ素子３１の上部可変強磁性層２８にはセンスワードライン２７が連結され、全体の素子等はオキシド保護層３３により絶縁される。
このような構成を有する本実施の形態は、固定強磁性層３０の磁力線が上部可変強磁性層２８に伝達されるとき、磁化媒質の成分に従い異なって表われる磁力線の強度により互いに異なる磁気抵抗の値を測定する。
【００３３】
図４及び図５は、本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質に従う基本動作特性を示す図である。
図４に示されているように、磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質が空気である場合、空気の磁化率が低いため可変強磁性層２８の磁化密度が小さく、磁気抵抗が小さく表われる。一方、図５に示されているように磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質が血液である場合、血液の磁化率が空気より高いため可変強磁性層２８の磁化密度が大きくなり、磁気抵抗が大きく表われる。
【００３４】
図６及び図７は、ＭＴＪ素子を利用した磁化ペア感知センサーのセンスワードラインＳ＿ＷＬ電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
先ず、センスワードライン２７にセンシング電圧を印加すれば血液成分の分極特性により、図６に示されているように低いセンスワードライン２７電圧から徐々に血液成分の分離が始まる。そして、図７に示されているように高いセンスワードライン２７電圧では血液成分が一層大きいスペクトラムに分離される。
【００３５】
したがって、２つのセンシング電極である固定強磁性層３０と可変強磁性層２８の周辺磁化媒質の磁化密度がセンスワードライン２７の電圧値に従って異なることになり、センシング抵抗値が異なってセンシングされる。血液成分分析手段は、磁化ペア感知センサーからこのような互いに異なるセンシング抵抗値を測定して血液成分を定量的に分析することができるようになる。
【００３６】
また、図８は、本実施の形態に係るＧＭＲ素子を利用した磁化ペア感知センサーの基本構成を示す図である。そして、図９は、このような磁化ペア感知センサーの平面構成を示す図である。
本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーは、１つのスイッチング素子と１つのＧＭＲ素子３８を備える。
ここで、ＧＭＲ素子３８は、可変強磁性層３５、伝導性抵抗体３６及び固定強磁性層３７を備える。
【００３７】
そして、スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子２０はコンタクトライン２３を介してセンスビットライン２６に連結される。そして、ゲート端子２２はワードライン２５と連結され、ソース端子２１はコンタクトライン２４を介してＧＭＲ素子３８の伝導性抵抗体３６の一側の電極に連結される。
ＧＭＲ素子３８の伝導性抵抗体３６の他の一側の電極にはセンスワードライン３４が連結され、全体の素子等はオキシド保護層３９により絶縁される。
【００３８】
図１０は、図８に係る構成においてＡ−Ａ’面で切断したときの、ＧＭＲ素子３８を利用した磁化ペア感知センサーの基本的な断面構成を示す図である。
図１０に係る基本断面構成はＮＭＯＳトランジスタのドレイン端子２０と、センスビットライン２６と、ＧＭＲ素子３８と、オキシド保護層３９と、を示し、このような簡単な基本構成をその実施の形態で説明する。
このような構成を有する本実施の形態は、固定強磁性層３７の磁力線が上部可変強磁性層３５に伝達されるとき、磁化媒質に従い異なって表われる磁力線の強度により伝導性抵抗体３６の抵抗値が決められる。
【００３９】
図１１及び図１２は、ＧＭＲ素子を利用した磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質に従う基本動作特性を示す図である。
図１１に示されているように、磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質が空気である場合、空気の磁化率が低いため可変強磁性層３５の磁化密度が小さく、磁気抵抗の値が小さく表われる。一方、図１２に示されているように磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質が血液である場合、血液の磁化率が空気より高いため可変強磁性層３５の磁化密度が大きくなり、磁気抵抗の値が大きく表われる。
【００４０】
図１３及び図１４は、ＧＭＲを利用した磁化ペア感知センサーのセンスワードラインＳ＿ＷＬ電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
先ず、センスワードライン３４にセンシング電圧を印加すれば血液成分の分極特性により、図１３に示されているように低いセンスワードライン３４電圧から徐々に血液成分の分離が始まる。そして、図１４に示されているように高いセンスワードライン３４電圧では血液成分が一層大きいスペクトラムに分離される。
【００４１】
したがって、２つのセンシング電極である固定強磁性層３７と可変強磁性層３５の周辺磁化媒質の磁化密度がセンスワードライン３４の電圧値に従って異なることになり、センシング抵抗値が異なってセンシングされる。血液成分分析手段は、磁化ペア感知センサーからこのような互いに異なるセンシング抵抗値を測定して血液成分を定量的に分析することができるようになる。
【００４２】
図１５は、本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイを示す図である。
磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイは、ロー方向に複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍと複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍとが平行に配置される。そして、カラム方向には複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍと垂直に複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎが配置される。
【００４３】
互いに交差する複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍと、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎとの間には複数の磁化ペア感知センサー４０が備えられる。
１つの磁化ペア感知センサー４０は、１つのスイッチング素子Ｔ及び１つのセンサーＳを備える。ここで、センサーＳはＭＴＪ素子又はＧＭＲ素子で構成することができる。
【００４４】
スイッチング素子Ｔのドレイン端子はセンスビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ソース端子はセンサーＳの一端と連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結される。そして、センサーＳの他の一端はセンスワードラインＳ＿ＷＬと連結される。
さらに、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎはこれと一対一に対応する複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎと連結される。複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎは、これと対応する複数の基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎ及びセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが入力され、センスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。ここで、それぞれの基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎはそれぞれ互いに異なる基準電圧値を有する。
【００４５】
すなわち、磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイのそれぞれのカラムは、異なるレベルの基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎにより血液成分の特性が多様に分離及び分析されるようにする。
このような構成を有するセンシングセルアレイは、センスワードラインＳ＿ＷＬを介してセンサーＳに互いに異なるバイアス電圧が印加される。センサーＳは、周辺物質の磁化率に従って互いに異なる磁束密度の値をセンシングし、これに伴い互いに異なる電流を出力する。スイッチング素子Ｔは、ゲートにワードラインＷＬ電圧が印加されればターンオンされ、センサーＳを介してセンシングされた互いに異なる電流をセンスビットラインＳ＿ＢＬに出力する。
【００４６】
センスアンプＳＡは、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮに応答しセンスビットラインＳ＿ＢＬから印加される電流を増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。そして、センスアンプＳＡは互いに異なる基準電圧ＲＥＦに従い互いに異なるセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。したがって、磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイの全体的なそれぞれのローとそれぞれのカラムは、それぞれ異なる成分の特性を得ることになる。
【００４７】
図１６は、本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
図１６に示すセンシングセルアレイは、図１５に係る構成に比べて複数の電流調整部ＣＣ＿１〜ＣＣ＿ｍをさらに備える。電流調整部ＣＣは、センスワードラインＳ＿ＷＬと接地電圧端との間に備えられ、センサーＳの強磁性層に互いに異なる電流を印加する。したがって、センスワードラインＳ＿ＷＬの電圧だけでなく、センサーＳに印加される電流の調整に伴って磁気抵抗の値を微細に調整することにより、センサーＳの成分分析領域を広げるようにする。
【００４８】
図１７は、本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイのさらに他の変形例を示す図である。
図１７に示すセンシングセルアレイは、図１６に係る構成に比べて１つのセンスビットラインＳ＿ＢＬに複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍが連結されるのが相違する。１つのセンスビットラインＳ＿ＢＬに複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍが連結され、それぞれのセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍにこれと対応する複数の互いに異なる基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｍが入力される。
そして、複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍからそれぞれ出力される複数のセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴは、インコーダ５０１〜５０ｎに出力されて周辺物質の成分分析のためインコーディングされる。
【００４９】
以上のように、センシングセルアレイのそれぞれのセンシング出力値に従い、図１８に示されているように磁化ペア感知センサーの周辺物質の成分分析表を得ることができるようになる。ここで、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍはセンスワードラインＳ＿ＷＬのバイアス電圧によりそれぞれの成分が分離される。そして、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎは互いに異なる複数の基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎによりそれぞれの成分が分離される。したがって、全体の磁化ペア感知センサーのセンシングセルアレイは周辺物質のそれぞれ異なる特性を分離して分析することができるようになる。
【００５０】
図１９は、本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
先ず、ｔ１区間の進入時にワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが活性化される。したがって、センサーＳからセンシングされた互いに異なる磁気抵抗の値は、センスビットラインＳ＿ＢＬを介してそれぞれセンスアンプＳＡに出力される。
【００５１】
その後、ｔ２区間の進入時にセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化されると、センスアンプＳＡでセンシングされた互いに異なる磁気抵抗値をそれぞれ増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。
したがって、血液成分分析手段はセンシングセルアレイから出力されたそれぞれのセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを分析して周辺物質の成分を分析することができるようになる。
【００５２】
次に、ｔ２区間以後にｔ３区間に進入すれば、ワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが非活性化され、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮがディスエーブルされて動作を停止することになる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗センサー及びこれを利用したセンシングセルアレイを、図２０〜図３７を参照して詳しく説明する。
【００５４】
図２０及び図２１は、本実施の形態に係るＭＴＪ素子を利用した磁気抵抗センサーの断面構成を示す図である。
先ず、図２０は磁性物質を利用した磁気抵抗センサーの断面図である。
図２０に示す磁気抵抗センサーは、１つのスイッチング素子と、１つのＭＴＪ素子７１と、１つの磁性物質（Magnetic material）６７とを備える。
【００５５】
ここで、ＭＴＪ素子７１は、センスワードラインＳ＿ＷＬに利用される可変強磁性層６８、トンネル接合層６９及び固定強磁性層７０を備える。そして、スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子６０はコンタクトライン６３を介してセンスビットライン６６に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子６２はワードライン６５と連結され、ソース端子６１はコンタクトライン６４を介してＭＴＪ素子７１の下部に形成されたバリヤー導電層７２と連結される。
【００５６】
さらに、ＭＴＪ素子７１の可変強磁性層６８の上部にはオキシド等の絶縁物質７３で絶縁されており、可変強磁性層６８と磁性物質６７が磁気結合されてソーシング磁場（Sourcing magnetic field）を形成する。そして、全体の素子等はオキシド保護層７４により絶縁される。したがって、本発明はセンスワードラインＳ＿ＷＬに利用される可変強磁性層６８に流れる電流の変化により誘導される磁場の大きさが変化する。
【００５７】
このような構成を有する本実施の形態に係る磁気抵抗センサーは、外部から電圧が印加されない場合も永久磁石からなる磁性物質６７の特性により、可変強磁性層６８と磁性物質６７との間にソーシング磁場が誘導される。したがって、磁場に形成された磁化媒質の成分に従い互いに異なって表われる磁気抵抗の値を測定する。
【００５８】
図２１は、電流ラインを利用した磁気抵抗センサーの断面図である。
図２１に示す磁気抵抗センサーは、１つのスイッチング素子と、１つのＭＴＪ素子９１と、１つの電流ライン（Current line）８７とを備える。
【００５９】
ここで、ＭＴＪ素子９１は、センスワードラインＳ＿ＷＬに利用される可変強磁性層８８、トンネル接合層８９及び固定強磁性層９０を備える。そして、スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子８０はコンタクトライン８３を介してセンスビットライン８６に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子８２はワードライン８５と連結され、ソース端子８１はコンタクトライン８４を介してＭＴＪ素子９１の下部に形成されたバリヤー導電層９２と連結される。
【００６０】
さらに、ＭＴＪ素子９１の可変強磁性層８８の上部にはオキシド等の絶縁物質９３で絶縁されており、可変強磁性層８８とフォーシングワードラインＦ＿ＷＬに利用される電流ライン８７が磁気結合されてソーシング磁場を形成する。そして、全体の素子等はオキシド保護層９４により絶縁される。
したがって、この磁気抵抗センサーは、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬに流れる電流の強度によりフォーシングワードラインＦ＿ＷＬの周辺に誘導される磁場と、センスワードラインＳ＿ＷＬに利用される可変強磁性層８８に流れる電流の変化に伴い誘導される磁場との大きさが変化する。
【００６１】
このような構成を有する本実施の形態に係る磁気抵抗センサーは、電流ライン８７に電流ソースがある場合にのみ可変強磁性層８８と電流ライン８７との間にソーシング磁場が誘導される。したがって、磁場に形成された磁化媒質の成分に従い互いに異なって表われる磁気抵抗の値を測定する。
【００６２】
図２２及び図２３は、本実施の形態に係る磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質に従う動作特性を示す図である。
図２２に示されているように、磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質が空気である場合、空気の磁化率が低いため可変強磁性層６８、８８の磁化密度が小さく、磁気抵抗が小さく表われる。一方、図２３に示されているように磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質がバイオ物質（血液）である場合、血液の磁化率が空気より高いため可変強磁性層６８、８８の磁化密度が大きくなり、磁気抵抗が大きく表われる。
【００６３】
図２４及び図２５は、図２０に係る構造を有する磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンスワードラインＳ＿ＷＬ電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
先ず、センスワードライン６８にセンシング電圧を印加すれば血液成分の分極特性により、図２４に示されているように低いセンスワードライン６８電圧から徐々に血液成分の分離が始まる。そして、図２５に示されているように高いセンスワードライン６８電圧では血液成分が一層大きいスペクトラムに分離される。
【００６４】
したがって、２つのセンシング電極である固定強磁性層７０と可変強磁性層６８との周辺磁化媒質の磁化密度がセンスワードライン６８の電圧値によって異なり、磁気抵抗値が異なってセンシングされる。血液成分分析手段は、磁気抵抗センサーからこのような互いに異なる磁気抵抗値を測定して血液成分を定量的に分析することができるようになる。
【００６５】
図２６及び図２７は、図２１に係る構造を有する電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンスワードラインＳ＿ＷＬ（又は、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ）電圧変化に伴う成分分離を示す図である。
先ず、センスワードライン８８にセンシング電圧を印加すれば（又は、電流ライン８７にフォーシング電圧を印加すれば）血液成分の分極特性により、図２６に示されているように低いセンスワードライン８８（又は、フォーシングワードライン８７）電圧から徐々に血液成分の分離が始まる。そして、図２７に示されているように高いセンスワードライン８８（又は、フォーシングワードライン８７）電圧では血液成分がさらにより大きいスペクトラムに分離される。
【００６６】
したがって、２つのセンシング電極である固定強磁性層９０と可変強磁性層８８の周辺磁化媒質の磁化密度がセンスワードライン８８（又は、フォーシングワードライン８７）の電圧値によって異なることになり、磁気抵抗値が異なってセンシングされる。血液成分分析手段は、磁気抵抗センサーからこのような互いに異なる磁気抵抗値を測定して血液成分を定量的に分析することができるようになる。
【００６７】
図２８は、本実施の形態に係る磁性物質を利用した磁気抵抗センサーに関するレイアウト構成を示す図である。
センスビットラインＳ＿ＢＬとセンスワードラインＳ＿ＷＬとが互いに垂直に交差して配置され、ＭＴＪ素子７１の上部にセンスワードラインＳ＿ＷＬが形成される。そして、センスワードラインＳ＿ＷＬの上部の一面に磁性物質６７が形成される。さらに、センスワードラインＳ＿ＷＬと磁性物質６７との間にはオキシドのような絶縁物質７３が位置してセンスワードラインＳ＿ＷＬと磁性物質６７を絶縁させる。
【００６８】
さらに、図２９は、本実施の形態に係る電流ラインを利用した磁気抵抗センサーに関するレイアウト構成を示す図である。
センスビットラインＳ＿ＢＬとセンスワードラインＳ＿ＷＬとが互いに垂直に交差して配置され、ＭＴＪ素子９１の上部にセンスワードラインＳ＿ＷＬが形成される。そして、センスワードラインＳ＿ＷＬの上部にセンスワードラインＳ＿ＷＬと平行にフォーシングワードラインＦ＿ＷＬが形成される。さらに、センスワードラインＳ＿ＷＬとフォーシングワードラインＦ＿ＷＬとの間にはオキシドのような絶縁物質９３が位置してセンスワードラインＳ＿ＷＬとフォーシングワードラインＦ＿ＷＬを絶縁させる。
【００６９】
図３０は、図２０に示されている磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイは、ロー方向に複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍと複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍとが平行に配置される。そして、カラム方向には複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍと垂直に複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎが配置される。
【００７０】
互いに交差する複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍと、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎとの間には複数の磁気抵抗センサー１００が備えられる。
１つの磁気抵抗センサー１００は、１つのスイッチング素子Ｔ、１つのＭＴＪ素子７１及び１つの磁性物質６７を備える。スイッチング素子Ｔのドレイン端子はセンスビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ソース端子はＭＴＪ素子７１の一端と連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結される。そして、ＭＴＪ素子７１の他の一端はセンスワードラインＳ＿ＷＬと連結される。さらに、ＭＴＪ素子７１は磁性物質６７との磁気結合により磁場Ｍを形成する。
【００７１】
さらに、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎはこれと一対一に対応する複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎと連結される。複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎは、これと対応する複数の基準電圧制御部１０１１〜１０１ｎを備える。そして、複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎはセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮを印加する際、センスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎの出力信号と基準電圧制御部１０１１〜１０１ｎから印加される基準電圧ＲＥＦ値を比べてセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。
【００７２】
基準電圧制御部１０１１は、入力される互いに異なる基準電圧ＲＥＦ＿１＿１〜ＲＥＦ＿１＿ｍを制御してセンスアンプＳＡ１に出力する。さらに、基準電圧制御部１０１ｎは入力される互いに異なる基準電圧ＲＥＦ＿ｎ＿１〜ＲＥＦ＿ｎ＿ｍを制御してセンスアンプＳＡｎに出力する。ここで、それぞれの基準電圧ＲＥＦはカラム等が互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦによりその特性が分離評価できるようにするため互いに異なる値を有する。すなわち、磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイのそれぞれのカラムは、互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦにより血液成分の特性が多様に分離及び分析されるようにする。
【００７３】
このような構成を有するセンシングセルアレイは、センスワードラインＳ＿ＷＬを介してＭＴＪ素子７１に互いに異なるバイアス電圧が印加されれば、磁性物質６７との磁気結合により磁場が誘導される。ＭＴＪ素子７１は、周辺物質の磁化率に従って互いに異なる磁気抵抗の値をセンシングし、これに伴い互いに異なる電流を出力する。スイッチング素子Ｔは、ゲートにワードラインＷＬ電圧が印加されればターンオンされ、ＭＴＪ素子７１を介してセンシングされた互いに異なる電流をセンスビットラインＳ＿ＢＬに出力する。
【００７４】
センスアンプＳＡは、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮに応答しセンスビットラインＳ＿ＢＬから印加される出力信号と基準電圧制御部１０１１〜１０１ｎから印加された出力信号とを比較及び増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。したがって、磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイの全体的なそれぞれのローとそれぞれのカラムは、それぞれ異なる成分の特性を得ることになる。
【００７５】
図３１は、磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
図３１に示すセンシングセルアレイは、図３０に係る構成に比べて複数のＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換部１０３１〜１０３ｎと、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１０５をさらに備える。Ａ／Ｄ変換部１０３１〜１０３ｎは、それぞれのセンスアンプＳＡから印加されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。ＤＳＰ１０５は、それぞれのＡ／Ｄ変換部１０３１〜１０３ｎから印加された信号をデジタル信号プロセッシング動作に従い変換して出力する。ここで、ＤＳＰ１０５はそれぞれの互いに異なる基準電圧を設けてセンサーの成分分析領域を広げるようにする。
【００７６】
また、図３２は、図２１に示されている電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイは、ロー方向に複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍが平行に配置される。そして、カラム方向には複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍと垂直に複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎが配置される。
【００７７】
互いに交差する複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍと、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎとの間には複数の磁気抵抗センサー１１０が備えられる。
１つの磁気抵抗センサー１１０は、１つのスイッチング素子Ｔ、１つのＭＴＪ素子９１及び１つの電流ライン８７を備える。
【００７８】
スイッチング素子Ｔのドレイン端子はセンスビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ソース端子はＭＴＪ素子９１の一端と連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結される。そして、ＭＴＪ素子９１の他の一端はセンスワードラインＳ＿ＷＬと連結される。さらに、ＭＴＪ素子９１は、電流ライン８７との磁気結合により磁場Ｍを形成する。ここで、電流ライン８７は磁場を誘導するためフォーシングワードライン電圧を提供するフォーシングワードラインＦ＿ＷＬと連結される。電流制御部１１１１〜１１１ｍは、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬに提供される電流を制御する。
【００７９】
電流ライン８７の周辺にソーシング磁場を形成するためセンスビットラインＳ＿ＢＬ電流の大きさを変化させ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ電流の大きさを固定させる方法がある。さらに、センスビットラインＳ＿ＢＬ電流の大きさを固定させてフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ電流の大きさを変化させる方法がある。
【００８０】
さらに、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎはこれと一対一に対応する複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎと連結される。複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎは、これと対応する複数の基準電圧制御部１１２１〜１１２ｎを備える。そして、複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎはセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮを印加する際、センスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎの出力信号と基準電圧制御部１１２１〜１１２ｎから印加される基準電圧ＲＥＦ値とを比べてセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。
【００８１】
基準電圧制御部１１２１には基準電圧ＲＥＦ＿１＿１〜ＲＥＦ＿１＿ｍ及びセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが入力されてセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。そして、基準電圧制御部１１２ｎには基準電圧ＲＥＦ＿ｎ＿１〜ＲＥＦ＿ｎ＿ｍ及びセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが入力されてセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。ここで、それぞれの基準電圧ＲＥＦはカラム等が互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦによりその特性が分離評価できるようにするため互いに異なる値を有する。すなわち、磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイのそれぞれのカラムは、互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦにより血液成分の特性が多様に分離及び分析されるようにする。
【００８２】
このような構成を有するセンシングセルアレイは、センスワードラインＳ＿ＷＬを介してＭＴＪ素子９１に互いに異なるバイアス電圧が印加され、電流ライン８７を介してフォーシングワードライン電圧が印加されれば、磁気結合により磁場が誘導される。ＭＴＪ素子９１は、周辺物質の磁化率に従って互いに異なる磁気抵抗の値をセンシングし、これに伴い互いに異なる電流を出力する。スイッチング素子Ｔは、ゲートにワードラインＷＬ電圧が印加されればターンオンされ、ＭＴＪ素子９１を介してセンシングされた互いに異なる電流をセンスビットラインＳ＿ＢＬに出力する。
【００８３】
センスアンプＳＡは、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮに応答しセンスビットラインＳ＿ＢＬから印加される出力信号と基準電圧制御部１１２１〜１１２ｎから印加された出力信号とを比較及び増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。したがって、磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイの全体的なそれぞれのローとそれぞれのカラムは、それぞれ異なる成分の特性を得ることになる。
【００８４】
図３３は、電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
図３３に示すセンシングセルアレイは、図３２に係る構成に比べて複数のＡ／Ｄ変換部１１４１〜１１４ｎと、ＤＳＰ１１６をさらに備える。Ａ／Ｄ変換部１１４１〜１１４ｎは、それぞれのセンスアンプＳＡから印加されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。ＤＳＰ１１６は、それぞれのＡ／Ｄ変換部１１４１〜１１４ｎから印加された信号をデジタル信号プロセッシング動作に従い変換して出力する。ここで、ＤＳＰ１１６はそれぞれの互いに異なる基準電圧を設けてセンサーの成分分析領域を広げるようにする。
【００８５】
図３４は、磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
ここで、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍはセンスワードラインＳ＿ＷＬのバイアス電圧によりそれぞれの成分が分離される。そして、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎは互いに異なる複数の基準電圧ＲＥＦによりそれぞれの成分が分離される。したがって、全体の磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイは周辺物質のそれぞれ異なる特性を分離して分析することができるようになる。
【００８６】
図３５は、電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
ここで、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍはセンスワードラインＳ＿ＷＬのバイアス電圧によりそれぞれの成分が分離される。又は、複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍはフォーシングワードラインＦ＿ＷＬのバイアス電圧によりそれぞれの成分が分離される。そして、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎは互いに異なる複数の基準電圧ＲＥＦによりそれぞれの成分が分離される。したがって、全体の磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイは周辺物質のそれぞれ異なる特性を分離して分析することができるようになる。
【００８７】
図３６は、磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
先ず、ｔ１区間の進入時にワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが活性化される。したがって、ＭＴＪ素子７１からセンシングされた互いに異なる磁気抵抗の値は、センスビットラインＳ＿ＢＬを介してそれぞれセンスアンプＳＡに出力される。
【００８８】
その後、ｔ２区間の進入時にセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化されると、センスアンプＳＡでセンシングされた互いに異なる磁気抵抗値をそれぞれ増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。したがって、血液成分分析手段はセンシングセルアレイから出力されたそれぞれのセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを分析して周辺物質の成分を分析することができるようになる。
次に、ｔ２区間以後にｔ３区間に進入すれば、ワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが非活性化され、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮがディスエーブルされて動作を停止することになる。
【００８９】
図３７は、電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
先ず、ｔ１区間の進入時にワードラインＷＬ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが活性化される。したがって、ＭＴＪ素子９１からセンシングされた互いに異なる磁気抵抗の値は、センスビットラインＳ＿ＢＬを介してそれぞれセンスアンプＳＡに出力される。
【００９０】
その後、ｔ２区間の進入時にセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化されると、センスアンプＳＡでセンシングされた互いに異なる磁気抵抗値をそれぞれ増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。したがって、血液成分分析手段はセンシングセルアレイから出力されたそれぞれのセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを分析して周辺物質の成分を分析することができるようになる。
次に、ｔ２区間以後にｔ３区間に進入すれば、ワードラインＷＬ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが非活性化され、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮがディスエーブルされて動作を停止することになる。
【００９１】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係る巨大磁気抵抗センサー及びこれを利用したセンシングセルアレイを、図３８〜図５８を参照して詳しく説明する。
【００９２】
図３８及び図３９は、本実施の形態に係る磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーの構成を示す図である。
図３８は、磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーの断面図である。
図３８に示す巨大磁気抵抗センサーは、１つのスイッチング素子、１つのＧＭＲ素子１３２、センスワードライン１３３及び１つの磁性物質（Forcing magnetic material）１２８を備える。
【００９３】
ここで、ＧＭＲ素子１３２は、可変強磁性層１２９、導電抵抗体１３０及び固定強磁性層１３１を備える。
そして、スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子１２０はコンタクトライン１２３を介してセンスビットライン１２６に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子１２２はワードライン１２５と連結され、ソース端子１２１はコンタクトライン１２４を介して導電抵抗体１３０の一側と連結される。導電抵抗体１３０の他の一側の上部にはセンスワードライン１３３が形成される。
さらに、全体の素子等はオキシド保護層１３４により絶縁され、センスビットライン１２６の下部にはバリヤー導電層１２７が形成される。
【００９４】
図３９は、磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーの平面図である。
センスビットライン１２６の上部にＧＭＲ素子１３２が形成され、ＧＭＲ素子１３２の上部に磁性物質１２８が形成される。
【００９５】
図４０は、図３８及び図３９に係る構成においてＡ−Ａ’面及びＢ−Ｂ’面で切断したときの、磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーの基本的な断面構成を示す図である。
図４０に示されているように、ＧＭＲ素子１３２の可変強磁性層１２９と磁性物質１２８が磁気結合されて磁場を形成する。そして、全体の素子等はオキシド保護層１３４により絶縁される。したがって、本発明はセンスワードライン１３３に印加される電圧の変化により誘導される磁場の大きさが変化する。
【００９６】
このような構成を有する本実施の形態に係る巨大磁気抵抗センサーは、永久磁石からなる磁性物質１２８により可変強磁性層１２９と磁性物質１２８との間に磁場が誘導される。したがって、磁場に形成された磁化媒質の成分に従い互いに異なって表われる磁気抵抗の値を測定する。
【００９７】
図４１及び図４２は、巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質に従う動作特性を示す図である。
図４１に示されているように、巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質が空気である場合、空気の磁化率が低いため可変強磁性層１２９の磁化密度が小さく、磁気抵抗が小さく表われる。一方、図４２に示されているように巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質がバイオ物質（血液）である場合、血液の磁化率が空気より高いため可変強磁性層１２９の磁化密度が大きくなり、磁気抵抗が大きく表われる。
【００９８】
図４３及び図４４は、磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーのセンスワードラインＳ＿ＷＬ電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
先ず、センスワードライン１３３にセンシング電圧を印加すれば血液成分の分極特性により、図４３に示されているように低いセンスワードライン１３３電圧から徐々に血液成分の分離が始まる。そして、図４４に示されているように高いセンスワードライン１３３電圧では血液成分が一層大きいスペクトラムに分離される。
【００９９】
したがって、磁性物質１２８と可変強磁性層１２９の磁気結合に伴い形成された磁場で、周辺磁化媒質の磁化密度がセンスワードライン１３３の電圧値によって異なることになり、磁気抵抗値が異なってセンシングされる。血液成分分析手段は、巨大磁気抵抗センサーからこのような互いに異なる磁気抵抗値を測定して血液成分を定量的に分析することができるようになる。
【０１００】
図４５及び図４６は、本実施の形態に係るフォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーの構成を示す図である。
図４５に示す巨大磁気抵抗センサーは、１つのスイッチング素子と、１つのＧＭＲ素子１５２、センスワードライン１５３及び１つのフォーシングワードライン（Forcing wordline）１４８を備える。
【０１０１】
ここで、ＧＭＲ素子１５２は、可変強磁性層１４９、導電抵抗体１５０及び固定強磁性層１５１を備える。
そして、スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子１４０はコンタクトライン１４３を介してセンスビットライン１４６に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子１４２はワードライン１４５と連結され、ソース端子１４１はコンタクトライン１４４を介して導電抵抗体１５０の一側と連結される。導電抵抗体１５０の他の一側の上部にはセンスワードライン１５３が形成される。
さらに、全体の素子等はオキシド保護層１５４により絶縁され、センスビットライン１４６の下部にはバリヤー導電層１４７が形成される。
【０１０２】
図４６は、図４５に係る構成においてＡ−Ａ’面で切断したときの、フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーの基本的な断面構成を示す図である。
図４６に示されているように、ＧＭＲ素子１５２の可変強磁性層１４９とフォーシングワードライン１４８とが磁気結合されてフォーシングワードライン１４８の周辺に磁場を形成する。そして、全体の素子等はオキシド保護層１５４により絶縁される。したがって、この巨大磁気抵抗センサーは、フォーシングワードライン１４８に印加される電流の強度によりフォーシングワードライン１４８の周辺に誘導される磁場の大きさが変化する。
【０１０３】
このような構成を有する本実施の形態に係る巨大磁気抵抗センサーは、電流ソースからなるフォーシングワードライン１４８と可変強磁性層１４９との磁気結合に伴い、フォーシングワードライン１４８の周辺に磁場が誘導される。したがって、磁場に形成された磁化媒質の成分に従い互いに異なって表われる磁気抵抗の値を測定する。
【０１０４】
図４７及び図４８は、フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質に従う動作特性を示す図である。
図４７に示されているように、巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質が空気である場合、空気の磁化率が低いため可変強磁性層１４９の磁化密度が小さく、磁気抵抗が小さく表われる。一方、図４８に示されているように巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質がバイオ物質（血液）である場合、血液の磁化率が空気より高いため可変強磁性層１４９の磁化密度が大きくなり、磁気抵抗が大きく表われる。
【０１０５】
図４９及び図５０は、フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーのフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
先ず、フォーシングワードライン１４８にセンシング電圧を印加すれば血液成分の分極特性により、図４９に示されているように低いフォーシングワードライン１４８電圧から徐々に血液成分の分離が始まる。そして、図５０に示されているように高いフォーシングワードライン１４８電圧では血液成分がさらにより大きいスペクトラムに分離される。
【０１０６】
したがって、２つのセンシング電極であるフォーシングワードライン１４８と可変強磁性層１４９との磁気結合に伴い形成された磁場で、周辺磁化媒質の磁化密度がフォーシングワードライン１４８の電圧値によって異なることになり、磁気抵抗値が異なってセンシングされる。血液成分分析手段は、巨大磁気抵抗センサーからこのような互いに異なる磁気抵抗値を測定して血液成分を定量的に分析することができるようになる。
【０１０７】
また、図５１は、本実施の形態に係る磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
巨大磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイは、ロー方向に複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍが平行に配置される。そして、カラム方向には複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍと垂直に複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎが配置される。
【０１０８】
さらに、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍはこれと一対一に対応する複数のＳ＿ＷＬ駆動部１６１１〜１６１ｍを備える。複数のＳ＿ＷＬ駆動部１６１１〜１６１ｍは、これと対応する複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬに互いに異なるバイアス電圧を印加する。
互いに交差する複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍと、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎとの間には複数の巨大磁気抵抗センサー１６０が備えられる。
１つの巨大磁気抵抗センサー１６０は、１つのスイッチング素子Ｔ、１つのＧＭＲ素子１３２及び１つの磁性物質１２８を備える。
【０１０９】
スイッチング素子Ｔのドレイン端子はセンスビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ソース端子はＧＭＲ素子１３２の一端と連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結される。そして、ＧＭＲ素子１３２の他の一端はセンスワードラインＳ＿ＷＬと連結される。さらに、ＧＭＲ素子１３２は磁性物質１２８との磁気結合により磁場Ｍを形成する。
【０１１０】
さらに、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎはこれと一対一に対応する複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎと連結される。複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎはセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮを印加する際、センスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎの出力信号と基準電圧ＲＥＦ値とを比較及び増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。
【０１１１】
ここで、それぞれの基準電圧ＲＥＦはカラム等が互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦによりその特性が分離評価できるようにするため互いに異なる値を有する。すなわち、巨大磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイのそれぞれのカラムは、互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦにより血液成分の特性が多様に分離及び分析されるようにする。
【０１１２】
このような構成を有する本実施の形態に係るセンシングセルアレイは、センスワードラインＳ＿ＷＬを介してＧＭＲ素子１３２に互いに異なるバイアス電圧が印加されれば、磁性物質１２８との磁気結合により磁場が誘導される。ＧＭＲ素子１３２は、周辺物質の磁化率に従い互いに異なる磁気抵抗の値をセンシングし、これに伴い互いに異なる電流を出力する。スイッチング素子Ｔは、ゲートにワードラインＷＬ電圧が印加されればターンオンされ、ＧＭＲ素子１３２を介してセンシングされた互いに異なる電流をセンスビットラインＳ＿ＢＬに出力する。
【０１１３】
センスアンプＳＡは、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮに応答しセンスビットラインＳ＿ＢＬから印加される出力信号と基準電圧ＲＥＦとを比較及び増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。したがって、巨大磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイの全体的なそれぞれのローとそれぞれのカラムは、それぞれ異なる成分の特性を得ることになる。
【０１１４】
また、図５２は、本実施の形態に係るフォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
巨大磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイは、ロー方向に複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍが平行に配置される。そして、カラム方向には複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍと垂直に複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎが配置される。
【０１１５】
さらに、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍはこれと一対一に対応する複数のＳ＿ＷＬ駆動部１７１１〜１７１ｍを備える。複数のＳ＿ＷＬ駆動部１７１１〜１７１ｍは、これと対応する複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬに互いに異なるバイアス電圧を印加する。
互いに交差する複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍと、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎとの間には複数の巨大磁気抵抗センサー１７０が備えられる。
【０１１６】
１つの巨大磁気抵抗センサー１７０は、１つのスイッチング素子Ｔ、１つのＧＭＲ素子１５２及び１つのフォーシングワードライン１４８を備える。
スイッチング素子Ｔのドレイン端子はセンスビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ソース端子はＧＭＲ素子１５２の一端と連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結される。そして、ＧＭＲ素子１５２の他の一端はセンスワードラインＳ＿ＷＬと連結される。さらに、ＧＭＲ素子１５２はフォーシングワードライン１４８との磁気結合により磁場Ｍを形成する。
【０１１７】
ここで、フォーシングワードライン１４８は磁場を誘導するためフォーシングワードライン電圧を提供するＦ＿ＷＬ駆動部１７２１〜１７２ｍ、及びフォーシングワードライン１４８の電流を制御するためのＦ＿ＷＬ制御部１７３１〜１７３ｍと連結される。
フォーシングワードライン１４８の周辺に磁場を形成するためセンスビットラインＳ＿ＢＬ電流の大きさを変化させ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ電流の大きさを固定させる方法を用いる。さらに、センスビットラインＳ＿ＢＬ電流の大きさを固定させてフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ電流の大きさを変化させる方法を利用する。
【０１１８】
さらに、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎはこれと一対一に対応する複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎと連結される。複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎはセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮを印加する際、センスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎの出力信号と基準電圧ＲＥＦ値とを比較及び増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。ここで、それぞれの基準電圧ＲＥＦはカラム等が互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦによりその特性が分離評価できるようにするため互いに異なる値を有する。
すなわち、巨大磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイのそれぞれのカラムは、互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦにより血液成分の特性が多様に分離及び分析されるようにする。
【０１１９】
このような構成を有するセンシングセルアレイは、センスワードラインＳ＿ＷＬを介してＧＭＲ素子１５２に互いに異なるバイアス電圧が印加され、フォーシングワードライン１４８を介してフォーシングワードライン電圧が印加されれば、磁気結合により磁場が誘導される。ＧＭＲ素子１５２は、周辺物質の磁化率に従って互いに異なる磁気抵抗の値をセンシングし、これに伴い互いに異なる電流を出力する。スイッチング素子Ｔは、ゲートにワードラインＷＬ電圧が印加されればターンオンされ、ＧＭＲ素子１５２を介してセンシングされた互いに異なる電流をセンスビットラインＳ＿ＢＬに出力する。
【０１２０】
センスアンプＳＡは、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮに応答しセンスビットラインＳ＿ＢＬから印加される出力信号と基準電圧ＲＥＦとを比較及び増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。したがって、巨大磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイの全体的なそれぞれのローとそれぞれのカラムは、それぞれ異なる成分の特性を得ることになる。
【０１２１】
図５３は、磁性物質を利用したセンシングセルアレイのレイアウト構成を示す図である。
センスビットラインＳ＿ＢＬとセンスワードラインＳ＿ＷＬが互いに垂直に交差して配置され、ＧＭＲ素子１３２の上部に磁性物質１２８が形成される。
【０１２２】
さらに、図５４は、フォーシングワードラインを利用したセンシングセルアレイのレイアウト構成を示す図である。
センスビットラインＳ＿ＢＬと、センスワードラインＳ＿ＷＬ及びフォーシングワードラインＦ＿ＷＬが互いに垂直に交差して配置される。ＧＭＲ素子１５２の上部にはフォーシングワードラインＦ＿ＷＬがセンスワードラインＳ＿ＷＬと平行に配置される。
【０１２３】
図５５は、磁性物質を利用したセンシングセルアレイのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
ここで、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍはセンスワードラインＳ＿ＷＬのバイアス電圧によりそれぞれの成分が分離される。そして、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎは互いに異なる複数の基準電圧ＲＥＦによりそれぞれの成分が分離される。したがって、全体の巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイは周辺物質のそれぞれ異なる特性を分離して分析することができるようになる。
【０１２４】
図５６は、フォーシングワードラインを利用したセンシングセルアレイのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
ここで、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍはセンスワードラインＳ＿ＷＬのバイアス電圧によりそれぞれの成分が分離される。又は、複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍはＦ＿ＷＬ駆動部１７２１〜１７２ｍにより調整されたフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ電圧によりそれぞれの成分が分離される。そして、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎは互いに異なる複数の基準電圧ＲＥＦによりそれぞれの成分が分離される。したがって、全体の巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイは周辺物質のそれぞれ異なる特性を分離して分析することができるようになる。
【０１２５】
図５７は、磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
先ず、ｔ１区間の進入時にワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが活性化される。したがって、ＧＭＲ素子１３２からセンシングされた互いに異なる磁気抵抗の値は、センスビットラインＳ＿ＢＬを介してそれぞれセンスアンプＳＡに出力される。
【０１２６】
その後、ｔ２区間の進入時にセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化されると、センスアンプＳＡでセンシングされた互いに異なる磁気抵抗値をそれぞれ増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。したがって、血液成分分析手段はセンシングセルアレイから出力されたそれぞれのセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを分析して周辺物質の成分を分析することができるようになる。
次に、ｔ２区間以後にｔ３区間に進入すれば、ワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが非活性化され、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮがディスエーブルされて動作を停止することになる。
【０１２７】
図５８は、フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
先ず、ｔ１区間の進入時にワードラインＷＬ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが活性化される。したがって、ＧＭＲ素子１５２からセンシングされた互いに異なる磁気抵抗の値は、センスビットラインＳ＿ＢＬを介してそれぞれセンスアンプＳＡに出力される。
【０１２８】
その後、ｔ２区間の進入時にセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化されると、センスアンプＳＡでセンシングされた互いに異なる磁気抵抗値をそれぞれ増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。したがって、血液成分分析手段はセンシングセルアレイから出力されたそれぞれのセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを分析して周辺物質の成分を分析することができるようになる。
次に、ｔ２区間以後にｔ３区間に進入すれば、ワードラインＷＬ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが非活性化され、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮがディスエーブルされて動作を停止することになる。
【０１２９】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態に係る磁化ホール感知センサー及びこれを利用したセンシングセルアレイを、図５９〜図７３を参照して詳しく説明する。
【０１３０】
図５９及び図６０は、本実施の形態に係る磁化ホール感知センサーの基本的な構成を示す図である。
図５９に示す磁化ホール感知センサーは、誘導磁場を生成するための電流が印加される電流ライン１８０、電流ライン１８０上部の一側に形成された可変強磁性層１８１、及び電流ライン１８０上部の他の一側に形成されたＭＴＪ素子（又はＧＭＲ素子）１８５を備える。
【０１３１】
ここで、ＭＴＪ素子１８５は、可変強磁性層１８２、トンネル接合層１８３及び固定強磁性層１８４を備える。したがって、電流ライン１８０に一定の電流が印加される場合、可変強磁性層１８１，１８２と２つの可変強磁性層１８１，１８２の間に形成された周辺物質を介して電流ライン１８０の周辺に誘導磁場が形成される。
もし、図５９に示されているように２つの可変強磁性層１８１，１８２の間に大きい磁化率物質が存在する場合、可変強磁性層１８１，１８２の磁束密度が大きいため誘導磁場の大きさが大きく表われる。一方、図６０に示されているように２つの可変強磁性層１８１，１８２の間に小さい磁化率物質が存在する場合、可変強磁性層１８１，１８２の磁束密度が小さいため誘導磁場の大きさが小さく表われる。
【０１３２】
したがって、ＭＴＪ素子（又はＧＭＲ素子）１８５の可変強磁性層１８２の磁力線において、中間周辺物質の磁化率が周辺物質の成分に従い互いに異なることを利用して磁気抵抗の変化値を得ることができるようになる。
図６１及び図６２は、本実施の形態に係るＭＴＪ素子を利用した磁化ホール感知センサーの断面及び平面構成を示す図である。
【０１３３】
図６１に示す磁化ホール感知センサーは、１つのスイッチング素子、ＭＴＪ素子１８５の可変強磁性層１８２に磁場を誘導するためフォーシングワードライン電流が印加される電流ライン１８０、可変強磁性層１８１及び１つのＭＴＪ素子１８５を備える。ここで、ＭＴＪ素子１８５は、可変強磁性層１８２、トンネル接合層１８３及び固定強磁性層１８４を備え、可変強磁性層１８２の下部にはバリヤー導電層１８６が形成される。
そして、ＭＴＪ素子１８５の固定強磁性層１８４の上部にはセンスワードライン１８７が形成され、全ての素子等はオキシド保護層１８８により絶縁される。さらに、可変強磁性層１８１とＭＴＪ素子１８５との間には任意の規格を有するセンシングホール１８９が形成され、センシングホール１８９にセンシングを望む周辺物質の成分が露出されるようにする。
【０１３４】
スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子１９０はコンタクトライン１９３を介してセンスビットライン１９６に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子１９２はワードライン１９５と連結され、ソース端子１９１はコンタクトライン１９４を介してＭＴＪ素子１８５の下部に形成されたバリヤー導電層１８６と連結される。
【０１３５】
図６３は、本実施の形態に係る磁化ホール感知センサーのセンシングホール１８９の類型を説明するための図である。
センシングホール１８９は、可変強磁性層１８１とＭＴＪ素子１８５の可変強磁性層１８２の距離ｄに伴う変数を横方向に設け、２つの可変強磁性層１８１，１８２の面積に伴う変数を縦方向に設ける。したがって、２つの可変強磁性層１８１，１８２間の距離に基づき周辺物質の成分の大きさを分類することができ、２つの可変強磁性層１８１，１８２間の面積に基づき周辺物質の大きさに該当する成分等の量を定量的に分析することができるようになる。
【０１３６】
図６４及び図６５は、ＭＴＪ素子１８５を利用した磁化ホール感知センサーのセンシングホール１８９の大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
図６４に示されているように、２つの可変強磁性層１８１，１８２間の距離が近い場合センシングホール１８９の大きさが小さいため、周辺物質１９７の成分の大きさがセンシングホール１８９より大きい成分等はセンシングホール１８９の内側に浸透することができない。したがって、センシングホール１８９に露出された周辺物質１９７の磁化定数μをセンシングして小さい大きさの成分のみ周辺物質１９７の特性で表わすことができるようになる。
【０１３７】
一方、図６５に示されているように、２つの可変強磁性層１８１，１８２間の距離が遠い場合センシングホール１８９の大きさが大きいため、周辺物質１９７の成分の大きさがセンシングホール１８９より小さい成分等が全てセンシングホール１８９の内側に浸透することになる。したがって、センシングホール１８９に露出された周辺物質１９７の磁化定数μをセンシングし、大きさの大きい成分等も周辺物質１９７の特性で表わすことができるようになる。
【０１３８】
また、図６６及び図６７は、本実施の形態に係るＧＭＲ素子を利用した磁化ホール感知センサーの断面及び平面構成を示す図である。
図６６に示す磁化ホール感知センサーは、１つのスイッチング素子、ＧＭＲ素子２０５の可変強磁性層２０２に磁場を誘導するためフォーシングワードライン電流が印加される電流ライン２００、可変強磁性層２０１及び１つのＧＭＲ素子２０５を備える。ここで、ＧＭＲ素子２０５は、可変強磁性層２０２、センシング伝導層２０３及び固定強磁性層２０４を備える。
【０１３９】
そして、ＧＭＲ素子２０５の固定強磁性層２０４の上部にはセンスワードライン２０６が形成され、全ての素子等はオキシド保護層２０７により絶縁される。さらに、可変強磁性層２０１とＧＭＲ素子２０５との間には任意の規格を有するセンシングホール２０８が形成され、センシングホール２０８にセンシングを望む周辺物質の成分が露出されるようにする。
【０１４０】
スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子２０９はコンタクトライン２１２を介してセンスビットライン２１５に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子２１１はワードライン２１４と連結され、ソース端子２１０はコンタクトライン２１３を介してＧＭＲ素子２０５のセンシング伝導層２０３と連結される。
【０１４１】
図６８及び図６９は、ＧＭＲ素子２０５を利用した磁化ホール感知センサーのセンシングホール２０８の大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
図６８に示されているように、２つの可変強磁性層２０１、２０２間の距離が近い場合センシングホール２０８の大きさが小さいため、周辺物質２１７の成分の大きさがセンシングホール２０８より大きい成分等はセンシングホール２０８の内側に浸透することができない。したがって、センシングホール２０８に露出された周辺物質２１７の磁化定数μをセンシングして小さい大きさの成分のみ周辺物質２１７の特性で表わすことができるようになる。
【０１４２】
一方、図６９に示されているように、２つの可変強磁性層２０１、２０２間の距離が遠い場合センシングホール２０８の大きさが大きいため、周辺物質２１７の成分の大きさがセンシングホール２０８より小さい成分等が全てセンシングホール２０８の内側に浸透することになる。したがって、センシングホール２０８に露出された周辺物質２１７の磁化定数μをセンシングし、大きさの大きい成分等も周辺物質２１７の特性で表わすことができるようになる。
【０１４３】
図７０は、本実施の形態に係る磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイを示す図である。
磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイは、ロー方向に複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍが平行に配置される。そして、カラム方向には複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍと垂直に交差して複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎが配置される。
【０１４４】
互いに交差する複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍと、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎとの間には複数の磁化ホール感知センサー２２０が備えられる。
１つの磁化ホール感知センサー２２０は、１つのスイッチング素子Ｔ、１つのセンサーＳ、及び磁場を誘導するためのソースとして１つの電流ラインＬを備える。ここで、センサーＳはＭＴＪ素子又はＧＭＲ素子で構成することができる。
【０１４５】
スイッチング素子Ｔのドレイン端子はセンスビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ソース端子はセンサーＳの一端と連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結される。そして、センサーＳの他の一端はセンスワードラインＳ＿ＷＬと連結される。
フォーシングワードラインＦ＿ＷＬは電流ラインＬの一端と連結され、電流ラインＬの他の一端には複数の電流調整部ＣＣ＿１〜ＣＣ＿ｍがそれぞれ連結される。複数の電流調整部ＣＣは電流ラインＬと接地電圧端との間に備えられ、電流ラインＬに誘導磁場を生成するための電流を印加する。
【０１４６】
さらに、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎはこれと一対一に対応する複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎと連結される。複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎはこれと対応する複数の基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎ及びセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが入力され、センスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。ここで、それぞれの基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎはそれぞれ互いに異なる基準電圧値を有する。すなわち、磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイのそれぞれのカラムは、互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎにより血液成分の特性が多様に分離及び分析されるようにする。
【０１４７】
このような構成を有するセンシングセルアレイは、ワードラインＷＬがイネーブルされればスイッチング素子Ｔがターンオンされ、センサーＳでセンシングされた磁束密度に従い相違する電流値がセンスビットラインＳ＿ＢＬに出力される。
センスアンプＳＡは、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮに応答しセンスビットラインＳ＿ＢＬから印加される電流を増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。そして、センスアンプＳＡは互いに異なる基準電圧ＲＥＦに従い互いに異なるセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。したがって、磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイの全体的なそれぞれのローとそれぞれのカラムは、それぞれ異なる成分の特性を得ることになる。
【０１４８】
図７１は、本実施の形態に係る磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
図７１に示すセンシングセルアレイは、図７０に係る構成に比べて１つのセンスビットラインＳ＿ＢＬに複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍが連結されるのが相違する。１つのセンスビットラインＳ＿ＢＬに複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍが連結され、それぞれのセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍにこれと対応する複数の互いに異なる基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｍが入力される。
【０１４９】
そして、複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍからそれぞれ出力される複数のセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴは、インコーダ２２１１〜２２２ｎに出力されて周辺物質の成分分析のためインコーディングされる。
以上のように、センシングセルアレイのそれぞれのセンシング出力値に従い、図７２に示されているように磁化ホール感知センサーの周辺物質の成分分析表を得ることができるようになる。
【０１５０】
ここで、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬと複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬとの間に備えられたセンシングホール１８９、２０８は、その大きさに伴う関数で表現することができる。さらに、センスビットラインＳ＿ＢＬの出力値と互いに異なる基準電圧ＲＥＦとの比較に従い、周辺物質の成分がそれぞれ分離される。したがって、全体の磁化ホール感知センサーのセンシングセルアレイは周辺物質のそれぞれ異なる特性を分離して分析することができるようになる。
【０１５１】
図７３は、本実施の形態に係る磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
先ず、ｔ１区間の進入時にワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが活性化される。したがって、センサーＳからセンシングされた互いに異なる出力値は、センスビットラインＳ＿ＢＬを介してそれぞれセンスアンプＳＡに出力される。
【０１５２】
その後、ｔ２区間の進入時にセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化されると、センスアンプＳＡでセンシングされた互いに異なる出力値と基準電圧ＲＥＦとをそれぞれ比較及び増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。したがって、血液成分分析手段はセンシングセルアレイから出力されたそれぞれのセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを分析して周辺物質の成分を分析することができるようになる。
次に、ｔ２区間以後にｔ３区間に進入すれば、ワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが非活性化され、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮがディスエーブルされて動作を停止することになる。
【０１５３】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態に係る誘電率感知センサー及びこれを利用したセンシングセルアレイを、図７４〜図８４を参照して詳しく説明する。
【０１５４】
図７４は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーの基本的な構成を示す図である。
図７４に示す誘電率感知センサーは、１つのスイッチング素子Ｔと１つのセンシングキャパシタＳ＿Ｃを備える。
【０１５５】
ここで、スイッチング素子ＴはＮＭＯＳトランジスタで構成される。そして、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子はセンシングビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結され、ソース端子はセンシングキャパシタＳ＿Ｃの第２の電極と連結される。さらに、センシングキャパシタＳ＿Ｃの第１の電極はセンシングプレートラインＳ＿ＰＬに連結される。したがって、センシングキャパシタＳ＿Ｃの静電容量に従いセンシングビットラインＳ＿ＢＬのセンシング電圧が相違して検出される。
【０１５６】
図７５は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーの断面構成を示す図である。図７６は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーの平面構成を示す図である。
本実施の形態に係るＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子２３０は、コンタクトライン２３３を介してセンシングビットライン２３６に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子２３２はワードライン２３５と連結され、ソース端子２３１はコンタクトライン２３４を介してセンシングキャパシタの第２の電極２３８と連結される。センシングキャパシタの第１の電極は、センシングプレートラインＳ＿ＰＬと連結される。さらに、センシングキャパシタの第１の電極２３７と第２の電極２３８との間には、２つの電極間の距離とセンシング電極の面積に対応するセンシングホール２４０が形成される。さらに、全体素子等はオキシド保護層２３９により絶縁される。
【０１５７】
このような構成を有する本実施の形態に係る誘電率感知センサーは、第１の電極２３７と第２の電極２３８間の距離とセンシング電極の面積に従いセンシングホール２４０が形成され、センシングホール２４０にセンシングするための周辺物質の成分が露出されるようにする。
【０１５８】
図７７は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーのセンシングホール２４０の類型を説明するための図である。
センシングホール２４０は、第１の電極２３７と第２の電極２３８の距離ｄに伴う変数を横方向に設け、第１の電極２３７と第２の電極２３８の面積Ｓに伴う変数を縦方向に設ける。したがって、２つの電極間の距離に基づき周辺物質の成分の大きさを分類することができ、２つの電極間の面積に基づき周辺物質の大きさに該当する成分等の量を定量的に分析することができるようになる。
【０１５９】
図７８及び図７９は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーのセンシングホールの大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
図７８に示されているように、第１の電極２３７と第２の電極２３８の間の距離が近い場合センシングホール２４０の大きさが小さいため、周辺物質２４１の成分の大きさがセンシングホール２４０より大きい成分等はセンシングホール２４０の内側に浸透することができない。したがって、センシングホール２４０に露出された周辺物質の誘電定数εをセンシングして小さい大きさの成分のみ周辺物質の特性で表わすことができるようになる。
【０１６０】
一方、図７９に示されているように、第１の電極２３７と第２の電極２３８の間の距離が遠い場合センシングホール２４０の大きさが大きいため、周辺物質２４１の成分の大きさがセンシングホール２４０より小さい成分等が全てセンシングホール２４０の内側に浸透することになる。したがって、センシングホール２４０に露出された周辺物質の誘電定数εをセンシングし、大きさの大きい成分等も周辺物質の特性で表わすことができるようになる。
【０１６１】
図８０は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーを利用したセンシングセルアレイを示す図である。
誘電率感知センサーを利用したセンシングセルアレイは、ロー方向に複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンシングプレートラインＳ＿ＰＬ＿１〜Ｓ＿ＰＬ＿ｍが平行に配置される。そして、カラム方向には複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンシングプレートラインＳ＿ＰＬ＿１〜Ｓ＿ＰＬ＿ｍと垂直に複数のセンシングビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎが配置される。
【０１６２】
互いに交差する複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンシングプレートラインＳ＿ＰＬ＿１〜Ｓ＿ＰＬ＿ｍと、複数のセンシングビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎとの間には複数の誘電率感知センサー２５０が備えられる。
１つの誘電率感知センサー２５０は、１つのスイッチング素子Ｔ及び１つのセンシングキャパシタＳ＿Ｃを備える。ここで、スイッチング素子Ｔのドレイン端子はセンシングビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ソース端子はセンシングキャパシタＳ＿Ｃの第２の電極と連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結される。そして、センシングキャパシタＳ＿Ｃの第１の電極はセンシングプレートラインＳ＿ＰＬと連結される。
【０１６３】
さらに、複数のセンシングビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎはこれと一対一に対応する複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎと連結される。複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎはこれと対応する複数の基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎ及びセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが入力され、センスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。ここで、それぞれの基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎはそれぞれ互いに異なる基準電圧値を有する。
すなわち、誘電率感知センサーを利用したセンシングセルアレイのそれぞれのカラムは、異なるレベルの基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎにより血液成分の特性が多様に分離及び分析されるようにする。
【０１６４】
このような構成を有するセンシングセルアレイは、ワードラインＷＬがイネーブルされればスイッチング素子Ｔがターンオンされ、センシングキャパシタＳ＿Ｃの静電容量に従ってセンシングされた電圧がセンシングビットラインＳ＿ＢＬに出力される。
センスアンプＳＡは、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮに応答しセンシングビットラインＳ＿ＢＬから印加されるセンシング電圧を増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。そして、センスアンプＳＡは互いに異なる基準電圧ＲＥＦに従い互いに異なるセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。したがって、誘電率感知センサーを利用したセンシングセルアレイの全体的なそれぞれのローとそれぞれのカラムは、それぞれ異なる成分の特性を得ることになる。
【０１６５】
図８１は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーのセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
図８１に示すセンシングセルアレイは、図８０に係る構成に比べて１つのセンスビットラインＳ＿ＢＬに複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍが連結されるのが相違する。１つのセンシングビットラインＳ＿ＢＬに複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍが連結され、それぞれのセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍにこれと対応する複数の互いに異なる基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｍが入力される。
そして、複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍからそれぞれ出力される複数のセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴは、インコーダ２５１１〜２５１ｎに出力されて周辺物質の成分分析のためインコーディングされる。
【０１６６】
図８２は、本実施の形態に係るセンシングビットラインＳ＿ＢＬと基準電圧ＲＥＦレベルとの関係を説明するための図である。
複数のセンシングビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｍは、スイッチングトランジスタＴを介してセンシングキャパシタＳ＿Ｃからセンシングされた複数のセンシング電圧レベルを発生することになる。複数のセンシングビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｍから印加された複数のセンシング電圧レベルと、それぞれ互いに異なる基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｍのレベルを比べることにより、センシングされた周辺物質の成分がどの基準電圧レベルＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｍに該当するのかを判断することができるようになる。
【０１６７】
以上のように、センシングセルアレイのそれぞれのセンシング出力値に従い、図８３に示されているように誘電率感知センサーの周辺物質の成分分析表を得ることができるようになる。
ここで、複数のセンシングプレートラインＳ＿ＰＬと複数のセンシングビットラインＳ＿ＢＬとの間に備えられたセンシングホール２４０は、その大きさに伴う関数で表現することができる。さらに、センシングビットラインＳ＿ＢＬでセンシングされた電圧と互いに異なる基準電圧ＲＥＦとの比較に従い、周辺物質の成分がそれぞれ分離される。したがって、全体の誘電率感知センサーのセンシングセルアレイは周辺物質のそれぞれ異なる特性を分離して分析することができるようになる。
【０１６８】
図８４は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーを利用したセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
先ず、ｔ１区間の進入時からセンシングビットラインＳ＿ＢＬ、基準電圧ＲＥＦ及びセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化される。したがって、センシングキャパシタＳ＿Ｃからセンシングされた互いに異なるセンシング電圧値は、センシングビットラインＳ＿ＢＬを介してそれぞれセンスアンプＳＡに出力される。次に、センスアンプＳＡはセンシングビットラインＳ＿ＢＬを介して入力されたセンシング電圧値と基準電圧ＲＥＦとを比較して増幅することになる。
【０１６９】
その後、ｔ２区間の進入時にセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化された状態で、センスアンプＳＡでセンシングされた互いに異なるセンシング電圧値をそれぞれ増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。
したがって、血液成分分析手段はセンシングセルアレイから出力されたそれぞれのセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを分析して周辺物質の成分を分析することができるようになる。
次に、ｔ２区間以後にｔ３区間に進入すれば、ワードラインＷＬ、センシングプレートラインＳ＿ＰＬ、センシングビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが非活性化され、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮがディスエーブルされて動作を停止することになる。
【０１７０】
以上、各実施の形態によれば、センサー及びそのセンシングセルアレイは、バイオセンサー、混合物成分分析センサー又は皮膚認識センサー等に適用され、周辺物質の成分を定量的に分析することができる。
また、センシングセルアレイを介して速やかな時間内に周辺物質の多様な成分を同時に分析することができるようにする。すなわち、バイオセンサー、混合物成分分析センサー、皮膚認識センサーに適用されて多様な周辺物質の成分をナノセカンドの時間レベルで分析することができるようになる。
さらに、センシングセルアレイのチップのサイズが小さいため、テストのためのサンプルの試料を節約することができるようにするという効果がある。
【符号の説明】
【０１７１】
６ センシングセルアレイ
７ バイオセンサー
８ センシングパッケージ
９ 連結リード
１０ 連結ボード
１１ 血液成分分析手段
２０ ドレイン端子
２１ ソース端子
２２ ゲート端子
２３，２４ コンタクトライン
２５ ワードライン
２６ センスビットライン
２７ センスワードライン
２８ 可変強磁性層
２９ トンネル接合層
３０ 固定強磁性層
３１ ＭＴＪ素子
３２ バリヤー導電層
３３ オキシド保護層
３４ センスワードライン
３５ 可変強磁性層
３６ 伝導性抵抗体
３７ 固定強磁性層
３８ ＧＭＲ素子
３９ オキシド保護層
４０ 磁化ペア感知センサー
Ｓ センサー
Ｔ スイッチング素子（スイッチングトランジスタ）
ＳＡ１〜ＳＡｎ センスアンプ
Ｓ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎ センシングビットライン
Ｓ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ センスワードライン
ＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ ワードライン
ＣＣ＿１〜ＣＣ＿ｍ 電流調整部
ＳＡ１〜ＳＡｍ センスアンプ
５０１〜５０ｎ インコーダ
６０ ドレイン端子
６１ ソース端子
６２ ゲート端子
６３，６４ コンタクトライン
６５ ワードライン
６６ センスビットライン
６７ 磁性物質
６８ 可変強磁性層（センスワードライン）
６９ トンネル接合層
７０ 固定強磁性層
７１ ＭＴＪ素子
７２ バリヤー導電層
７３ 絶縁物質
７４ オキシド保護層
８０ ドレイン端子
８１ ソース端子
８２ ゲート端子
８３，８４ コンタクトライン
８５ ワードライン
８６ センスビットライン
８７ 電流ライン（フォーシングワードライン）
８８ センスワードライン
８８ 可変強磁性層
８９ トンネル接合層
９０ 固定強磁性層
９１ ＭＴＪ素子
９２ バリヤー導電層
９３ 絶縁物質
９４ オキシド保護層
１００，１１０ 磁気抵抗センサー
１０１１〜１０１ｎ，１１２１〜１１２ｎ 基準電圧制御部
１０３１〜１０３ｎ，１１４１〜１１４ｎ Ａ／Ｄ変換部
１１１１〜１１１ｍ 電流制御部
１１６ ＤＳＰ
１２０ ドレイン端子
１２１ ソース端子
１２２ ゲート端子
１２３，１２４ コンタクトライン
１２５ ワードライン
１２６ センスビットライン
１２７ バリヤー導電層
１２８ 磁性物質
１２９ 可変強磁性層
１３０ 導電抵抗体
１３１ 固定強磁性層
１３２ ＧＭＲ素子
１３３ センスワードライン
１３４ オキシド保護層
１４０ ドレイン端子
１４１ ソース端子
１４２ ゲート端子
１４３，１４４ コンタクトライン
１４５ ワードライン
１４６ センスビットライン
１４７ バリヤー導電層
１４８ フォーシングワードライン
１４９ 可変強磁性層
１５０ 導電抵抗体
１５１ 固定強磁性層
１５２ ＧＭＲ素子
１５３ センスワードライン
１５４ オキシド保護層
１６０ 巨大磁気抵抗センサー
１６１１〜１６１ｍ Ｓ＿ＷＬ駆動部
１７０ 巨大磁気抵抗センサー
１７１１〜１７１ｍ Ｓ＿ＷＬ駆動部
１７２１〜１７２ｍ Ｆ＿ＷＬ駆動部
１７３１〜１７３ｍ Ｆ＿ＷＬ制御部
１８０ 電流ライン（フォーシングワードライン）
１８１，１８２ 可変強磁性層
１８３ トンネル接合層
１８４ 固定強磁性層
１８５ ＭＴＪ素子
１８６ バリヤー導電層
１８７ センスワードライン
１８８ オキシド保護層
１８９ センシングホール
１９０ ドレイン端子
１９１ ソース端子
１９２ ゲート端子
１９３，１９４ コンタクトライン
１９５ ワードライン
１９６ センスビットライン
１９７ 周辺物質
２００ 電流ライン（フォーシングワードライン）
２０１，２０２ 可変強磁性層
２０３ センシング伝導層
２０４ 固定強磁性層
２０５ ＧＭＲ素子
２０６ センスワードライン
２０７ オキシド保護層
２０８ センシングホール
２２１１〜２２１ｎ インコーダ
２０９ ドレイン端子
２１０ ソース端子
２１１ ゲート端子
２１２ コンタクトライン
２１３ コンタクトライン
２１４ ワードライン
２１５ センスビットライン
２１７ 周辺物質
２２０ 磁化ホール感知センサー
Ｓ＿Ｃ センシングキャパシタ
Ｓ＿ＰＬ センシングプレートライン
２３０ ドレイン端子
２３１ ソース端子
２３２ ゲート端子
２３３，２３４ コンタクトライン
２３５ ワードライン
２３６ センシングビットライン
２３７ 第１の電極
２３８ 第２の電極
２３９ オキシド保護層
２４０ センシングホール
２４１ 周辺物質
２５０ 誘電率感知センサー
２５１１〜２５１ｎ インコーダ
１ 可変強磁性層
２ トンネル接合層
３ 固定強磁性層
４ 第１の電極
５ 第２の電極
ＰＬ 駆動プレートライン
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオセンサーに関し、誘電率感知センサーを利用し、電気的特性に従って周辺物質の成分を分析することができるようにする技術である。
【背景技術】
【０００２】
現在、殆どの半導体メモリ製造会社等は、次世代記憶素子の１つとして強磁性体物質を利用したＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction；磁気トンネル接合）素子、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistance；巨大磁気抵抗）素子等を開発している（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
先ず、ＭＴＪ素子はスピン磁気透過現象を利用するもので、絶縁層を挟んだ２つの磁性層でスピン方向が同一の場合が、異なる場合より電流透過が遥かに良く発生するという原理を適用したものである。そして、ＧＭＲ素子は巨大磁気抵抗現象を利用したもので、非磁性層を挟んだ２つの磁性層でのスピン方向が異なる場合が、同一の場合より抵抗が大きく変わる原理を適用したものである。
【０００４】
図８５及び図８６は、従来のＭＴＪ素子の動作原理を示す図である。
ＭＴＪ素子は可変強磁性層（Free Magnetic Layer）１、トンネル接合層（Tunnel Junction Layer）２及び固定強磁性層（Fixed Magnetic Layer）３で形成される。
【０００５】
ＭＴＪ素子は、固定強磁性層３の磁力線が周辺物質を介して可変強磁性層１に伝達されるとき、中間に形成された周辺物質毎に磁化率が異なることを利用して互いに異なる磁気抵抗の変化値を得ることができるようになる。すなわち、磁束密度Ｂ＝μＨ（ここで、μ；磁化率、Ｈ；磁束）で表われるが、磁化率μに従ってそれぞれ異なる磁束密度Ｂの値を得ることができる。
【０００６】
ここで、図８５に示されているように固定強磁性層３と可変強磁性層１との間に大きい磁化率μを有する物質が存在すれば、可変強磁性層１の磁束密度Ｂは大きい値を有することになる。一方、図８６に示されているように固定強磁性層３と可変強磁性層１との間に小さい磁化率μを有する物質が存在すれば、可変強磁性層１の磁束密度Ｂは小さい値を有することになる。したがって、固定強磁性層３と可変強磁性層１との間に備えられた周辺物質の磁化率μに従ってそれぞれ異なる磁気抵抗の値を得ることができるようになる。
【０００７】
図８７は、周辺物質の成分に伴う磁化率分類特性分析表である。
磁化定数μは、周辺物質の成分の種類に従ってそれぞれ異なる特性を示し、周辺物質の成分の大きさに従ってそれぞれ異なる特性を示すことが分かる。
【０００８】
また、図８８は、一般的なキャパシタ静電容量を説明するための図である。
キャパシタは第１の電極４と第２の電極５を備え、第１の電極４と第２の電極５の間の距離ｄと、キャパシタの面積Ｓに従い相違する誘電定数εを有することになる。すなわち、静電容量Ｃ＝εＳ／ｄ（ここで、Ｓはキャパシタの面積、ｄは２つの電極間の距離）になる。したがって、静電容量Ｃは誘電定数εとキャパシタの面積Ｓに比例し、２つの電極間の距離ｄと反比例する。
【０００９】
図８９は、前述のキャパシタの電圧伝達特性を説明するための図である。駆動プレートラインＰＬと接地電圧端との間に備えられた２つのキャパシタの静電容量をそれぞれＣ１，Ｃ２とし、２つのキャパシタ間のノード電圧をＶｓとする。そして、２つのキャパシタにかかる駆動電圧を駆動プレート電圧Ｖ＿ＰＬとする。このとき、ノード電圧Ｖｓ＝｛Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）｝×Ｖ＿ＰＬになる。ここで、ノード電圧Ｖｓは静電容量Ｃ１に比例し、静電容量Ｃ２に反比例する関数である。
【００１０】
図９０は、誘電定数εが周辺物質の成分の種類及び大きさに従ってそれぞれ異なる特性を示しているのを示す図である。
【００１１】
一方、生活条件の向上により人間の周辺環境又は生命延長に関する関心が日増しに増大している。そして、人間の生命を脅かす疾病が発生した以後これを治療するよりは予想される疾病を予め予防し、環境汚染の問題等を事前に防止しようとする努力が大きくなっている。
【００１２】
このため、各種の疾病、公害及び有害物質の原因要素等を予め感知するシステムが必要となった。このような傾向に歩調を合わせてバイオセンサー等は既存のその他の物理、化学センサー等と共に周辺物質の分析方法でさらに大きい比重を占めることになった。
【００１３】
このような周辺物質感知システムを利用し、人間の疾病を検診するため血液中の成分を分析するセンシング方法、混合物の成分を分析するセンシング方法、又は皮膚認識のためのセンシング方法が主に利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第５７９３６９７号明細書
【特許文献２】米国特許第６１２８２３９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、前述のセンシング方法等は主に物理的な分析方法又は化学的な成分分析方法に依存している実情である。したがって、テストのため多くの装備及び費用が必要であるだけでなく、テストのための時間が長くかかることになって短時間内に多様な周辺物質の成分を分析することができなくなるという問題点がある。
【００１６】
したがって、短時間に多様な周辺物質の成分を分析するため、前述の磁気抵抗センサー又は巨大磁気抵抗センサーを利用して周辺物質の成分を定量的に分析する方法の必要性が次第に大きくなった。さらに、前述のキャパシタの誘電率が周辺物質の種類及び大きさに従って異なることを利用し、周辺物質の成分を定量的に分析する方法の必要性が次第に大きくなった。
【００１７】
本発明は、前述のような問題点を解決するためなされたもので、次のような目的を有する。
本発明の目的は、それぞれ異なる周辺物質の成分の種類及び大きさに従って互いに異なる数値を有する誘電率をセンシングし、周辺物質の成分を電気的成分に分析することができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
ゲート端子がワードラインに連結され、ドレイン端子がセンシングビットラインに連結されたトランジスタ素子と、
第１の電極がセンシングプレートラインに連結され、第２の電極が前記トランジスタ素子のソース端子に連結されるセンシングキャパシタと、を備え、
前記センシングキャパシタの静電容量に従い異なる誘電率をセンシングし、前記トランジスタ素子を介して出力されるセンシング電圧が互いに異なる値を有することになることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のバイオセンサーにおいて、
前記トランジスタ素子及び前記センシングビットラインの上部に形成されて素子等を絶縁させるオキシド保護層をさらに備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のバイオセンサーにおいて、
前記センシングキャパシタは、前記第１の電極と第２の電極との間にセンシングホールを形成し、
前記第１の電極及び第２の電極間の距離に従い周辺物質の成分の大きさを分類し、前記センシングホールの面積に従い前記周辺物質の成分の量を分類することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、センシングセルアレイを介して速やかな時間内に周辺物質の多様な成分を同時に分析することができるようにする。すなわち、バイオセンサー、混合物成分分析センサー、皮膚認識センサーに適用されて多様な周辺物質の成分をナノセカンドの時間レベルで分析することができるようになる。
さらに、センシングセルアレイのチップのサイズが小さいため、テストのためのサンプルの試料を節約することができるようにするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るバイオセンサー及びこれを利用したセンシングセルアレイの概念図である。
【図２】本発明に係るバイオセンサーを利用したセンシングセルアレイのパッケージ及びセンシングシステムの構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係るバイオセンサーが磁化ペア感知センサーで構成される場合の、ＭＴＪ素子を利用した磁化ペア感知センサーの断面構成を示す図である。
【図４】本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質（空気）に従う基本動作特性を示す図である。
【図５】本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質（血液）に従う基本動作特性を示す図である。
【図６】ＭＴＪ素子を利用した磁化ペア感知センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
【図７】ＭＴＪ素子を利用した磁化ペア感知センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離が一層大きい場合の成分分離を示す図である。
【図８】第１の実施の形態に係るＧＭＲ素子を利用した磁化ペア感知センサーの基本構成を示す図である。
【図９】図８に示す磁化ペア感知センサーの平面構成を示す図である。
【図１０】図８に係る構成においてＡ−Ａ’面で切断したときの、ＧＭＲ素子を利用した磁化ペア感知センサーの基本的な断面構成を示す図である。
【図１１】ＧＭＲ素子を利用した磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質（空気）に従う基本動作特性を示す図である。
【図１２】ＧＭＲ素子を利用した磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質（血液）に従う基本動作特性を示す図である。
【図１３】ＧＭＲを利用した磁化ペア感知センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
【図１４】ＧＭＲを利用した磁化ペア感知センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離が一層大きい場合の成分分離を示す図である。
【図１５】第１の実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイを示す図である。
【図１６】第１の実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
【図１７】第１の実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイのさらに他の変形例を示す図である。
【図１８】第１の実施の形態に係る磁化ペア感知センサーの周辺物質の成分分析表である。
【図１９】第１の実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイにおけるリード時の動作タイミング図である。
【図２０】第２の実施の形態に係る磁性物質を利用したＭＴＪ素子を利用した磁気抵抗センサーの断面構成を示す図である。
【図２１】第２の実施の形態に係る電流ラインを利用したＭＴＪ素子を利用した磁気抵抗センサーの断面構成を示す図である。
【図２２】第２の実施の形態に係る磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質（空気）に従う動作特性を示す図である。
【図２３】第２の実施の形態に係る磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質（バイオ物質）に従う動作特性を示す図である。
【図２４】図２０に係る構造を有する磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
【図２５】図２０に係る構造を有する磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離が一層大きい場合の成分分離を示す図である。
【図２６】図２１に係る構造を有する電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンスワードライン（又は、フォーシングワードライン）電圧変化に伴う成分分離を示す図である。
【図２７】図２１に係る構造を有する電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンスワードライン（又は、フォーシングワードライン）電圧変化に伴う成分分離が一層大きい場合の成分分離を示す図である。
【図２８】第２の実施の形態に係る磁性物質を利用した磁気抵抗センサーに関するレイアウト構成を示す図である。
【図２９】第２の実施の形態に係る電流ラインを利用した磁気抵抗センサーに関するレイアウト構成を示す図である。
【図３０】図２０に示されている磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
【図３１】磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
【図３２】図２１に示されている電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
【図３３】電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
【図３４】磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
【図３５】電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
【図３６】磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
【図３７】電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
【図３８】第３の実施の形態に係る磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーの構成を示す断面図である。
【図３９】第３の実施の形態に係る磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーの構成を示す平面図である。
【図４０】図３８及び図３９に係る構成においてＡ−Ａ’面及びＢ−Ｂ’面で切断したときの、磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーの基本的な断面構成を示す図である。
【図４１】巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質（空気）に従う動作特性を示す図である。
【図４２】巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質（血液）に従う動作特性を示す図である。
【図４３】磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
【図４４】磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーのセンスワードライン電圧の変化に伴う成分分離が一層大きい場合の成分分離を示す図である。
【図４５】第３の実施の形態に係るフォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーの構成を示す図である。
【図４６】図４５に係る構成においてＡ−Ａ’面で切断したときの、フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーの基本的な断面構成を示す図である。
【図４７】フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質（空気）に従う動作特性を示す図である。
【図４８】フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質（血液）に従う動作特性を示す図である。
【図４９】フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーのフォーシングワードライン電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
【図５０】フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーのフォーシングワードライン電圧の変化に伴う成分分離が大きい場合の成分分離を示す図である。
【図５１】第３の実施の形態に係る磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
【図５２】第３の実施の形態に係るフォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
【図５３】磁性物質を利用したセンシングセルアレイのレイアウト構成を示す図である。
【図５４】フォーシングワードラインを利用したセンシングセルアレイのレイアウト構成を示す図である。
【図５５】磁性物質を利用したセンシングセルアレイのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
【図５６】フォーシングワードラインを利用したセンシングセルアレイのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
【図５７】磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
【図５８】フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
【図５９】第４の実施の形態に係る大きい磁化率物質を用いる場合の磁化ホール感知センサーの基本的な構成を示す図である。
【図６０】第４の実施の形態に係る小さい磁化率物質を用いる場合の磁化ホール感知センサーの基本的な構成を示す図である。
【図６１】第４の実施の形態に係るＭＴＪ素子を利用した磁化ホール感知センサーの断面構成を示す図である。
【図６２】第４の実施の形態に係るＭＴＪ素子を利用した磁化ホール感知センサーの平面構成を示す図である。
【図６３】第４の実施の形態に係る磁化ホール感知センサーのセンシングホールの類型を説明するための図である。
【図６４】ＭＴＪ素子を利用した磁化ホール感知センサーの小さいセンシングホール１８９の大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
【図６５】ＭＴＪ素子を利用した磁化ホール感知センサーの大きいセンシングホール１８９の大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
【図６６】第４の実施の形態に係るＧＭＲ素子を利用した磁化ホール感知センサーの断面構成を示す図である。
【図６７】第４の実施の形態に係るＧＭＲ素子を利用した磁化ホール感知センサーの平面構成を示す図である。
【図６８】ＧＭＲ素子を利用した磁化ホール感知センサーの小さいセンシングホールの大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
【図６９】ＧＭＲ素子を利用した磁化ホール感知センサーの大きいセンシングホールの大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
【図７０】第４の実施の形態に係る磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイを示す図である。
【図７１】第４の実施の形態に係る磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
【図７２】第４の実施の形態に係る磁化ホール感知センサーの成分分析表である。
【図７３】第４の実施の形態に係る磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
【図７４】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーの基本的な構成を示す図である。
【図７５】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーの断面構成を示す図である。
【図７６】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーの平面構成を示す図である。
【図７７】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーのセンシングホールの類型を説明するための図である。
【図７８】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーの小さいセンシングホールの大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
【図７９】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーの大きいセンシングホールの大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
【図８０】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーを利用したセンシングセルアレイを示す図である。
【図８１】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーのセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
【図８２】第５の実施の形態に係るセンシングビットラインと基準電圧レベルとの関係を説明するための図である。
【図８３】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーの成分分析表である。
【図８４】第５の実施の形態に係る誘電率感知センサーを利用したセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
【図８５】従来の大きい磁化率物質を用いる場合のＭＴＪ素子の動作原理を示す図である。
【図８６】従来の小さい磁化率物質を用いる場合のＭＴＪ素子の動作原理を示す図である。
【図８７】周辺物質の成分に伴う磁化率分類特性分析表である。
【図８８】一般的なキャパシタ静電容量を説明するための図である。
【図８９】図８８に示すキャパシタの電圧伝達特性を説明するための図である。
【図９０】誘電定数εが周辺物質の成分の種類及び大きさに従ってそれぞれ異なる特性を示しているのを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態に対し詳しく説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係るバイオセンサーを利用したセンシングセルアレイの概念図である。
先ず、複数のバイオセンサーをＮ個のカラムとＭ個のローからなるセンシングセルアレイに配置し、センシングセルアレイからなるバイオセンサーチップをパッケージ或いはウェーハレベルで用意する。
【００２５】
そして、周辺物質からなる成分測定データ等をそれぞれのバイオセンサーに露出させる。その後、バイオセンサーのセルアレイでそれぞれの成分測定データ等を測定し、血液成分の分析手段を利用して電気的に分析することになる。
ここで、周辺物質としては血液、ガス又はその他の溶液を用いることができ、本発明では血液成分をその実施の形態で説明する。
【００２６】
図２は、本発明に係るバイオセンサーを利用したセンシングセルアレイのパッケージ及びセンシングシステムの構成を示す図である。
センシングシステムは、センシングされた血液の成分を分析する血液成分分析手段１１と、バイオセンサー７及びそのセンシングセルアレイ６を搭載したセンシングパッケージ８を含む。センシングパッケージ８は、連結リード９を介して血液成分分析手段１１上に取り付けられた連結ボード１０上に位置するように連結される。さらに、センシングパッケージ８内のバイオセンサー７は連結線を介して連結リード９と連結される。
【００２７】
したがって、バイオセンサー７からセンシングされた周辺物質の成分データが連結リード９及び連結ボード１０を介して血液成分分析手段１１に出力される。そして、血液成分分析手段１１は測定された周辺物質の成分データを電気的成分に分離し、周辺物質の成分を定量的に分析することができるようになる。
【００２８】
このような本発明に係るバイオセンサーは、磁化ペア感知センサー、磁気抵抗センサー、巨大磁気抵抗センサー、磁化ホール感知センサー又は誘電率感知センサーで構成することができる。これに基づき、本発明に係るバイオセンサーとしての５つのセンサーをその実施の形態で説明する。具体的には、以下、本発明に係る第１〜第５の実施の形態を順に説明する。
【００２９】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る磁化ペア感知センサー及びこれを利用したセンシングセルアレイを、図３〜図１９を参照して詳しく説明する。
【００３０】
図３は、本実施の形態に係るバイオセンサーが磁化ペア感知センサーで構成される場合の、ＭＴＪ素子を利用した磁化ペア感知センサーの断面構成を示す図である。
本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーは、１つのスイッチング素子と１つのＭＴＪ素子３１を備える。
ここで、ＭＴＪ素子３１は、可変強磁性層２８、トンネル接合層２９及び固定強磁性層３０を備える。
【００３１】
そして、スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子２０はコンタクトライン２３を介してセンスビットライン２６に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子２２はワードライン２５と連結され、ソース端子２１はコンタクトライン２４を介してＭＴＪ素子３１の下部に形成されたバリヤー導電層３２と連結される。
【００３２】
さらに、ＭＴＪ素子３１の上部可変強磁性層２８にはセンスワードライン２７が連結され、全体の素子等はオキシド保護層３３により絶縁される。
このような構成を有する本実施の形態は、固定強磁性層３０の磁力線が上部可変強磁性層２８に伝達されるとき、磁化媒質の成分に従い異なって表われる磁力線の強度により互いに異なる磁気抵抗の値を測定する。
【００３３】
図４及び図５は、本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質に従う基本動作特性を示す図である。
図４に示されているように、磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質が空気である場合、空気の磁化率が低いため可変強磁性層２８の磁化密度が小さく、磁気抵抗が小さく表われる。一方、図５に示されているように磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質が血液である場合、血液の磁化率が空気より高いため可変強磁性層２８の磁化密度が大きくなり、磁気抵抗が大きく表われる。
【００３４】
図６及び図７は、ＭＴＪ素子を利用した磁化ペア感知センサーのセンスワードラインＳ＿ＷＬ電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
先ず、センスワードライン２７にセンシング電圧を印加すれば血液成分の分極特性により、図６に示されているように低いセンスワードライン２７電圧から徐々に血液成分の分離が始まる。そして、図７に示されているように高いセンスワードライン２７電圧では血液成分が一層大きいスペクトラムに分離される。
【００３５】
したがって、２つのセンシング電極である固定強磁性層３０と可変強磁性層２８の周辺磁化媒質の磁化密度がセンスワードライン２７の電圧値に従って異なることになり、センシング抵抗値が異なってセンシングされる。血液成分分析手段は、磁化ペア感知センサーからこのような互いに異なるセンシング抵抗値を測定して血液成分を定量的に分析することができるようになる。
【００３６】
また、図８は、本実施の形態に係るＧＭＲ素子を利用した磁化ペア感知センサーの基本構成を示す図である。そして、図９は、このような磁化ペア感知センサーの平面構成を示す図である。
本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーは、１つのスイッチング素子と１つのＧＭＲ素子３８を備える。
ここで、ＧＭＲ素子３８は、可変強磁性層３５、伝導性抵抗体３６及び固定強磁性層３７を備える。
【００３７】
そして、スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子２０はコンタクトライン２３を介してセンスビットライン２６に連結される。そして、ゲート端子２２はワードライン２５と連結され、ソース端子２１はコンタクトライン２４を介してＧＭＲ素子３８の伝導性抵抗体３６の一側の電極に連結される。
ＧＭＲ素子３８の伝導性抵抗体３６の他の一側の電極にはセンスワードライン３４が連結され、全体の素子等はオキシド保護層３９により絶縁される。
【００３８】
図１０は、図８に係る構成においてＡ−Ａ’面で切断したときの、ＧＭＲ素子３８を利用した磁化ペア感知センサーの基本的な断面構成を示す図である。
図１０に係る基本断面構成はＮＭＯＳトランジスタのドレイン端子２０と、センスビットライン２６と、ＧＭＲ素子３８と、オキシド保護層３９と、を示し、このような簡単な基本構成をその実施の形態で説明する。
このような構成を有する本実施の形態は、固定強磁性層３７の磁力線が上部可変強磁性層３５に伝達されるとき、磁化媒質に従い異なって表われる磁力線の強度により伝導性抵抗体３６の抵抗値が決められる。
【００３９】
図１１及び図１２は、ＧＭＲ素子を利用した磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質に従う基本動作特性を示す図である。
図１１に示されているように、磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質が空気である場合、空気の磁化率が低いため可変強磁性層３５の磁化密度が小さく、磁気抵抗の値が小さく表われる。一方、図１２に示されているように磁化ペア感知センサーの周辺磁化媒質が血液である場合、血液の磁化率が空気より高いため可変強磁性層３５の磁化密度が大きくなり、磁気抵抗の値が大きく表われる。
【００４０】
図１３及び図１４は、ＧＭＲを利用した磁化ペア感知センサーのセンスワードラインＳ＿ＷＬ電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
先ず、センスワードライン３４にセンシング電圧を印加すれば血液成分の分極特性により、図１３に示されているように低いセンスワードライン３４電圧から徐々に血液成分の分離が始まる。そして、図１４に示されているように高いセンスワードライン３４電圧では血液成分が一層大きいスペクトラムに分離される。
【００４１】
したがって、２つのセンシング電極である固定強磁性層３７と可変強磁性層３５の周辺磁化媒質の磁化密度がセンスワードライン３４の電圧値に従って異なることになり、センシング抵抗値が異なってセンシングされる。血液成分分析手段は、磁化ペア感知センサーからこのような互いに異なるセンシング抵抗値を測定して血液成分を定量的に分析することができるようになる。
【００４２】
図１５は、本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイを示す図である。
磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイは、ロー方向に複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍと複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍとが平行に配置される。そして、カラム方向には複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍと垂直に複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎが配置される。
【００４３】
互いに交差する複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍと、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎとの間には複数の磁化ペア感知センサー４０が備えられる。
１つの磁化ペア感知センサー４０は、１つのスイッチング素子Ｔ及び１つのセンサーＳを備える。ここで、センサーＳはＭＴＪ素子又はＧＭＲ素子で構成することができる。
【００４４】
スイッチング素子Ｔのドレイン端子はセンスビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ソース端子はセンサーＳの一端と連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結される。そして、センサーＳの他の一端はセンスワードラインＳ＿ＷＬと連結される。
さらに、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎはこれと一対一に対応する複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎと連結される。複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎは、これと対応する複数の基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎ及びセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが入力され、センスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。ここで、それぞれの基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎはそれぞれ互いに異なる基準電圧値を有する。
【００４５】
すなわち、磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイのそれぞれのカラムは、異なるレベルの基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎにより血液成分の特性が多様に分離及び分析されるようにする。
このような構成を有するセンシングセルアレイは、センスワードラインＳ＿ＷＬを介してセンサーＳに互いに異なるバイアス電圧が印加される。センサーＳは、周辺物質の磁化率に従って互いに異なる磁束密度の値をセンシングし、これに伴い互いに異なる電流を出力する。スイッチング素子Ｔは、ゲートにワードラインＷＬ電圧が印加されればターンオンされ、センサーＳを介してセンシングされた互いに異なる電流をセンスビットラインＳ＿ＢＬに出力する。
【００４６】
センスアンプＳＡは、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮに応答しセンスビットラインＳ＿ＢＬから印加される電流を増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。そして、センスアンプＳＡは互いに異なる基準電圧ＲＥＦに従い互いに異なるセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。したがって、磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイの全体的なそれぞれのローとそれぞれのカラムは、それぞれ異なる成分の特性を得ることになる。
【００４７】
図１６は、本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
図１６に示すセンシングセルアレイは、図１５に係る構成に比べて複数の電流調整部ＣＣ＿１〜ＣＣ＿ｍをさらに備える。電流調整部ＣＣは、センスワードラインＳ＿ＷＬと接地電圧端との間に備えられ、センサーＳの強磁性層に互いに異なる電流を印加する。したがって、センスワードラインＳ＿ＷＬの電圧だけでなく、センサーＳに印加される電流の調整に伴って磁気抵抗の値を微細に調整することにより、センサーＳの成分分析領域を広げるようにする。
【００４８】
図１７は、本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイのさらに他の変形例を示す図である。
図１７に示すセンシングセルアレイは、図１６に係る構成に比べて１つのセンスビットラインＳ＿ＢＬに複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍが連結されるのが相違する。１つのセンスビットラインＳ＿ＢＬに複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍが連結され、それぞれのセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍにこれと対応する複数の互いに異なる基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｍが入力される。
そして、複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍからそれぞれ出力される複数のセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴは、インコーダ５０１〜５０ｎに出力されて周辺物質の成分分析のためインコーディングされる。
【００４９】
以上のように、センシングセルアレイのそれぞれのセンシング出力値に従い、図１８に示されているように磁化ペア感知センサーの周辺物質の成分分析表を得ることができるようになる。ここで、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍはセンスワードラインＳ＿ＷＬのバイアス電圧によりそれぞれの成分が分離される。そして、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎは互いに異なる複数の基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎによりそれぞれの成分が分離される。したがって、全体の磁化ペア感知センサーのセンシングセルアレイは周辺物質のそれぞれ異なる特性を分離して分析することができるようになる。
【００５０】
図１９は、本実施の形態に係る磁化ペア感知センサーを利用したセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
先ず、ｔ１区間の進入時にワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが活性化される。したがって、センサーＳからセンシングされた互いに異なる磁気抵抗の値は、センスビットラインＳ＿ＢＬを介してそれぞれセンスアンプＳＡに出力される。
【００５１】
その後、ｔ２区間の進入時にセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化されると、センスアンプＳＡでセンシングされた互いに異なる磁気抵抗値をそれぞれ増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。
したがって、血液成分分析手段はセンシングセルアレイから出力されたそれぞれのセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを分析して周辺物質の成分を分析することができるようになる。
【００５２】
次に、ｔ２区間以後にｔ３区間に進入すれば、ワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが非活性化され、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮがディスエーブルされて動作を停止することになる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗センサー及びこれを利用したセンシングセルアレイを、図２０〜図３７を参照して詳しく説明する。
【００５４】
図２０及び図２１は、本実施の形態に係るＭＴＪ素子を利用した磁気抵抗センサーの断面構成を示す図である。
先ず、図２０は磁性物質を利用した磁気抵抗センサーの断面図である。
図２０に示す磁気抵抗センサーは、１つのスイッチング素子と、１つのＭＴＪ素子７１と、１つの磁性物質（Magnetic material）６７とを備える。
【００５５】
ここで、ＭＴＪ素子７１は、センスワードラインＳ＿ＷＬに利用される可変強磁性層６８、トンネル接合層６９及び固定強磁性層７０を備える。そして、スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子６０はコンタクトライン６３を介してセンスビットライン６６に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子６２はワードライン６５と連結され、ソース端子６１はコンタクトライン６４を介してＭＴＪ素子７１の下部に形成されたバリヤー導電層７２と連結される。
【００５６】
さらに、ＭＴＪ素子７１の可変強磁性層６８の上部にはオキシド等の絶縁物質７３で絶縁されており、可変強磁性層６８と磁性物質６７が磁気結合されてソーシング磁場（Sourcing magnetic field）を形成する。そして、全体の素子等はオキシド保護層７４により絶縁される。したがって、本発明はセンスワードラインＳ＿ＷＬに利用される可変強磁性層６８に流れる電流の変化により誘導される磁場の大きさが変化する。
【００５７】
このような構成を有する本実施の形態に係る磁気抵抗センサーは、外部から電圧が印加されない場合も永久磁石からなる磁性物質６７の特性により、可変強磁性層６８と磁性物質６７との間にソーシング磁場が誘導される。したがって、磁場に形成された磁化媒質の成分に従い互いに異なって表われる磁気抵抗の値を測定する。
【００５８】
図２１は、電流ラインを利用した磁気抵抗センサーの断面図である。
図２１に示す磁気抵抗センサーは、１つのスイッチング素子と、１つのＭＴＪ素子９１と、１つの電流ライン（Current line）８７とを備える。
【００５９】
ここで、ＭＴＪ素子９１は、センスワードラインＳ＿ＷＬに利用される可変強磁性層８８、トンネル接合層８９及び固定強磁性層９０を備える。そして、スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子８０はコンタクトライン８３を介してセンスビットライン８６に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子８２はワードライン８５と連結され、ソース端子８１はコンタクトライン８４を介してＭＴＪ素子９１の下部に形成されたバリヤー導電層９２と連結される。
【００６０】
さらに、ＭＴＪ素子９１の可変強磁性層８８の上部にはオキシド等の絶縁物質９３で絶縁されており、可変強磁性層８８とフォーシングワードラインＦ＿ＷＬに利用される電流ライン８７が磁気結合されてソーシング磁場を形成する。そして、全体の素子等はオキシド保護層９４により絶縁される。
したがって、この磁気抵抗センサーは、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬに流れる電流の強度によりフォーシングワードラインＦ＿ＷＬの周辺に誘導される磁場と、センスワードラインＳ＿ＷＬに利用される可変強磁性層８８に流れる電流の変化に伴い誘導される磁場との大きさが変化する。
【００６１】
このような構成を有する本実施の形態に係る磁気抵抗センサーは、電流ライン８７に電流ソースがある場合にのみ可変強磁性層８８と電流ライン８７との間にソーシング磁場が誘導される。したがって、磁場に形成された磁化媒質の成分に従い互いに異なって表われる磁気抵抗の値を測定する。
【００６２】
図２２及び図２３は、本実施の形態に係る磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質に従う動作特性を示す図である。
図２２に示されているように、磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質が空気である場合、空気の磁化率が低いため可変強磁性層６８、８８の磁化密度が小さく、磁気抵抗が小さく表われる。一方、図２３に示されているように磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質がバイオ物質（血液）である場合、血液の磁化率が空気より高いため可変強磁性層６８、８８の磁化密度が大きくなり、磁気抵抗が大きく表われる。
【００６３】
図２４及び図２５は、図２０に係る構造を有する磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンスワードラインＳ＿ＷＬ電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
先ず、センスワードライン６８にセンシング電圧を印加すれば血液成分の分極特性により、図２４に示されているように低いセンスワードライン６８電圧から徐々に血液成分の分離が始まる。そして、図２５に示されているように高いセンスワードライン６８電圧では血液成分が一層大きいスペクトラムに分離される。
【００６４】
したがって、２つのセンシング電極である固定強磁性層７０と可変強磁性層６８との周辺磁化媒質の磁化密度がセンスワードライン６８の電圧値によって異なり、磁気抵抗値が異なってセンシングされる。血液成分分析手段は、磁気抵抗センサーからこのような互いに異なる磁気抵抗値を測定して血液成分を定量的に分析することができるようになる。
【００６５】
図２６及び図２７は、図２１に係る構造を有する電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンスワードラインＳ＿ＷＬ（又は、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ）電圧変化に伴う成分分離を示す図である。
先ず、センスワードライン８８にセンシング電圧を印加すれば（又は、電流ライン８７にフォーシング電圧を印加すれば）血液成分の分極特性により、図２６に示されているように低いセンスワードライン８８（又は、フォーシングワードライン８７）電圧から徐々に血液成分の分離が始まる。そして、図２７に示されているように高いセンスワードライン８８（又は、フォーシングワードライン８７）電圧では血液成分がさらにより大きいスペクトラムに分離される。
【００６６】
したがって、２つのセンシング電極である固定強磁性層９０と可変強磁性層８８の周辺磁化媒質の磁化密度がセンスワードライン８８（又は、フォーシングワードライン８７）の電圧値によって異なることになり、磁気抵抗値が異なってセンシングされる。血液成分分析手段は、磁気抵抗センサーからこのような互いに異なる磁気抵抗値を測定して血液成分を定量的に分析することができるようになる。
【００６７】
図２８は、本実施の形態に係る磁性物質を利用した磁気抵抗センサーに関するレイアウト構成を示す図である。
センスビットラインＳ＿ＢＬとセンスワードラインＳ＿ＷＬとが互いに垂直に交差して配置され、ＭＴＪ素子７１の上部にセンスワードラインＳ＿ＷＬが形成される。そして、センスワードラインＳ＿ＷＬの上部の一面に磁性物質６７が形成される。さらに、センスワードラインＳ＿ＷＬと磁性物質６７との間にはオキシドのような絶縁物質７３が位置してセンスワードラインＳ＿ＷＬと磁性物質６７を絶縁させる。
【００６８】
さらに、図２９は、本実施の形態に係る電流ラインを利用した磁気抵抗センサーに関するレイアウト構成を示す図である。
センスビットラインＳ＿ＢＬとセンスワードラインＳ＿ＷＬとが互いに垂直に交差して配置され、ＭＴＪ素子９１の上部にセンスワードラインＳ＿ＷＬが形成される。そして、センスワードラインＳ＿ＷＬの上部にセンスワードラインＳ＿ＷＬと平行にフォーシングワードラインＦ＿ＷＬが形成される。さらに、センスワードラインＳ＿ＷＬとフォーシングワードラインＦ＿ＷＬとの間にはオキシドのような絶縁物質９３が位置してセンスワードラインＳ＿ＷＬとフォーシングワードラインＦ＿ＷＬを絶縁させる。
【００６９】
図３０は、図２０に示されている磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイは、ロー方向に複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍと複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍとが平行に配置される。そして、カラム方向には複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍと垂直に複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎが配置される。
【００７０】
互いに交差する複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍと、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎとの間には複数の磁気抵抗センサー１００が備えられる。
１つの磁気抵抗センサー１００は、１つのスイッチング素子Ｔ、１つのＭＴＪ素子７１及び１つの磁性物質６７を備える。スイッチング素子Ｔのドレイン端子はセンスビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ソース端子はＭＴＪ素子７１の一端と連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結される。そして、ＭＴＪ素子７１の他の一端はセンスワードラインＳ＿ＷＬと連結される。さらに、ＭＴＪ素子７１は磁性物質６７との磁気結合により磁場Ｍを形成する。
【００７１】
さらに、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎはこれと一対一に対応する複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎと連結される。複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎは、これと対応する複数の基準電圧制御部１０１１〜１０１ｎを備える。そして、複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎはセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮを印加する際、センスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎの出力信号と基準電圧制御部１０１１〜１０１ｎから印加される基準電圧ＲＥＦ値を比べてセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。
【００７２】
基準電圧制御部１０１１は、入力される互いに異なる基準電圧ＲＥＦ＿１＿１〜ＲＥＦ＿１＿ｍを制御してセンスアンプＳＡ１に出力する。さらに、基準電圧制御部１０１ｎは入力される互いに異なる基準電圧ＲＥＦ＿ｎ＿１〜ＲＥＦ＿ｎ＿ｍを制御してセンスアンプＳＡｎに出力する。ここで、それぞれの基準電圧ＲＥＦはカラム等が互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦによりその特性が分離評価できるようにするため互いに異なる値を有する。すなわち、磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイのそれぞれのカラムは、互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦにより血液成分の特性が多様に分離及び分析されるようにする。
【００７３】
このような構成を有するセンシングセルアレイは、センスワードラインＳ＿ＷＬを介してＭＴＪ素子７１に互いに異なるバイアス電圧が印加されれば、磁性物質６７との磁気結合により磁場が誘導される。ＭＴＪ素子７１は、周辺物質の磁化率に従って互いに異なる磁気抵抗の値をセンシングし、これに伴い互いに異なる電流を出力する。スイッチング素子Ｔは、ゲートにワードラインＷＬ電圧が印加されればターンオンされ、ＭＴＪ素子７１を介してセンシングされた互いに異なる電流をセンスビットラインＳ＿ＢＬに出力する。
【００７４】
センスアンプＳＡは、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮに応答しセンスビットラインＳ＿ＢＬから印加される出力信号と基準電圧制御部１０１１〜１０１ｎから印加された出力信号とを比較及び増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。したがって、磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイの全体的なそれぞれのローとそれぞれのカラムは、それぞれ異なる成分の特性を得ることになる。
【００７５】
図３１は、磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
図３１に示すセンシングセルアレイは、図３０に係る構成に比べて複数のＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換部１０３１〜１０３ｎと、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１０５をさらに備える。Ａ／Ｄ変換部１０３１〜１０３ｎは、それぞれのセンスアンプＳＡから印加されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。ＤＳＰ１０５は、それぞれのＡ／Ｄ変換部１０３１〜１０３ｎから印加された信号をデジタル信号プロセッシング動作に従い変換して出力する。ここで、ＤＳＰ１０５はそれぞれの互いに異なる基準電圧を設けてセンサーの成分分析領域を広げるようにする。
【００７６】
また、図３２は、図２１に示されている電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイは、ロー方向に複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍが平行に配置される。そして、カラム方向には複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍと垂直に複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎが配置される。
【００７７】
互いに交差する複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍと、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎとの間には複数の磁気抵抗センサー１１０が備えられる。
１つの磁気抵抗センサー１１０は、１つのスイッチング素子Ｔ、１つのＭＴＪ素子９１及び１つの電流ライン８７を備える。
【００７８】
スイッチング素子Ｔのドレイン端子はセンスビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ソース端子はＭＴＪ素子９１の一端と連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結される。そして、ＭＴＪ素子９１の他の一端はセンスワードラインＳ＿ＷＬと連結される。さらに、ＭＴＪ素子９１は、電流ライン８７との磁気結合により磁場Ｍを形成する。ここで、電流ライン８７は磁場を誘導するためフォーシングワードライン電圧を提供するフォーシングワードラインＦ＿ＷＬと連結される。電流制御部１１１１〜１１１ｍは、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬに提供される電流を制御する。
【００７９】
電流ライン８７の周辺にソーシング磁場を形成するためセンスビットラインＳ＿ＢＬ電流の大きさを変化させ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ電流の大きさを固定させる方法がある。さらに、センスビットラインＳ＿ＢＬ電流の大きさを固定させてフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ電流の大きさを変化させる方法がある。
【００８０】
さらに、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎはこれと一対一に対応する複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎと連結される。複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎは、これと対応する複数の基準電圧制御部１１２１〜１１２ｎを備える。そして、複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎはセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮを印加する際、センスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎの出力信号と基準電圧制御部１１２１〜１１２ｎから印加される基準電圧ＲＥＦ値とを比べてセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。
【００８１】
基準電圧制御部１１２１には基準電圧ＲＥＦ＿１＿１〜ＲＥＦ＿１＿ｍ及びセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが入力されてセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。そして、基準電圧制御部１１２ｎには基準電圧ＲＥＦ＿ｎ＿１〜ＲＥＦ＿ｎ＿ｍ及びセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが入力されてセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。ここで、それぞれの基準電圧ＲＥＦはカラム等が互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦによりその特性が分離評価できるようにするため互いに異なる値を有する。すなわち、磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイのそれぞれのカラムは、互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦにより血液成分の特性が多様に分離及び分析されるようにする。
【００８２】
このような構成を有するセンシングセルアレイは、センスワードラインＳ＿ＷＬを介してＭＴＪ素子９１に互いに異なるバイアス電圧が印加され、電流ライン８７を介してフォーシングワードライン電圧が印加されれば、磁気結合により磁場が誘導される。ＭＴＪ素子９１は、周辺物質の磁化率に従って互いに異なる磁気抵抗の値をセンシングし、これに伴い互いに異なる電流を出力する。スイッチング素子Ｔは、ゲートにワードラインＷＬ電圧が印加されればターンオンされ、ＭＴＪ素子９１を介してセンシングされた互いに異なる電流をセンスビットラインＳ＿ＢＬに出力する。
【００８３】
センスアンプＳＡは、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮに応答しセンスビットラインＳ＿ＢＬから印加される出力信号と基準電圧制御部１１２１〜１１２ｎから印加された出力信号とを比較及び増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。したがって、磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイの全体的なそれぞれのローとそれぞれのカラムは、それぞれ異なる成分の特性を得ることになる。
【００８４】
図３３は、電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
図３３に示すセンシングセルアレイは、図３２に係る構成に比べて複数のＡ／Ｄ変換部１１４１〜１１４ｎと、ＤＳＰ１１６をさらに備える。Ａ／Ｄ変換部１１４１〜１１４ｎは、それぞれのセンスアンプＳＡから印加されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。ＤＳＰ１１６は、それぞれのＡ／Ｄ変換部１１４１〜１１４ｎから印加された信号をデジタル信号プロセッシング動作に従い変換して出力する。ここで、ＤＳＰ１１６はそれぞれの互いに異なる基準電圧を設けてセンサーの成分分析領域を広げるようにする。
【００８５】
図３４は、磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
ここで、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍはセンスワードラインＳ＿ＷＬのバイアス電圧によりそれぞれの成分が分離される。そして、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎは互いに異なる複数の基準電圧ＲＥＦによりそれぞれの成分が分離される。したがって、全体の磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイは周辺物質のそれぞれ異なる特性を分離して分析することができるようになる。
【００８６】
図３５は、電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
ここで、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍはセンスワードラインＳ＿ＷＬのバイアス電圧によりそれぞれの成分が分離される。又は、複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍはフォーシングワードラインＦ＿ＷＬのバイアス電圧によりそれぞれの成分が分離される。そして、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎは互いに異なる複数の基準電圧ＲＥＦによりそれぞれの成分が分離される。したがって、全体の磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイは周辺物質のそれぞれ異なる特性を分離して分析することができるようになる。
【００８７】
図３６は、磁性物質を利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
先ず、ｔ１区間の進入時にワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが活性化される。したがって、ＭＴＪ素子７１からセンシングされた互いに異なる磁気抵抗の値は、センスビットラインＳ＿ＢＬを介してそれぞれセンスアンプＳＡに出力される。
【００８８】
その後、ｔ２区間の進入時にセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化されると、センスアンプＳＡでセンシングされた互いに異なる磁気抵抗値をそれぞれ増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。したがって、血液成分分析手段はセンシングセルアレイから出力されたそれぞれのセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを分析して周辺物質の成分を分析することができるようになる。
次に、ｔ２区間以後にｔ３区間に進入すれば、ワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが非活性化され、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮがディスエーブルされて動作を停止することになる。
【００８９】
図３７は、電流ラインを利用した磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
先ず、ｔ１区間の進入時にワードラインＷＬ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが活性化される。したがって、ＭＴＪ素子９１からセンシングされた互いに異なる磁気抵抗の値は、センスビットラインＳ＿ＢＬを介してそれぞれセンスアンプＳＡに出力される。
【００９０】
その後、ｔ２区間の進入時にセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化されると、センスアンプＳＡでセンシングされた互いに異なる磁気抵抗値をそれぞれ増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。したがって、血液成分分析手段はセンシングセルアレイから出力されたそれぞれのセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを分析して周辺物質の成分を分析することができるようになる。
次に、ｔ２区間以後にｔ３区間に進入すれば、ワードラインＷＬ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが非活性化され、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮがディスエーブルされて動作を停止することになる。
【００９１】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係る巨大磁気抵抗センサー及びこれを利用したセンシングセルアレイを、図３８〜図５８を参照して詳しく説明する。
【００９２】
図３８及び図３９は、本実施の形態に係る磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーの構成を示す図である。
図３８は、磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーの断面図である。
図３８に示す巨大磁気抵抗センサーは、１つのスイッチング素子、１つのＧＭＲ素子１３２、センスワードライン１３３及び１つの磁性物質（Forcing magnetic material）１２８を備える。
【００９３】
ここで、ＧＭＲ素子１３２は、可変強磁性層１２９、導電抵抗体１３０及び固定強磁性層１３１を備える。
そして、スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子１２０はコンタクトライン１２３を介してセンスビットライン１２６に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子１２２はワードライン１２５と連結され、ソース端子１２１はコンタクトライン１２４を介して導電抵抗体１３０の一側と連結される。導電抵抗体１３０の他の一側の上部にはセンスワードライン１３３が形成される。
さらに、全体の素子等はオキシド保護層１３４により絶縁され、センスビットライン１２６の下部にはバリヤー導電層１２７が形成される。
【００９４】
図３９は、磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーの平面図である。
センスビットライン１２６の上部にＧＭＲ素子１３２が形成され、ＧＭＲ素子１３２の上部に磁性物質１２８が形成される。
【００９５】
図４０は、図３８及び図３９に係る構成においてＡ−Ａ’面及びＢ−Ｂ’面で切断したときの、磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーの基本的な断面構成を示す図である。
図４０に示されているように、ＧＭＲ素子１３２の可変強磁性層１２９と磁性物質１２８が磁気結合されて磁場を形成する。そして、全体の素子等はオキシド保護層１３４により絶縁される。したがって、本発明はセンスワードライン１３３に印加される電圧の変化により誘導される磁場の大きさが変化する。
【００９６】
このような構成を有する本実施の形態に係る巨大磁気抵抗センサーは、永久磁石からなる磁性物質１２８により可変強磁性層１２９と磁性物質１２８との間に磁場が誘導される。したがって、磁場に形成された磁化媒質の成分に従い互いに異なって表われる磁気抵抗の値を測定する。
【００９７】
図４１及び図４２は、巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質に従う動作特性を示す図である。
図４１に示されているように、巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質が空気である場合、空気の磁化率が低いため可変強磁性層１２９の磁化密度が小さく、磁気抵抗が小さく表われる。一方、図４２に示されているように巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質がバイオ物質（血液）である場合、血液の磁化率が空気より高いため可変強磁性層１２９の磁化密度が大きくなり、磁気抵抗が大きく表われる。
【００９８】
図４３及び図４４は、磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーのセンスワードラインＳ＿ＷＬ電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
先ず、センスワードライン１３３にセンシング電圧を印加すれば血液成分の分極特性により、図４３に示されているように低いセンスワードライン１３３電圧から徐々に血液成分の分離が始まる。そして、図４４に示されているように高いセンスワードライン１３３電圧では血液成分が一層大きいスペクトラムに分離される。
【００９９】
したがって、磁性物質１２８と可変強磁性層１２９の磁気結合に伴い形成された磁場で、周辺磁化媒質の磁化密度がセンスワードライン１３３の電圧値によって異なることになり、磁気抵抗値が異なってセンシングされる。血液成分分析手段は、巨大磁気抵抗センサーからこのような互いに異なる磁気抵抗値を測定して血液成分を定量的に分析することができるようになる。
【０１００】
図４５及び図４６は、本実施の形態に係るフォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーの構成を示す図である。
図４５に示す巨大磁気抵抗センサーは、１つのスイッチング素子と、１つのＧＭＲ素子１５２、センスワードライン１５３及び１つのフォーシングワードライン（Forcing wordline）１４８を備える。
【０１０１】
ここで、ＧＭＲ素子１５２は、可変強磁性層１４９、導電抵抗体１５０及び固定強磁性層１５１を備える。
そして、スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子１４０はコンタクトライン１４３を介してセンスビットライン１４６に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子１４２はワードライン１４５と連結され、ソース端子１４１はコンタクトライン１４４を介して導電抵抗体１５０の一側と連結される。導電抵抗体１５０の他の一側の上部にはセンスワードライン１５３が形成される。
さらに、全体の素子等はオキシド保護層１５４により絶縁され、センスビットライン１４６の下部にはバリヤー導電層１４７が形成される。
【０１０２】
図４６は、図４５に係る構成においてＡ−Ａ’面で切断したときの、フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーの基本的な断面構成を示す図である。
図４６に示されているように、ＧＭＲ素子１５２の可変強磁性層１４９とフォーシングワードライン１４８とが磁気結合されてフォーシングワードライン１４８の周辺に磁場を形成する。そして、全体の素子等はオキシド保護層１５４により絶縁される。したがって、この巨大磁気抵抗センサーは、フォーシングワードライン１４８に印加される電流の強度によりフォーシングワードライン１４８の周辺に誘導される磁場の大きさが変化する。
【０１０３】
このような構成を有する本実施の形態に係る巨大磁気抵抗センサーは、電流ソースからなるフォーシングワードライン１４８と可変強磁性層１４９との磁気結合に伴い、フォーシングワードライン１４８の周辺に磁場が誘導される。したがって、磁場に形成された磁化媒質の成分に従い互いに異なって表われる磁気抵抗の値を測定する。
【０１０４】
図４７及び図４８は、フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質に従う動作特性を示す図である。
図４７に示されているように、巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質が空気である場合、空気の磁化率が低いため可変強磁性層１４９の磁化密度が小さく、磁気抵抗が小さく表われる。一方、図４８に示されているように巨大磁気抵抗センサーの周辺磁化媒質がバイオ物質（血液）である場合、血液の磁化率が空気より高いため可変強磁性層１４９の磁化密度が大きくなり、磁気抵抗が大きく表われる。
【０１０５】
図４９及び図５０は、フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーのフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ電圧の変化に伴う成分分離を示す図である。
先ず、フォーシングワードライン１４８にセンシング電圧を印加すれば血液成分の分極特性により、図４９に示されているように低いフォーシングワードライン１４８電圧から徐々に血液成分の分離が始まる。そして、図５０に示されているように高いフォーシングワードライン１４８電圧では血液成分がさらにより大きいスペクトラムに分離される。
【０１０６】
したがって、２つのセンシング電極であるフォーシングワードライン１４８と可変強磁性層１４９との磁気結合に伴い形成された磁場で、周辺磁化媒質の磁化密度がフォーシングワードライン１４８の電圧値によって異なることになり、磁気抵抗値が異なってセンシングされる。血液成分分析手段は、巨大磁気抵抗センサーからこのような互いに異なる磁気抵抗値を測定して血液成分を定量的に分析することができるようになる。
【０１０７】
また、図５１は、本実施の形態に係る磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
巨大磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイは、ロー方向に複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍが平行に配置される。そして、カラム方向には複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍと垂直に複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎが配置される。
【０１０８】
さらに、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍはこれと一対一に対応する複数のＳ＿ＷＬ駆動部１６１１〜１６１ｍを備える。複数のＳ＿ＷＬ駆動部１６１１〜１６１ｍは、これと対応する複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬに互いに異なるバイアス電圧を印加する。
互いに交差する複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍと、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎとの間には複数の巨大磁気抵抗センサー１６０が備えられる。
１つの巨大磁気抵抗センサー１６０は、１つのスイッチング素子Ｔ、１つのＧＭＲ素子１３２及び１つの磁性物質１２８を備える。
【０１０９】
スイッチング素子Ｔのドレイン端子はセンスビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ソース端子はＧＭＲ素子１３２の一端と連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結される。そして、ＧＭＲ素子１３２の他の一端はセンスワードラインＳ＿ＷＬと連結される。さらに、ＧＭＲ素子１３２は磁性物質１２８との磁気結合により磁場Ｍを形成する。
【０１１０】
さらに、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎはこれと一対一に対応する複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎと連結される。複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎはセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮを印加する際、センスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎの出力信号と基準電圧ＲＥＦ値とを比較及び増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。
【０１１１】
ここで、それぞれの基準電圧ＲＥＦはカラム等が互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦによりその特性が分離評価できるようにするため互いに異なる値を有する。すなわち、巨大磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイのそれぞれのカラムは、互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦにより血液成分の特性が多様に分離及び分析されるようにする。
【０１１２】
このような構成を有する本実施の形態に係るセンシングセルアレイは、センスワードラインＳ＿ＷＬを介してＧＭＲ素子１３２に互いに異なるバイアス電圧が印加されれば、磁性物質１２８との磁気結合により磁場が誘導される。ＧＭＲ素子１３２は、周辺物質の磁化率に従い互いに異なる磁気抵抗の値をセンシングし、これに伴い互いに異なる電流を出力する。スイッチング素子Ｔは、ゲートにワードラインＷＬ電圧が印加されればターンオンされ、ＧＭＲ素子１３２を介してセンシングされた互いに異なる電流をセンスビットラインＳ＿ＢＬに出力する。
【０１１３】
センスアンプＳＡは、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮに応答しセンスビットラインＳ＿ＢＬから印加される出力信号と基準電圧ＲＥＦとを比較及び増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。したがって、巨大磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイの全体的なそれぞれのローとそれぞれのカラムは、それぞれ異なる成分の特性を得ることになる。
【０１１４】
また、図５２は、本実施の形態に係るフォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイを示す図である。
巨大磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイは、ロー方向に複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍが平行に配置される。そして、カラム方向には複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍと垂直に複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎが配置される。
【０１１５】
さらに、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍはこれと一対一に対応する複数のＳ＿ＷＬ駆動部１７１１〜１７１ｍを備える。複数のＳ＿ＷＬ駆動部１７１１〜１７１ｍは、これと対応する複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬに互いに異なるバイアス電圧を印加する。
互いに交差する複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍと、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎとの間には複数の巨大磁気抵抗センサー１７０が備えられる。
【０１１６】
１つの巨大磁気抵抗センサー１７０は、１つのスイッチング素子Ｔ、１つのＧＭＲ素子１５２及び１つのフォーシングワードライン１４８を備える。
スイッチング素子Ｔのドレイン端子はセンスビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ソース端子はＧＭＲ素子１５２の一端と連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結される。そして、ＧＭＲ素子１５２の他の一端はセンスワードラインＳ＿ＷＬと連結される。さらに、ＧＭＲ素子１５２はフォーシングワードライン１４８との磁気結合により磁場Ｍを形成する。
【０１１７】
ここで、フォーシングワードライン１４８は磁場を誘導するためフォーシングワードライン電圧を提供するＦ＿ＷＬ駆動部１７２１〜１７２ｍ、及びフォーシングワードライン１４８の電流を制御するためのＦ＿ＷＬ制御部１７３１〜１７３ｍと連結される。
フォーシングワードライン１４８の周辺に磁場を形成するためセンスビットラインＳ＿ＢＬ電流の大きさを変化させ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ電流の大きさを固定させる方法を用いる。さらに、センスビットラインＳ＿ＢＬ電流の大きさを固定させてフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ電流の大きさを変化させる方法を利用する。
【０１１８】
さらに、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎはこれと一対一に対応する複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎと連結される。複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎはセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮを印加する際、センスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎの出力信号と基準電圧ＲＥＦ値とを比較及び増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。ここで、それぞれの基準電圧ＲＥＦはカラム等が互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦによりその特性が分離評価できるようにするため互いに異なる値を有する。
すなわち、巨大磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイのそれぞれのカラムは、互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦにより血液成分の特性が多様に分離及び分析されるようにする。
【０１１９】
このような構成を有するセンシングセルアレイは、センスワードラインＳ＿ＷＬを介してＧＭＲ素子１５２に互いに異なるバイアス電圧が印加され、フォーシングワードライン１４８を介してフォーシングワードライン電圧が印加されれば、磁気結合により磁場が誘導される。ＧＭＲ素子１５２は、周辺物質の磁化率に従って互いに異なる磁気抵抗の値をセンシングし、これに伴い互いに異なる電流を出力する。スイッチング素子Ｔは、ゲートにワードラインＷＬ電圧が印加されればターンオンされ、ＧＭＲ素子１５２を介してセンシングされた互いに異なる電流をセンスビットラインＳ＿ＢＬに出力する。
【０１２０】
センスアンプＳＡは、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮに応答しセンスビットラインＳ＿ＢＬから印加される出力信号と基準電圧ＲＥＦとを比較及び増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。したがって、巨大磁気抵抗センサーを利用したセンシングセルアレイの全体的なそれぞれのローとそれぞれのカラムは、それぞれ異なる成分の特性を得ることになる。
【０１２１】
図５３は、磁性物質を利用したセンシングセルアレイのレイアウト構成を示す図である。
センスビットラインＳ＿ＢＬとセンスワードラインＳ＿ＷＬが互いに垂直に交差して配置され、ＧＭＲ素子１３２の上部に磁性物質１２８が形成される。
【０１２２】
さらに、図５４は、フォーシングワードラインを利用したセンシングセルアレイのレイアウト構成を示す図である。
センスビットラインＳ＿ＢＬと、センスワードラインＳ＿ＷＬ及びフォーシングワードラインＦ＿ＷＬが互いに垂直に交差して配置される。ＧＭＲ素子１５２の上部にはフォーシングワードラインＦ＿ＷＬがセンスワードラインＳ＿ＷＬと平行に配置される。
【０１２３】
図５５は、磁性物質を利用したセンシングセルアレイのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
ここで、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍはセンスワードラインＳ＿ＷＬのバイアス電圧によりそれぞれの成分が分離される。そして、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎは互いに異なる複数の基準電圧ＲＥＦによりそれぞれの成分が分離される。したがって、全体の巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイは周辺物質のそれぞれ異なる特性を分離して分析することができるようになる。
【０１２４】
図５６は、フォーシングワードラインを利用したセンシングセルアレイのセンシング出力値に従い得られる成分分析表である。
ここで、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍはセンスワードラインＳ＿ＷＬのバイアス電圧によりそれぞれの成分が分離される。又は、複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍはＦ＿ＷＬ駆動部１７２１〜１７２ｍにより調整されたフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ電圧によりそれぞれの成分が分離される。そして、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎは互いに異なる複数の基準電圧ＲＥＦによりそれぞれの成分が分離される。したがって、全体の巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイは周辺物質のそれぞれ異なる特性を分離して分析することができるようになる。
【０１２５】
図５７は、磁性物質を利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
先ず、ｔ１区間の進入時にワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが活性化される。したがって、ＧＭＲ素子１３２からセンシングされた互いに異なる磁気抵抗の値は、センスビットラインＳ＿ＢＬを介してそれぞれセンスアンプＳＡに出力される。
【０１２６】
その後、ｔ２区間の進入時にセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化されると、センスアンプＳＡでセンシングされた互いに異なる磁気抵抗値をそれぞれ増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。したがって、血液成分分析手段はセンシングセルアレイから出力されたそれぞれのセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを分析して周辺物質の成分を分析することができるようになる。
次に、ｔ２区間以後にｔ３区間に進入すれば、ワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが非活性化され、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮがディスエーブルされて動作を停止することになる。
【０１２７】
図５８は、フォーシングワードラインを利用した巨大磁気抵抗センサーのセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
先ず、ｔ１区間の進入時にワードラインＷＬ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが活性化される。したがって、ＧＭＲ素子１５２からセンシングされた互いに異なる磁気抵抗の値は、センスビットラインＳ＿ＢＬを介してそれぞれセンスアンプＳＡに出力される。
【０１２８】
その後、ｔ２区間の進入時にセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化されると、センスアンプＳＡでセンシングされた互いに異なる磁気抵抗値をそれぞれ増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。したがって、血液成分分析手段はセンシングセルアレイから出力されたそれぞれのセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを分析して周辺物質の成分を分析することができるようになる。
次に、ｔ２区間以後にｔ３区間に進入すれば、ワードラインＷＬ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが非活性化され、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮがディスエーブルされて動作を停止することになる。
【０１２９】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態に係る磁化ホール感知センサー及びこれを利用したセンシングセルアレイを、図５９〜図７３を参照して詳しく説明する。
【０１３０】
図５９及び図６０は、本実施の形態に係る磁化ホール感知センサーの基本的な構成を示す図である。
図５９に示す磁化ホール感知センサーは、誘導磁場を生成するための電流が印加される電流ライン１８０、電流ライン１８０上部の一側に形成された可変強磁性層１８１、及び電流ライン１８０上部の他の一側に形成されたＭＴＪ素子（又はＧＭＲ素子）１８５を備える。
【０１３１】
ここで、ＭＴＪ素子１８５は、可変強磁性層１８２、トンネル接合層１８３及び固定強磁性層１８４を備える。したがって、電流ライン１８０に一定の電流が印加される場合、可変強磁性層１８１，１８２と２つの可変強磁性層１８１，１８２の間に形成された周辺物質を介して電流ライン１８０の周辺に誘導磁場が形成される。
もし、図５９に示されているように２つの可変強磁性層１８１，１８２の間に大きい磁化率物質が存在する場合、可変強磁性層１８１，１８２の磁束密度が大きいため誘導磁場の大きさが大きく表われる。一方、図６０に示されているように２つの可変強磁性層１８１，１８２の間に小さい磁化率物質が存在する場合、可変強磁性層１８１，１８２の磁束密度が小さいため誘導磁場の大きさが小さく表われる。
【０１３２】
したがって、ＭＴＪ素子（又はＧＭＲ素子）１８５の可変強磁性層１８２の磁力線において、中間周辺物質の磁化率が周辺物質の成分に従い互いに異なることを利用して磁気抵抗の変化値を得ることができるようになる。
図６１及び図６２は、本実施の形態に係るＭＴＪ素子を利用した磁化ホール感知センサーの断面及び平面構成を示す図である。
【０１３３】
図６１に示す磁化ホール感知センサーは、１つのスイッチング素子、ＭＴＪ素子１８５の可変強磁性層１８２に磁場を誘導するためフォーシングワードライン電流が印加される電流ライン１８０、可変強磁性層１８１及び１つのＭＴＪ素子１８５を備える。ここで、ＭＴＪ素子１８５は、可変強磁性層１８２、トンネル接合層１８３及び固定強磁性層１８４を備え、可変強磁性層１８２の下部にはバリヤー導電層１８６が形成される。
そして、ＭＴＪ素子１８５の固定強磁性層１８４の上部にはセンスワードライン１８７が形成され、全ての素子等はオキシド保護層１８８により絶縁される。さらに、可変強磁性層１８１とＭＴＪ素子１８５との間には任意の規格を有するセンシングホール１８９が形成され、センシングホール１８９にセンシングを望む周辺物質の成分が露出されるようにする。
【０１３４】
スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子１９０はコンタクトライン１９３を介してセンスビットライン１９６に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子１９２はワードライン１９５と連結され、ソース端子１９１はコンタクトライン１９４を介してＭＴＪ素子１８５の下部に形成されたバリヤー導電層１８６と連結される。
【０１３５】
図６３は、本実施の形態に係る磁化ホール感知センサーのセンシングホール１８９の類型を説明するための図である。
センシングホール１８９は、可変強磁性層１８１とＭＴＪ素子１８５の可変強磁性層１８２の距離ｄに伴う変数を横方向に設け、２つの可変強磁性層１８１，１８２の面積に伴う変数を縦方向に設ける。したがって、２つの可変強磁性層１８１，１８２間の距離に基づき周辺物質の成分の大きさを分類することができ、２つの可変強磁性層１８１，１８２間の面積に基づき周辺物質の大きさに該当する成分等の量を定量的に分析することができるようになる。
【０１３６】
図６４及び図６５は、ＭＴＪ素子１８５を利用した磁化ホール感知センサーのセンシングホール１８９の大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
図６４に示されているように、２つの可変強磁性層１８１，１８２間の距離が近い場合センシングホール１８９の大きさが小さいため、周辺物質１９７の成分の大きさがセンシングホール１８９より大きい成分等はセンシングホール１８９の内側に浸透することができない。したがって、センシングホール１８９に露出された周辺物質１９７の磁化定数μをセンシングして小さい大きさの成分のみ周辺物質１９７の特性で表わすことができるようになる。
【０１３７】
一方、図６５に示されているように、２つの可変強磁性層１８１，１８２間の距離が遠い場合センシングホール１８９の大きさが大きいため、周辺物質１９７の成分の大きさがセンシングホール１８９より小さい成分等が全てセンシングホール１８９の内側に浸透することになる。したがって、センシングホール１８９に露出された周辺物質１９７の磁化定数μをセンシングし、大きさの大きい成分等も周辺物質１９７の特性で表わすことができるようになる。
【０１３８】
また、図６６及び図６７は、本実施の形態に係るＧＭＲ素子を利用した磁化ホール感知センサーの断面及び平面構成を示す図である。
図６６に示す磁化ホール感知センサーは、１つのスイッチング素子、ＧＭＲ素子２０５の可変強磁性層２０２に磁場を誘導するためフォーシングワードライン電流が印加される電流ライン２００、可変強磁性層２０１及び１つのＧＭＲ素子２０５を備える。ここで、ＧＭＲ素子２０５は、可変強磁性層２０２、センシング伝導層２０３及び固定強磁性層２０４を備える。
【０１３９】
そして、ＧＭＲ素子２０５の固定強磁性層２０４の上部にはセンスワードライン２０６が形成され、全ての素子等はオキシド保護層２０７により絶縁される。さらに、可変強磁性層２０１とＧＭＲ素子２０５との間には任意の規格を有するセンシングホール２０８が形成され、センシングホール２０８にセンシングを望む周辺物質の成分が露出されるようにする。
【０１４０】
スイッチング素子はＮＭＯＳトランジスタで構成されるが、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子２０９はコンタクトライン２１２を介してセンスビットライン２１５に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子２１１はワードライン２１４と連結され、ソース端子２１０はコンタクトライン２１３を介してＧＭＲ素子２０５のセンシング伝導層２０３と連結される。
【０１４１】
図６８及び図６９は、ＧＭＲ素子２０５を利用した磁化ホール感知センサーのセンシングホール２０８の大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
図６８に示されているように、２つの可変強磁性層２０１、２０２間の距離が近い場合センシングホール２０８の大きさが小さいため、周辺物質２１７の成分の大きさがセンシングホール２０８より大きい成分等はセンシングホール２０８の内側に浸透することができない。したがって、センシングホール２０８に露出された周辺物質２１７の磁化定数μをセンシングして小さい大きさの成分のみ周辺物質２１７の特性で表わすことができるようになる。
【０１４２】
一方、図６９に示されているように、２つの可変強磁性層２０１、２０２間の距離が遠い場合センシングホール２０８の大きさが大きいため、周辺物質２１７の成分の大きさがセンシングホール２０８より小さい成分等が全てセンシングホール２０８の内側に浸透することになる。したがって、センシングホール２０８に露出された周辺物質２１７の磁化定数μをセンシングし、大きさの大きい成分等も周辺物質２１７の特性で表わすことができるようになる。
【０１４３】
図７０は、本実施の形態に係る磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイを示す図である。
磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイは、ロー方向に複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍが平行に配置される。そして、カラム方向には複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍと垂直に交差して複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎが配置される。
【０１４４】
互いに交差する複数のフォーシングワードラインＦ＿ＷＬ＿１〜Ｆ＿ＷＬ＿ｍ、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ及び複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍと、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎとの間には複数の磁化ホール感知センサー２２０が備えられる。
１つの磁化ホール感知センサー２２０は、１つのスイッチング素子Ｔ、１つのセンサーＳ、及び磁場を誘導するためのソースとして１つの電流ラインＬを備える。ここで、センサーＳはＭＴＪ素子又はＧＭＲ素子で構成することができる。
【０１４５】
スイッチング素子Ｔのドレイン端子はセンスビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ソース端子はセンサーＳの一端と連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結される。そして、センサーＳの他の一端はセンスワードラインＳ＿ＷＬと連結される。
フォーシングワードラインＦ＿ＷＬは電流ラインＬの一端と連結され、電流ラインＬの他の一端には複数の電流調整部ＣＣ＿１〜ＣＣ＿ｍがそれぞれ連結される。複数の電流調整部ＣＣは電流ラインＬと接地電圧端との間に備えられ、電流ラインＬに誘導磁場を生成するための電流を印加する。
【０１４６】
さらに、複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎはこれと一対一に対応する複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎと連結される。複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎはこれと対応する複数の基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎ及びセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが入力され、センスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。ここで、それぞれの基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎはそれぞれ互いに異なる基準電圧値を有する。すなわち、磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイのそれぞれのカラムは、互いに異なるレベルの基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎにより血液成分の特性が多様に分離及び分析されるようにする。
【０１４７】
このような構成を有するセンシングセルアレイは、ワードラインＷＬがイネーブルされればスイッチング素子Ｔがターンオンされ、センサーＳでセンシングされた磁束密度に従い相違する電流値がセンスビットラインＳ＿ＢＬに出力される。
センスアンプＳＡは、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮに応答しセンスビットラインＳ＿ＢＬから印加される電流を増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。そして、センスアンプＳＡは互いに異なる基準電圧ＲＥＦに従い互いに異なるセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。したがって、磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイの全体的なそれぞれのローとそれぞれのカラムは、それぞれ異なる成分の特性を得ることになる。
【０１４８】
図７１は、本実施の形態に係る磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
図７１に示すセンシングセルアレイは、図７０に係る構成に比べて１つのセンスビットラインＳ＿ＢＬに複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍが連結されるのが相違する。１つのセンスビットラインＳ＿ＢＬに複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍが連結され、それぞれのセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍにこれと対応する複数の互いに異なる基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｍが入力される。
【０１４９】
そして、複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍからそれぞれ出力される複数のセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴは、インコーダ２２１１〜２２２ｎに出力されて周辺物質の成分分析のためインコーディングされる。
以上のように、センシングセルアレイのそれぞれのセンシング出力値に従い、図７２に示されているように磁化ホール感知センサーの周辺物質の成分分析表を得ることができるようになる。
【０１５０】
ここで、複数のセンスワードラインＳ＿ＷＬと複数のセンスビットラインＳ＿ＢＬとの間に備えられたセンシングホール１８９、２０８は、その大きさに伴う関数で表現することができる。さらに、センスビットラインＳ＿ＢＬの出力値と互いに異なる基準電圧ＲＥＦとの比較に従い、周辺物質の成分がそれぞれ分離される。したがって、全体の磁化ホール感知センサーのセンシングセルアレイは周辺物質のそれぞれ異なる特性を分離して分析することができるようになる。
【０１５１】
図７３は、本実施の形態に係る磁化ホール感知センサーを利用したセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
先ず、ｔ１区間の進入時にワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが活性化される。したがって、センサーＳからセンシングされた互いに異なる出力値は、センスビットラインＳ＿ＢＬを介してそれぞれセンスアンプＳＡに出力される。
【０１５２】
その後、ｔ２区間の進入時にセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化されると、センスアンプＳＡでセンシングされた互いに異なる出力値と基準電圧ＲＥＦとをそれぞれ比較及び増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。したがって、血液成分分析手段はセンシングセルアレイから出力されたそれぞれのセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを分析して周辺物質の成分を分析することができるようになる。
次に、ｔ２区間以後にｔ３区間に進入すれば、ワードラインＷＬ、センスワードラインＳ＿ＷＬ、フォーシングワードラインＦ＿ＷＬ、センスビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが非活性化され、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮがディスエーブルされて動作を停止することになる。
【０１５３】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態に係る誘電率感知センサー及びこれを利用したセンシングセルアレイを、図７４〜図８４を参照して詳しく説明する。
【０１５４】
図７４は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーの基本的な構成を示す図である。
図７４に示す誘電率感知センサーは、１つのスイッチング素子Ｔと１つのセンシングキャパシタＳ＿Ｃを備える。
【０１５５】
ここで、スイッチング素子ＴはＮＭＯＳトランジスタで構成される。そして、ＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子はセンシングビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結され、ソース端子はセンシングキャパシタＳ＿Ｃの第２の電極と連結される。さらに、センシングキャパシタＳ＿Ｃの第１の電極はセンシングプレートラインＳ＿ＰＬに連結される。したがって、センシングキャパシタＳ＿Ｃの静電容量に従いセンシングビットラインＳ＿ＢＬのセンシング電圧が相違して検出される。
【０１５６】
図７５は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーの断面構成を示す図である。図７６は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーの平面構成を示す図である。
本実施の形態に係るＮＭＯＳトランジスタの一側のドレイン端子２３０は、コンタクトライン２３３を介してセンシングビットライン２３６に連結される。ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子２３２はワードライン２３５と連結され、ソース端子２３１はコンタクトライン２３４を介してセンシングキャパシタの第２の電極２３８と連結される。センシングキャパシタの第１の電極は、センシングプレートラインＳ＿ＰＬと連結される。さらに、センシングキャパシタの第１の電極２３７と第２の電極２３８との間には、２つの電極間の距離とセンシング電極の面積に対応するセンシングホール２４０が形成される。さらに、全体素子等はオキシド保護層２３９により絶縁される。
【０１５７】
このような構成を有する本実施の形態に係る誘電率感知センサーは、第１の電極２３７と第２の電極２３８間の距離とセンシング電極の面積に従いセンシングホール２４０が形成され、センシングホール２４０にセンシングするための周辺物質の成分が露出されるようにする。
【０１５８】
図７７は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーのセンシングホール２４０の類型を説明するための図である。
センシングホール２４０は、第１の電極２３７と第２の電極２３８の距離ｄに伴う変数を横方向に設け、第１の電極２３７と第２の電極２３８の面積Ｓに伴う変数を縦方向に設ける。したがって、２つの電極間の距離に基づき周辺物質の成分の大きさを分類することができ、２つの電極間の面積に基づき周辺物質の大きさに該当する成分等の量を定量的に分析することができるようになる。
【０１５９】
図７８及び図７９は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーのセンシングホールの大きさに伴う磁化率の変化を説明するための図である。
図７８に示されているように、第１の電極２３７と第２の電極２３８の間の距離が近い場合センシングホール２４０の大きさが小さいため、周辺物質２４１の成分の大きさがセンシングホール２４０より大きい成分等はセンシングホール２４０の内側に浸透することができない。したがって、センシングホール２４０に露出された周辺物質の誘電定数εをセンシングして小さい大きさの成分のみ周辺物質の特性で表わすことができるようになる。
【０１６０】
一方、図７９に示されているように、第１の電極２３７と第２の電極２３８の間の距離が遠い場合センシングホール２４０の大きさが大きいため、周辺物質２４１の成分の大きさがセンシングホール２４０より小さい成分等が全てセンシングホール２４０の内側に浸透することになる。したがって、センシングホール２４０に露出された周辺物質の誘電定数εをセンシングし、大きさの大きい成分等も周辺物質の特性で表わすことができるようになる。
【０１６１】
図８０は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーを利用したセンシングセルアレイを示す図である。
誘電率感知センサーを利用したセンシングセルアレイは、ロー方向に複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンシングプレートラインＳ＿ＰＬ＿１〜Ｓ＿ＰＬ＿ｍが平行に配置される。そして、カラム方向には複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンシングプレートラインＳ＿ＰＬ＿１〜Ｓ＿ＰＬ＿ｍと垂直に複数のセンシングビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎが配置される。
【０１６２】
互いに交差する複数のワードラインＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ及び複数のセンシングプレートラインＳ＿ＰＬ＿１〜Ｓ＿ＰＬ＿ｍと、複数のセンシングビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎとの間には複数の誘電率感知センサー２５０が備えられる。
１つの誘電率感知センサー２５０は、１つのスイッチング素子Ｔ及び１つのセンシングキャパシタＳ＿Ｃを備える。ここで、スイッチング素子Ｔのドレイン端子はセンシングビットラインＳ＿ＢＬと連結され、ソース端子はセンシングキャパシタＳ＿Ｃの第２の電極と連結され、ゲート端子はワードラインＷＬと連結される。そして、センシングキャパシタＳ＿Ｃの第１の電極はセンシングプレートラインＳ＿ＰＬと連結される。
【０１６３】
さらに、複数のセンシングビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎはこれと一対一に対応する複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎと連結される。複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｎはこれと対応する複数の基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎ及びセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが入力され、センスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。ここで、それぞれの基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎはそれぞれ互いに異なる基準電圧値を有する。
すなわち、誘電率感知センサーを利用したセンシングセルアレイのそれぞれのカラムは、異なるレベルの基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｎにより血液成分の特性が多様に分離及び分析されるようにする。
【０１６４】
このような構成を有するセンシングセルアレイは、ワードラインＷＬがイネーブルされればスイッチング素子Ｔがターンオンされ、センシングキャパシタＳ＿Ｃの静電容量に従ってセンシングされた電圧がセンシングビットラインＳ＿ＢＬに出力される。
センスアンプＳＡは、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮに応答しセンシングビットラインＳ＿ＢＬから印加されるセンシング電圧を増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。そして、センスアンプＳＡは互いに異なる基準電圧ＲＥＦに従い互いに異なるセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを出力する。したがって、誘電率感知センサーを利用したセンシングセルアレイの全体的なそれぞれのローとそれぞれのカラムは、それぞれ異なる成分の特性を得ることになる。
【０１６５】
図８１は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーのセンシングセルアレイの変形例を示す図である。
図８１に示すセンシングセルアレイは、図８０に係る構成に比べて１つのセンスビットラインＳ＿ＢＬに複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍが連結されるのが相違する。１つのセンシングビットラインＳ＿ＢＬに複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍが連結され、それぞれのセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍにこれと対応する複数の互いに異なる基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｍが入力される。
そして、複数のセンスアンプＳＡ１〜ＳＡｍからそれぞれ出力される複数のセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴは、インコーダ２５１１〜２５１ｎに出力されて周辺物質の成分分析のためインコーディングされる。
【０１６６】
図８２は、本実施の形態に係るセンシングビットラインＳ＿ＢＬと基準電圧ＲＥＦレベルとの関係を説明するための図である。
複数のセンシングビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｍは、スイッチングトランジスタＴを介してセンシングキャパシタＳ＿Ｃからセンシングされた複数のセンシング電圧レベルを発生することになる。複数のセンシングビットラインＳ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｍから印加された複数のセンシング電圧レベルと、それぞれ互いに異なる基準電圧ＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｍのレベルを比べることにより、センシングされた周辺物質の成分がどの基準電圧レベルＲＥＦ＿１〜ＲＥＦ＿ｍに該当するのかを判断することができるようになる。
【０１６７】
以上のように、センシングセルアレイのそれぞれのセンシング出力値に従い、図８３に示されているように誘電率感知センサーの周辺物質の成分分析表を得ることができるようになる。
ここで、複数のセンシングプレートラインＳ＿ＰＬと複数のセンシングビットラインＳ＿ＢＬとの間に備えられたセンシングホール２４０は、その大きさに伴う関数で表現することができる。さらに、センシングビットラインＳ＿ＢＬでセンシングされた電圧と互いに異なる基準電圧ＲＥＦとの比較に従い、周辺物質の成分がそれぞれ分離される。したがって、全体の誘電率感知センサーのセンシングセルアレイは周辺物質のそれぞれ異なる特性を分離して分析することができるようになる。
【０１６８】
図８４は、本実施の形態に係る誘電率感知センサーを利用したセンシングセルアレイにおけるリード動作時の動作タイミング図である。
先ず、ｔ１区間の進入時からセンシングビットラインＳ＿ＢＬ、基準電圧ＲＥＦ及びセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化される。したがって、センシングキャパシタＳ＿Ｃからセンシングされた互いに異なるセンシング電圧値は、センシングビットラインＳ＿ＢＬを介してそれぞれセンスアンプＳＡに出力される。次に、センスアンプＳＡはセンシングビットラインＳ＿ＢＬを介して入力されたセンシング電圧値と基準電圧ＲＥＦとを比較して増幅することになる。
【０１６９】
その後、ｔ２区間の進入時にセンスアンプイネーブル信号ＳＥＮが活性化された状態で、センスアンプＳＡでセンシングされた互いに異なるセンシング電圧値をそれぞれ増幅してセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴが出力される。
したがって、血液成分分析手段はセンシングセルアレイから出力されたそれぞれのセンスアンプ出力信号ＳＡ＿ＯＵＴを分析して周辺物質の成分を分析することができるようになる。
次に、ｔ２区間以後にｔ３区間に進入すれば、ワードラインＷＬ、センシングプレートラインＳ＿ＰＬ、センシングビットラインＳ＿ＢＬ及び基準電圧ＲＥＦが非活性化され、センスアンプイネーブル信号ＳＥＮがディスエーブルされて動作を停止することになる。
【０１７０】
以上、各実施の形態によれば、センサー及びそのセンシングセルアレイは、バイオセンサー、混合物成分分析センサー又は皮膚認識センサー等に適用され、周辺物質の成分を定量的に分析することができる。
また、センシングセルアレイを介して速やかな時間内に周辺物質の多様な成分を同時に分析することができるようにする。すなわち、バイオセンサー、混合物成分分析センサー、皮膚認識センサーに適用されて多様な周辺物質の成分をナノセカンドの時間レベルで分析することができるようになる。
さらに、センシングセルアレイのチップのサイズが小さいため、テストのためのサンプルの試料を節約することができるようにするという効果がある。
【符号の説明】
【０１７１】
６ センシングセルアレイ
７ バイオセンサー
８ センシングパッケージ
９ 連結リード
１０ 連結ボード
１１ 血液成分分析手段
２０ ドレイン端子
２１ ソース端子
２２ ゲート端子
２３，２４ コンタクトライン
２５ ワードライン
２６ センスビットライン
２７ センスワードライン
２８ 可変強磁性層
２９ トンネル接合層
３０ 固定強磁性層
３１ ＭＴＪ素子
３２ バリヤー導電層
３３ オキシド保護層
３４ センスワードライン
３５ 可変強磁性層
３６ 伝導性抵抗体
３７ 固定強磁性層
３８ ＧＭＲ素子
３９ オキシド保護層
４０ 磁化ペア感知センサー
Ｓ センサー
Ｔ スイッチング素子（スイッチングトランジスタ）
ＳＡ１〜ＳＡｎ センスアンプ
Ｓ＿ＢＬ１〜Ｓ＿ＢＬｎ センシングビットライン
Ｓ＿ＷＬ＿１〜Ｓ＿ＷＬ＿ｍ センスワードライン
ＷＬ＿１〜ＷＬ＿ｍ ワードライン
ＣＣ＿１〜ＣＣ＿ｍ 電流調整部
ＳＡ１〜ＳＡｍ センスアンプ
５０１〜５０ｎ インコーダ
６０ ドレイン端子
６１ ソース端子
６２ ゲート端子
６３，６４ コンタクトライン
６５ ワードライン
６６ センスビットライン
６７ 磁性物質
６８ 可変強磁性層（センスワードライン）
６９ トンネル接合層
７０ 固定強磁性層
７１ ＭＴＪ素子
７２ バリヤー導電層
７３ 絶縁物質
７４ オキシド保護層
８０ ドレイン端子
８１ ソース端子
８２ ゲート端子
８３，８４ コンタクトライン
８５ ワードライン
８６ センスビットライン
８７ 電流ライン（フォーシングワードライン）
８８ センスワードライン
８８ 可変強磁性層
８９ トンネル接合層
９０ 固定強磁性層
９１ ＭＴＪ素子
９２ バリヤー導電層
９３ 絶縁物質
９４ オキシド保護層
１００，１１０ 磁気抵抗センサー
１０１１〜１０１ｎ，１１２１〜１１２ｎ 基準電圧制御部
１０３１〜１０３ｎ，１１４１〜１１４ｎ Ａ／Ｄ変換部
１１１１〜１１１ｍ 電流制御部
１１６ ＤＳＰ
１２０ ドレイン端子
１２１ ソース端子
１２２ ゲート端子
１２３，１２４ コンタクトライン
１２５ ワードライン
１２６ センスビットライン
１２７ バリヤー導電層
１２８ 磁性物質
１２９ 可変強磁性層
１３０ 導電抵抗体
１３１ 固定強磁性層
１３２ ＧＭＲ素子
１３３ センスワードライン
１３４ オキシド保護層
１４０ ドレイン端子
１４１ ソース端子
１４２ ゲート端子
１４３，１４４ コンタクトライン
１４５ ワードライン
１４６ センスビットライン
１４７ バリヤー導電層
１４８ フォーシングワードライン
１４９ 可変強磁性層
１５０ 導電抵抗体
１５１ 固定強磁性層
１５２ ＧＭＲ素子
１５３ センスワードライン
１５４ オキシド保護層
１６０ 巨大磁気抵抗センサー
１６１１〜１６１ｍ Ｓ＿ＷＬ駆動部
１７０ 巨大磁気抵抗センサー
１７１１〜１７１ｍ Ｓ＿ＷＬ駆動部
１７２１〜１７２ｍ Ｆ＿ＷＬ駆動部
１７３１〜１７３ｍ Ｆ＿ＷＬ制御部
１８０ 電流ライン（フォーシングワードライン）
１８１，１８２ 可変強磁性層
１８３ トンネル接合層
１８４ 固定強磁性層
１８５ ＭＴＪ素子
１８６ バリヤー導電層
１８７ センスワードライン
１８８ オキシド保護層
１８９ センシングホール
１９０ ドレイン端子
１９１ ソース端子
１９２ ゲート端子
１９３，１９４ コンタクトライン
１９５ ワードライン
１９６ センスビットライン
１９７ 周辺物質
２００ 電流ライン（フォーシングワードライン）
２０１，２０２ 可変強磁性層
２０３ センシング伝導層
２０４ 固定強磁性層
２０５ ＧＭＲ素子
２０６ センスワードライン
２０７ オキシド保護層
２０８ センシングホール
２２１１〜２２１ｎ インコーダ
２０９ ドレイン端子
２１０ ソース端子
２１１ ゲート端子
２１２ コンタクトライン
２１３ コンタクトライン
２１４ ワードライン
２１５ センスビットライン
２１７ 周辺物質
２２０ 磁化ホール感知センサー
Ｓ＿Ｃ センシングキャパシタ
Ｓ＿ＰＬ センシングプレートライン
２３０ ドレイン端子
２３１ ソース端子
２３２ ゲート端子
２３３，２３４ コンタクトライン
２３５ ワードライン
２３６ センシングビットライン
２３７ 第１の電極
２３８ 第２の電極
２３９ オキシド保護層
２４０ センシングホール
２４１ 周辺物質
２５０ 誘電率感知センサー
２５１１〜２５１ｎ インコーダ
１ 可変強磁性層
２ トンネル接合層
３ 固定強磁性層
４ 第１の電極
５ 第２の電極
ＰＬ 駆動プレートライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート端子がワードラインに連結され、ドレイン端子がセンシングビットラインに連結されたトランジスタ素子と、
第１の電極がセンシングプレートラインに連結され、第２の電極が前記トランジスタ素子のソース端子に連結されるセンシングキャパシタと、を備え、
前記センシングキャパシタの静電容量に従い異なる誘電率をセンシングし、前記トランジスタ素子を介して出力されるセンシング電圧が互いに異なる値を有することになることを特徴とするバイオセンサー。
【請求項２】
前記トランジスタ素子及び前記センシングビットラインの上部に形成されて素子等を絶縁させるオキシド保護層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項３】
前記センシングキャパシタは、前記第１の電極と第２の電極との間にセンシングホールを形成し、
前記第１の電極及び第２の電極間の距離に従い周辺物質の成分の大きさを分類し、前記センシングホールの面積に従い前記周辺物質の成分の量を分類することを特徴とする請求項１又は２に記載のバイオセンサー。
【請求項１】
ゲート端子がワードラインに連結され、ドレイン端子がセンシングビットラインに連結されたトランジスタ素子と、
第１の電極がセンシングプレートラインに連結され、第２の電極が前記トランジスタ素子のソース端子に連結されるセンシングキャパシタと、を備え、
前記センシングキャパシタの静電容量に従い異なる誘電率をセンシングし、前記トランジスタ素子を介して出力されるセンシング電圧が互いに異なる値を有することになることを特徴とするバイオセンサー。
【請求項２】
前記トランジスタ素子及び前記センシングビットラインの上部に形成されて素子等を絶縁させるオキシド保護層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項３】
前記センシングキャパシタは、前記第１の電極と第２の電極との間にセンシングホールを形成し、
前記第１の電極及び第２の電極間の距離に従い周辺物質の成分の大きさを分類し、前記センシングホールの面積に従い前記周辺物質の成分の量を分類することを特徴とする請求項１又は２に記載のバイオセンサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【図６５】
【図６６】
【図６７】
【図６８】
【図６９】
【図７０】
【図７１】
【図７２】
【図７３】
【図７４】
【図７５】
【図７６】
【図７７】
【図７８】
【図７９】
【図８０】
【図８１】
【図８２】
【図８３】
【図８４】
【図８５】
【図８６】
【図８７】
【図８８】
【図８９】
【図９０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【図６２】
【図６３】
【図６４】
【図６５】
【図６６】
【図６７】
【図６８】
【図６９】
【図７０】
【図７１】
【図７２】
【図７３】
【図７４】
【図７５】
【図７６】
【図７７】
【図７８】
【図７９】
【図８０】
【図８１】
【図８２】
【図８３】
【図８４】
【図８５】
【図８６】
【図８７】
【図８８】
【図８９】
【図９０】
【公開番号】特開２００９−２９４２２３（Ｐ２００９−２９４２２３Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１４６３４（Ｐ２００９−２１４６３４）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【分割の表示】特願２００３−３０２８８１（Ｐ２００３−３０２８８１）の分割
【原出願日】平成１５年８月２７日（２００３．８．２７）
【出願人】（５９１０２４１１１）株式会社ハイニックスセミコンダクター (1,189)
【氏名又は名称原語表記】ＨＹＮＩＸ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】Ｓａｎ １３６−１，Ａｍｉ−Ｒｉ，Ｂｕｂａｌ−Ｅｕｐ，Ｉｃｈｏｎ−Ｓｈｉ，Ｋｙｏｕｎｇｋｉ−Ｄｏ，Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【分割の表示】特願２００３−３０２８８１（Ｐ２００３−３０２８８１）の分割
【原出願日】平成１５年８月２７日（２００３．８．２７）
【出願人】（５９１０２４１１１）株式会社ハイニックスセミコンダクター (1,189)
【氏名又は名称原語表記】ＨＹＮＩＸ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】Ｓａｎ １３６−１，Ａｍｉ−Ｒｉ，Ｂｕｂａｌ−Ｅｕｐ，Ｉｃｈｏｎ−Ｓｈｉ，Ｋｙｏｕｎｇｋｉ−Ｄｏ，Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]