DE10151020A1 - Schaltkreis-Anordnung, Sensor-Array und Biosensor-Array - Google Patents

Schaltkreis-Anordnung, Sensor-Array und Biosensor-Array

Info

Publication number
DE10151020A1
DE10151020A1 DE10151020A DE10151020A DE10151020A1 DE 10151020 A1 DE10151020 A1 DE 10151020A1 DE 10151020 A DE10151020 A DE 10151020A DE 10151020 A DE10151020 A DE 10151020A DE 10151020 A1 DE10151020 A1 DE 10151020A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor
source
transistor
electrical
calibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10151020A
Other languages
English (en)
Inventor
Roland Thewes
Christian Paulus
Martin Jenkner
Bjoern Eversmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE10151020A priority Critical patent/DE10151020A1/de
Priority to DE50214651T priority patent/DE50214651D1/de
Priority to EP02774406A priority patent/EP1438571B1/de
Priority to PCT/DE2002/003613 priority patent/WO2003038420A1/de
Publication of DE10151020A1 publication Critical patent/DE10151020A1/de
Priority to US10/821,803 priority patent/US7019305B2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45179—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using MOSFET transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45183—Long tailed pairs
    • H03F3/45188—Non-folded cascode stages
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4145—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for biomolecules, e.g. gate electrode with immobilised receptors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/4833—Physical analysis of biological material of solid biological material, e.g. tissue samples, cell cultures
    • G01N33/4836—Physical analysis of biological material of solid biological material, e.g. tissue samples, cell cultures using multielectrode arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45352—Indexing scheme relating to differential amplifiers the AAC comprising a combination of a plurality of transistors, e.g. Darlington coupled transistors

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltkreis-Anordnung, ein Sensor-Array und ein Biosensor-Array. Die Schaltkreis-Anordnung weist ein Substrat, ein in oder auf einem Oberflächen-Bereich des Substrats ausgebildetes Sensor-Element mit einem physikalischen Parameter, das mit einer zu untersuchenden Substanz koppelbar ist, wobei die Art der Kopplung einen ohmschen Anteil aufweist und eine in oder auf dem Substrat ausgebildete Kalibrier-Einrichtung auf, die derart eingerichtet ist, dass mit ihr eine Veränderung des Werts des physikalischen Parameters des Sensor-Elements zumindest teilweise kompensierbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltkreis-Anordnung, ein Sensor-Array und ein Biosensor-Array.
  • Die Netzwerkstruktur von Gehirnen höherer Tiere ist von hoher Komplexität und ist Gegenstand aktueller Forschung in der Neurobiologie. Ein Aspekt dieser Komplexität ist darin zu sehen, dass äußerlich erkennbare Funktionalitäten wie das Gedächtnis oder die Objektbildung erst durch die Vernetzung einzelner Nervenzellen miteinander realisiert wird. Für die neurobiologische Analyse hat dies zur Folge, dass zum Verständnis des Gehirns die Aktivität einer sehr großen Anzahl von Nervenzellen zu berücksichtigen ist. Aus experimentellen bzw. apparativen Gründen stoßen daher klassische Techniken zum Ableiten neuronaler Aktivität an ihre Grenzen. Beispielsweise ist das Erfassen elektrischer Signale einer Nervenzellen mittels einer Penetration in einzelne Zellen unter Verwendung von Glasmikroelektroden bei großen Zellverbänden mit zehntausenden oder gar Millionen von Neuronen selbst bei in-vitro Versuchen nicht mehr möglich.
  • Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, um nichtinvasiv, das heißt anschaulich ohne Eindringen in die zu untersuchende Nervenzelle, das elektrische Potential einer Zelle oder eines Zellverbands sensoriell zu erfassen. Ein solches Konzept ist beispielsweise in [1] beschrieben. Gemäß diesem Konzept kann eine Vielzahl von Sensoren zeitlich simultan betrieben werden, um die Aktivität einer neurobiologischen Substanz aufzuzeichnen. Dabei wird ein Metallkontakt aus einem inerten Material wie beispielsweise Gold oder Platin als Sensor-Elektrode verwendet. Als Substrat wird gemäß dem Stand der Technik häufig Glas eingesetzt, da es optisch durchlässig ist und daher eine Überwachung der experimentellen Anordnung mit einem Durchlichtmikroskop ermöglicht. Allerdings weist die Verwendung von Glas als Substrat für ein Sensor-Array den Nachteil auf, dass die erreichbaren Strukturdimensionen nicht ausreichend gering sind und dass daher eine ausreichend hohe Ortsauflösung der Aktivität von Nervenzellen nicht erreichbar ist.
  • Eine Sensor-Anordnungen mit metallischen Elektroden wird häufig als Multi-Elektroden-Array (MEA) bezeichnet.
  • Ein Multi-Elektroden-Array weist einen bekannten und häufig konstanten Abstand zwischen benachbarten Sensor-Elektroden des Arrays auf, so dass es Neurobiologen ermöglicht ist, eine sogenannte "Karte" von neuronaler Aktivität anzufertigen. Dabei können biologische Proben wie zum Beispiel Hirnproben verwendet werden, in denen die Vernetzung der Neuronen durch die Präparation nicht verändert ist. Prinzipiell weist ein Multi-Elektroden-Array den Vorteil auf, dass die Anzahl der aufzeichnenden Elektroden ausreichend hoch gewählt werden kann, so dass sich beispielsweise bei zueinander ähnlichen, aber nicht miteinander vernetzten Zellen statistische Eigenschaften von Nervenzellen erfassen lassen.
  • Die Funktion einer Nervenzelle ist für praktische Anwendungen als biochemisch-elektrischer Signalwandler interessant. Die Aktivität neuronaler Zellen wird durch bestimmte Stoffe selektiv beeinflusst, wobei vorteilhaft ist, dass viele solcher Stoffe wasserlöslich sind. Zu den die Aktivität eines Neurons beeinflussenden Molekülen gehören insbesondere Neurotransmitter, die Gegenstand vieler pharmakologischer Untersuchungen sind. Insbesondere sind Multi-Elektroden- Arrays mit darauf kultivierten Nervenzellen, insbesondere aus einem Rattenhirn, zu idealen Experimentierobjekten für die Entwicklung von Pharmaka geworden. Vorteile liegen in der guten experimentellen Handhabung und in vielversprechenden Perspektiven für Langzeitstudien. Wesentlich ist für eine solche Anwendung die zweidimensionale Struktur eines Pharma- Sensors aus Nervenzellen und einer Sensor-Anordnung.
  • Eine andere Anwendung eines gekoppelten Nervenzellen-Sensor- Systems ist es, toxische Substanzen zu detektieren. Biosensoren zeichnen sich durch einen hohen Grad von Spezifität auf. Nervenzellen beispielsweise sind vorwiegend auf solche Stoffe sensitiv, die für ihren Metabolismus (Stoffwechsel) relevant sind. Ein wichtiger Einsatzbereich von Biosensoren ist daher das Umweltmonitoring, das heißt das Erfassen von Umweltparametern, insbesondere von Giftstoffen. Aber auch auf militärischem und sicherheitstechnischem Gebiet sind Biosensoren aufgrund des beschriebenen Aspekts einsatzfähig. Ein solches Konzept ist beispielsweise in [2] beschrieben.
  • Es ist allerdings zu betonen, dass das Einsatzgebiet von Biosensoren, insbesondere der erfindungsgemäßen Schaltkreis- Anordnung, des erfindungsgemäßen Sensor-Arrays und des erfindungsgemäßen Biosensor-Arrays nicht auf Anwendungen mit Nervenzellen beschränkt sind.
  • Auf den beschriebenen Einsatzgebieten bzw. auf anderen Einsatzgebieten sind die folgenden Anforderungen an Sensor- Anordnungen zu stellen: Es sollen ausreichend viele Sensoren simultan zu betreiben sein, um zu ermöglichen, eine Momentanaufnahme der Potentialverhältnisse auf der aktiven Oberfläche der Sensor-Anordnung zu erhalten. Ferner ist der Abstand von Sensor-Elementen voneinander bzw. die räumliche Ausdehnung eines Sensor-Elements ausreichend klein zu wählen (typischerweise 10 µm bis einige 10 µm), um eine ausreichend gute Ortsauflösung zu erhalten. Eine weitere wichtige Anforderung an solche Sensoren besteht darin, dass die Ausgangssignale zweier beliebiger Sensoren eines Multi- Elektroden-Arrays bei gleichen Eingangssignalen ebenfalls gleich sein müssen. Dies bedeutet insbesondere, dass keine statischen Differenzen in den Ausgangssignalen der Sensor- Elemente (Offsets) auftreten dürfen, die beispielsweise auf Prozessschwankungen während des Herstellens der Sensor- Elemente beruhen können.
  • Lösungsansätze zum Ausbilden von Sensoren mit den gewünschten Eigenschaften sind einerseits Sensor-Anordnungen mit sogenannten IGFETs (Insulated Gate-Feldeffekttransistoren) und andererseits die bereits angesprochenen Multi-Elektroden- Arrays (MEA).
  • Ein solcher FET ist von seinem Grundprinzip her ähnlich wie ein Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MISFET) aufgebaut. Er unterscheidet sich von einem herkömmlichen MISFET dadurch, dass die Leitfähigkeit des Kanalbereichs des Transistors nicht mittels einer Metallelektrode, sondern mittels elektrischer oder elektrochemischer Vorgänge innerhalb eines Elektrolyten oberhalb des Dielektrikums gesteuert wird, wobei das Dielektrikum optional auch Ladungen aus dem Elektrolyten aufnehmen kann. Mit anderen Worten sind elektrisch geladene, zu erfassende Partikel (beispielsweise durch die Ionenkanäle von Nervenzellen hindurchtretende Ionen) über den Elektrolyten in Kontakt mit einer dielektrischen Schicht an der Oberfläche des Dielektrikums, wodurch eine rein kapazitive Kopplung zwischen den elektrisch geladenen, zu erfassenden Partikeln und dem Kanalbereich des FETs oder aber zwischen den elektrisch geladenen zu erfassenden Partikeln und der unterhalb der dielektrischen Schicht des FETs angeordneten Gate-Elektrode des FETs bewirkt wird. Mit anderen Worten wirkt die dielektrische Schicht wie das Dielektrikum eines Kondensators, der zwischen den elektrisch geladenen Ionen und direkt dem Kanalbereich des FETs oder zwischen den elektrisch geladenen Ionen der Gate- Elektrode des FETs ausgebildet ist, wobei mittels dieser kapazitiven Kopplung (ohne ohmsche Anteile) der geladenen Partikel an der Oberfläche des FET-Sensors die Leitfähigkeit des FETs infolge eines Sensor-Ereignisses verändert wird, so dass der Wert des Stromflusses zwischen Source- und Drain- Anschluss des FETs ein Maß für das Sensor-Ereignis ist. Ein direkter ohmscher Kontakt, das heißt ein direktes Vordringen der Partikel an einen elektrisch leitfähigen Bereich des FETs, ist nicht möglich. Die Kopplung ist somit rein kapazitiv.
  • Ein alternatives Lösungskonzept zum Bereitstellen von Sensor- Anordnungen, die den oben genannten Anforderungen gerecht werden, sind die Multi-Elektroden-Arrays (MEAs). Multi- Elektroden-Arrays weisen eine elektrisch leitfähige Oberfläche, zumeist eine Metallelektrode, in direktem Wirkkontakt mit den ein Sensor-Ereignis auslösenden elektrisch geladenen Partikeln. Mit anderen Worten sind die elektrisch geladenen Partikel bei Multi-Elektroden-Arrays in direktem Wirkkontakt mit der Oberfläche einer Elektrode, so dass die Kopplung zwischen den zu erfassenden Partikeln und einer Sensor-Elektrode zumindest teilweise ohmscher Art ist. Zwar kann bei Multi-Elektroden-Arrays die Kopplung zwischen den zu erfassenden Partikeln und der Elektrode auch kapazitive Anteile aufweisen (an der Oberfläche einer Elektrode können sich sogenannte Helmholtz-Schichten, das heißt Schichten von Partikeln mit alternierend positiven bzw. negativen Ladungen) ausbilden, wichtig sind jedoch die ohmschen Anteile. Bei Multi-Elektroden-Arrays wird also der Ladungszustand eines Knotens direkt unterhalb der Metallelektrode direkt durch zu erfassende Partikel verändert.
  • Bei den Multi-Elektroden-Arrays sind wiederum zwei Konzepte zu unterscheiden: Optisch und elektrisch ansteuerbare MEAs.
  • Bei der Verwendung optisch adressierbarer Multi-Elektroden- Arrays sind Metallelektroden eines Multi-Elektroden-Arrays matrixförmig angeordnet. Dimensionen von aus dem Stand der Technik bekannten optisch adressierbaren Multi-Elektroden- Arrays weisen typischerweise 60 Zeilen und 60 Spalten auf, wobei die Anzahl der Sensor-Elemente sich aus dem Produkt der Zeilen mit den Spalten ergibt. Die Elektroden einer Spalte sind jeweils über einen Fotowiderstand an eine gemeinsame Spalten-Leitung angeschlossen. Die Auswahl einer Position innerhalb des Sensor-Feldes erfolgt beispielsweise, indem unter Verwendung eines Lasers der mit dieser Position assoziierte Fotowiderstand mittels eines Lichtpulses in einen elektrisch leitenden Zustand versetzt wird. Allerdings weist dieses Konzept den Nachteil auf, dass zu einem Zeitpunkt jeweils nur ein Sensor-Feld ausgewählt werden kann. Ferner weisen optische MEAs den Nachteil auf, dass sie teure und aufwendige Komponenten aufweisen. Auch ist der Aufbau derartiger Sensor-Anordnungen aufgrund der Verwendung makroskopischer Bauelemente, wie beispielsweise einer Laseranordnung, oft hoch, was einer angestrebten Miniaturisierung entgegen wirkt. Da optische MEAs gemäß dem Stand der Technik vorwiegend auf Basis eines Glas-Substrates ausgebildet werden, ist beispielsweise die Verwendung von aktiven Schalt- oder Verstärker-Einheiten, beispielsweise von Vorverstärkern direkt unterhalb der Elektrode, technologisch nicht möglich. Auch ist bei der Glas-Substrat-Technologie eine ausreichend geringe Dimensionierung der Sensor-Elemente und ein ausreichend geringer Abstand zwischen den Sensor- Elementen nicht möglich, so dass sowohl die zeitliche als auch die räumliche Auflösung der Sensor-Elemente verbesserungsbedürftig ist.
  • Ein Beispiel für einen aus dem Stand der Technik bekannten elektrisch adressierbaren MEA ist in Fig. 1 gezeigt. Der dort gezeigte elektrisch adressierbare MEA 100 ist auf einem Glassubstrat 101 ausgebildet. Mittels einer Begrenzungswand 102 ist ein aktiver Sensorbereich 103 im zentralen Bereich des elektrisch adressierbaren MEAs 100 ausgebildet. In dem aktiven Sensorbereich 103 ist eine Vielzahl von Sensor- Feldern 104 im Wesentlichen matrixförmig angeordnet, wobei die Sensor-Felder 104 derart eingerichtet sind, dass sie ein Sensor-Ereignis eines darüber angeordneten zu untersuchenden Objekts, beispielsweise einer darauf aufgebrachten Nervenzelle, erfassen können. Über elektrische Zuleitungen 105 werden die elektrischen Signale zu Kontaktflächen 106 im Randbereich des elektrisch adressierbaren MEAs 100 abgeleitet. Der Platzbedarf für die elektrischen Zuleitungen 105 ist sehr hoch. Dadurch ist die maximal erreichbare Anzahl von. Sensor-Feldern 104 stark eingeschränkt. Die derzeitige technologische Grenze von bekannten MEAs liegt bei 64 Sensor- Feldern. Neben der stark beschränkten Anzahl maximal erreichbarer Sensor-Felder 104 infolge der separaten elektrischen Kontaktierung jedes einzelnen Sensor-Feldes 104 mittels elektrischer Zuleitungen 105 ist eine ausreichend gute räumliche Auflösung nicht erreichbar. Ferner ist zur Auswertung der an den Kontaktflächen 106 bereitgestellten Signale eine in Fig. 1 nicht gezeigte aufwendige externe Auswerte-Elektronik erforderlich, die den Platzbedarf des elektrisch adressierbaren Multi-Elektroden-Arrays 100 erhöht. Ferner ist ein wesentlicher Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten elektrisch adressierbaren MEAs 100 darin zu sehen, dass das Erfordernis, dass die Ausgangssignale zweier unterschiedlicher Sensoren eines MEAs 100 bei gleichen Eingangssignalen ebenfalls gleich sind, oft nicht erfüllt ist. Dies beruht unter anderem auf Schwankungen in der Prozesstechnologie beim Ausbilden der einzelnen Sensor-Felder 104 und hat zur Folge, dass die Nachweissensitivität und die Verlässlichkeit der erhaltenen Sensor-Signale verbesserungsbedürftig ist. Mit anderen Worten weisen unterschiedliche Sensor-Felder 104 eines elektrisch adressierbaren MEAs 100 Schwankungen bezüglich des Wertes eines oder mehrere physikalischer Parameter der Sensor- Elemente 104 auf, beispielsweise als Folge von schwankenden Prozessbedingungen bei deren Herstellung, so dass eine eindeutige Zuordnung eines elektrischen Ausgangssignals zu einem Sensor-Signal an einem zugehörigen Sensor-Feld 104 nicht möglich ist.
  • Ferner ist aus [3] ein vollelektronisches Multi-Elektroden- Array mit einer elektronischen Positionsauswahl offenbart, das jedoch die genannte Anforderung, dass bei unterschiedlichen Sensor-Feldern einem definierten Eingangssignal ein eindeutiges Ausgangssignal zugeordnet sein soll, ebenfalls nicht erfüllt.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein elektronisches Multi-Elektroden-Array bereitzustellen, bei dem auch bei einer Veränderung bzw. einer Abweichung des Wertes eines physikalischen Parameters eines Sensor-Elements von einem Referenzwert, d. h. einem bei normalen, vorzugsweise vorgegebenen, Prozessbedingungen auftretendem Wert des physikalischen Parameters, ein von dem Sensor-Element generiertes Sensor-Signal von der Veränderung des Werts unabhängig ist.
  • Die Erfindung wird durch eine Schaltkreis-Anordnung, ein Sensor-Array und ein Biosensor-Array mit den. Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Schaltkreis-Anordnung weist ein Substrat, ein in oder auf einem Oberflächen-Bereich des Substrats ausgebildetes Sensor-Element mit einem physikalischen Parameter, das mit einer zu untersuchenden Substanz koppelbar ist, wobei die Art der Kopplung einen ohmschen Anteil aufweist und eine in oder auf dem Substrat ausgebildete Kalibrier-Einrichtung auf, die derart eingerichtet ist, dass mit ihr eine Veränderung des Werts des physikalischen Parameters des Sensor-Elements zumindest teilweise kompensierbar ist.
  • Ferner ist erfindungsgemäß ein Sensor-Array mit einer Mehrzahl von in Kreuzungsbereichen von Zeilen- und Spalten- Leitungen im Wesentlichen matrixförmig angeordneten und mit in Zeilen- und Spalten-Leitungen verschalteten Schaltkreis- Anordnungen mit den oben genannten Merkmalen geschaffen.
  • Ferner ist ein Biosensor-Array mit einem Sensor-Array mit den oben genannten Merkmalen bereitgestellt.
  • Die erfindungsgemäße Schaltkreis-Anordnung weist insbesondere das Merkmal auf, dass die Komponenten der Schaltkreis- Anordnung, insbesondere die Sensor-Elemente und die Kalibrier-Einrichtung in ein Substrat, vorzugsweise ein halbleitertechnologisches Substrat integrierbar sind. Dies bewirkt eine Miniaturisierung der Anordnung, wodurch die räumliche Auflösung eines auf der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung basierenden Sensor-Arrays verbessert ist. Ferner können übliche und damit ausgereifte Prozesse der Halbleitertechnologie erfindungsgemäß verwendet werden, um die Schaltkreis-Anordnung auszubilden. Dadurch ist ein wenig aufwendiges Herstellen der Schaltkreis-Anordnung möglich. Ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass infolge der Kompensierung einer Veränderung des Werts des physikalischen Parameters des Sensor-Elements mittels der in und/oder auf dem Substrat ausgebildeten Kalibrier-Einrichtung eine eindeutige Zuordnung eines Sensor-Signals zu einem an dem zugehörigen Sensor-Element erfolgten Sensor-Ereignisses möglich ist, selbst wenn zwischen unterschiedlichen Sensor- Elementen beispielsweise infolge von Prozessschwankungen der jeweilige physikalische Parameter oder mehrere derartige physikalische Parameter einen unterschiedlichen Wert aufweisen. Beispielsweise kann wie unten beschrieben das Sensor-Element einen Mess-Transistor aufweisen, dessen Schwellenspannung oder andere Parameter infolge von Prozessschwankungen beim Ausbilden der Sensor-Elemente um einen Mittel- oder Referenz-Wert herum streuen. Sensor- Elemente mit einem unterschiedlichen Wert dieses physikalischen Parameters liefern gemäß dem Stand der Technik bei dem gleichen Sensor-Ereignis unterschiedliche Sensor- Signale. Die erfindungsgemäße Kalibrier-Einrichtung ist derart eingerichtet, dass dieser nachteilige Effekt gerade vermieden ist, indem eine Veränderung des Werts des physikalischen Parameters des Sensor-Elements zumindest teilweise kompensiert wird. Dadurch ist die Messgenauigkeit bzw. die Reproduzierbarkeit eines auf der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung basierenden Sensor-Arrays erhöht, und eine all zu hohe Exaktheit ist bei der Herstellung der Sensor-Elemente des Sensor-Arrays entbehrlich.
  • Unter einem physikalischen Parameter wird im Rahmen dieser Beschreibung ein beliebiger Parameter des Sensor-Elements, beispielsweise die Schwellenspannung eines Mess-Transistors des Sensor-Elements, verstanden, welcher Parameter bei einem bestimmten Sensor-Ereignis das daraus resultierende Sensor- Signal beeinflusst, wobei mittels der Kalibrier-Einrichtung diese Beeinflussung zumindest teilweise vermieden wird.
  • Vorzugsweise weist das Sensor-Element der Schaltkreis- Anordnung eine mit der zu untersuchenden Substanz koppelbare elektrisch leitfähige Sensor-Elektrode auf.
  • Das Sensor-Element kann ferner einen Mess-Transistor aufweisen, dessen Gate-Anschluss mit der elektrisch leitfähigen Sensor-Elektrode gekoppelt ist.
  • Der Mess-Transistor ist also vorzugsweise ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein MOSFET. Es ist jedoch alternativ möglich, als Mess-Transistor des Sensor-Elements einen Bipolar-Transistor zu verwenden, wobei der Basis- Anschluss des Bipolar-Transistors die Funktionalität des Gate-Anschlusses eines Feldeffekttransistors und wobei die Emitter- und Kollektor-Anschlüsse des Bipolar-Transistors die Funktionalität der Source-/Drain-Anschlüsse des Feldeffekttransistors wahrnehmen. Indem als aktives Element des Sensor-Elements ein Mess-Transistor verwendet wird, ist ein hochsensitives und wenig aufwendiges Bauelement einer geringen Strukturdimension verwendet.
  • Weiter kann die erfindungsgemäße Schaltkreis-Anordnung eine Einrichtung zum Erfassen eines ein erfolgtes Sensor-Ereignis charakterisierenden elektrischen Parameters aufweisen, die mit einem ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors koppelbar ist. Diese Einrichtung kann insbesondere ein Voltmeter zum Erfassen einer elektrischen Spannung oder ein Amperemeter zum Erfassen eines elektrischen Stroms sein, es ist jedoch auch das Erfassen eines anderen elektrischen Parameters wie beispielsweise eines elektrischen Widerstands oder einer Frequenz möglich. Anschaulich wird infolge eines Sensor-Ereignisses der Ladungszustand des Gate-Anschlusses des Mess-Transistors beeinflusst, wodurch ein elektrischer Strom zwischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen des Mess- Transistors verändert wird. Ein mit diesem Stromfluss korrespondierendes elektrisches Signal, entweder der Stromfluss selbst oder eine damit zusammenhängende elektrische Spannung oder ein anderes elektrisches Signal, wird dann mittels der Einrichtung zum Erfassen dieses elektrischen Parameters erfasst.
  • Ferner kann die Kalibrier-Einrichtung derart eingerichtet sein, dass mit ihr das an den ersten oder einen zweiten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors angelegte elektrische Potential derart steuerbar ist, dass durch sie ein von einem Sensor-Ereignis bewirktes Sensor-Signal des Sensor-Elements auf einen Wert einstellbar ist, der von dem Wert des physikalischen Parameters des Sensor-Elements unabhängig ist.
  • Anschaulich wird einer der beiden Source-/Drain-Anschlüsse des Mess-Transistors infolge der Funktionalität der Kalibrier-Einrichtung auf ein derartiges elektrisches Potential gebracht, dass eine Veränderung des Werts des physikalischen Parameters dieses Sensor-Elements dadurch zumindest teilweise kompensiert wird und unterschiedliche Sensor-Elemente mit unterschiedlichen Werten dieses physikalischen Parameters bei einem gleichen Sensor-Ereignis ein gleiches oder im Wesentlichen gleiches Sensor-Signal erzeugen.
  • Die Kalibrierung erfolgt also über einen der beiden Source- /Drain-Anschlüsse des Mess-Transistors. Alternativ kann die Kalibrierung über den Substrat-Anschluss (Bulk-Anschluss) des Mess-Transistors erfolgen. In diesem Falle erhält jeder Mess- Transistor eine eigene, separat kontaktierbare Wanne, deren Potential beispielsweise mittels eines Source-Folgers eingestellt werden kann, wodurch die Übertragungseigenschaften des darin bzw. darauf ausgebildeten Mess-Transistors beeinflusst werden. Mit anderen Worten können alle elektrischen Knoten eines MOSFETs (erster Source- /Drain-Anschluss, zweiter Source- /Drain-Anschluss, Bulk-Anschluss) bis auf den Gate-Anschluss dazu dienen, auf ein solches Potential gebracht zu werden, dass dadurch das zugehörige Sensor-Element kalibriert ist bzw. die Veränderung des Wertes des physikalischen Parameters des Sensor-Elements zumindest teilweise kompensiert ist.
  • Insbesondere kann die Kalibrier-Einrichtung der Schaltkreis- Anordnung derart eingerichtet sein, dass mit ihr das an dem ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors anliegende elektrische Potential steuerbar ist.
  • Dies ist insbesondere bei einer Schaltkreis-Anordnung realisiert, bei der an den zweiten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors ein erstes elektrisches Referenz- Potential, beispielsweise das Massepotential, anlegbar ist, und bei der die Kalibrier-Einrichtung einen Kalibrier- Transistor und einen ersten und einen zweiten Source-/Drain- Anschluss aufweist, welche Source-/Drain-Anschlüsse zwischen den ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors und die Einrichtung zum Erfassen eines elektrischen Parameters geschaltet sind, und an dessen Gate-Anschluss ein derartiges elektrisches Signal anlegbar ist, dass das an den ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors anlegbare elektrische Potential derart einstellbar ist, dass die Veränderung des Wertes des physikalischen Parameters des Sensor-Elements zumindest teilweise kompensierbar ist.
  • Mit anderen Worten wird gemäß dieser Ausgestaltung der Kalibrier-Transistor als Gate-gesteuerter Source-Folger betrieben, wobei der zweite Source-/Drain-Anschluss des Kalibrier-Transistors mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors gekoppelt ist, und wobei über den Gate- Anschluss des Kalibrier-Transistors ein Knoten zwischen dem zweiten Source-/Drain-Anschluss des Kalibrier-Transistors und den ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors auf ein solches elektrisches Potential gebracht ist, dass dadurch die Veränderung des Wertes des physikalischen Parameters des Sensor-Elements zumindest teilweise kompensiert ist.
  • Alternativ kann die Kalibrier-Einrichtung der Schaltkreis- Anordnung derart eingerichtet sein, dass mit ihr das an dem zweiten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors anliegende elektrische Potential steuerbar ist.
  • Dies kann realisiert sein, indem der erste Source-/Drain- Anschluss des Mess-Transistors mit der Einrichtung zum Erfassen eines elektrischen Parameters gekoppelt ist, und indem die Kalibrier-Einrichtung einen Kalibrier-Transistor aufweist, der einen mit dem zweiten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors gekoppelten ersten Source-/Drain- Anschluss und einen zweiten Source-/Drain-Anschluss aufweist, an den ein zweites elektrisches Referenz-Potential anlegbar ist, und an dessen Gate-Anschluss ein derartiges elektrisches Signal anlegbar ist, dass das an den zweiten Source-/Drain- Anschluss des Mess-Transistors anlegbare elektrische Potential derart einstellbar ist, dass die Veränderung des Werts des physikalischen Parameters des Sensor-Elements zumindest teilweise kompensierbar ist.
  • In diesem Fall wird die Kalibrierung mittels einer Source- Gegenkopplung des Kalibrier-Transistors gegen den Mess- Transistor realisiert, wobei auf dem Gate-Anschluss des Kalibrier-Transistors eine Ladung verbleibt. Anschaulich wird in diesem Fall der Kalibrier-Transistor als steuerbarer Widerstand betrieben, wobei der Widerstand auf einen Wert eingestellt wird, durch den bewirkt ist, dass eine Veränderung des Wertes des physikalischen Parameters des Sensor-Elements zumindest teilweise kompensiert ist.
  • Die Kalibrier-Einrichtung der Schaltkreis-Anordnung kann alternativ einen Kalibrier-Transistor, eine erste Konstantstromquelle, die mit jeweiligen zweiten Source- /Drain-Anschlüssen der zueinander parallel geschalteten Mess- und Kalibrier-Transistoren gekoppelt ist, zum Bereitstellen einer vorgegebenen elektrischen Stromstärke, und eine Stromspiegel-Schaltung aufweisen, die mit jeweiligen ersten Source-/Drain-Anschlüssen der zueinander parallel geschalteten Mess- und Kalibrier-Transistoren gekoppelt ist, die derart verschaltet ist, dass mit ihr zum zumindest teilweisen Kompensieren der Veränderung des Wertes des physikalischen Parameters des Sensor-Elements das elektrische Potential am Gate-Anschluss des Kalibrier-Transistors derart einstellbar ist, dass in Abwesenheit eines Sensor-Ereignisses der Stromfluss zwischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen des Mess-Transistors und der Stromfluss zwischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen des Kalibrier-Transistors im Wesentlichen gleich ist.
  • Gemäß dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltkreis- Einrichtung werden ein Mess-Transistor und ein Kalibrier- Transistor in zwei zueinander parallel geschalteten Stromzweigen betrieben, und es wird unter Verwendung der Funktionalität und einer geeigneten Verschaltung der Stromspiegel-Schaltung sichergestellt, dass in den beiden Stromzweigen in Abwesenheit eines Sensor-Ereignisses ein im Wesentlichen gleicher Strom fließt. Ein gleicher Strom in den beiden parallel geschalteten Zweigen mit Mess- bzw. Kalibrier-Transistor bewirkt eine derartige Einstellung der Potentiale an den Knoten des Mess- bzw. Kalibrier- Transistors, dass auch bei einer Abweichung des Werts des physikalischen Parameters des Mess- bzw. Kalibrier- Transistors bei einem Sensor-Ereignis ein von dem Wert des physikalischen Parameters unabhängiger Sensor-Strom fließt.
  • Alternativ kann bei der erfindungsgemäßen Schaltkreis- Anordnung an den ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess- Transistors ein drittes elektrisches Potential angelegt sein, und die Kalibrier-Einrichtung kann einen Kalibrier-Transistor mit einem ersten und einem zweiten Source-/Drain-Anschluss, eine zweite Konstantstromquelle, die mit den jeweiligen zweiten Source-/Drain-Anschlüssen der zueinander parallel geschalteten Mess- und Kalibrier-Transistoren gekoppelt ist, zum Bereitstellen einer vorgebbaren elektrischen Stromstärke, und eine dritte Konstantstromquelle aufweisen, die mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss des Kalibrier-Transistors koppelbar ist, zum Bereitstellen einer weiteren vorgebbaren elektrischen Stromstärke, welche dritte Konstantstromquelle derart verschaltet ist, dass mit ihr zum zumindest teilweisen Kompensieren der Veränderung des Werts des physikalischen Parameters die an den Anschlüssen der Transistoren anlegbaren Potentiale derart einstellbar sind, dass in Abwesenheit eines Sensor-Ereignisses die Stromflüsse zwischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen des Mess-Transistors einerseits und zeaischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen des Kalibrier- Transistors andererseits gleich groß sind.
  • Gemäß einer alternativen Realisierung ist die Kalibrier- Einrichtung in der Schaltkreis-Anordnung derart eingerichtet, dass mit ihr ein von einem Sensor-Ereignis bewirktes Sensor- Signal des Sensor-Elements unter Verwendung des Prinzips der korrelierten Doppelabtastung (Correlated Double Sampling, CDS) in einen Wert umwandelbar ist, der von dem Wert des physikalischen Parameters des Sensor-Elements unabhängig ist.
  • Insbesondere kann gemäß dem CDS-Prinzip bei der Schaltkreis- Anordnung an einen zweiten Source-/Drain-Anschluss des Mess- Transistors ein viertes elektrisches Referenz-Potential angelegt sein, und die Kalibrier-Einrichtung kann eine elektrische Subtrahier-Einrichtung mit zwei Eingängen und einem Ausgang aufweisen, welcher Ausgang mit der Einrichtung zum Erfassen eines elektrischen Parameters koppelbar ist, welcher erste Eingang mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors gekoppelt ist, und welche elektrische Subtrahier-Einrichtung derart eingerichtet ist, dass an ihrem Ausgang die Differenz zwischen zwei an den beiden Eingängen angelegten elektrischen Signalen bereitstellbar ist. Ferner kann die Kalibrier-Einrichtung ein zwischen den ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors und den zweiten Eingang der elektrischen Subtrahier-Einrichtung geschaltetes Abtast-Halte-Glied (Sample and Hold) aufweisen. Die Kalibrier-Einrichtung ist derart eingerichtet, dass in einem ersten Betriebszustand in das Abtast-Halte-Glied ein von dem physikalischen Parameter des Sensor-Elements abhängiges Sensor-Signal einprägbar ist und dem zweiten Eingang der elektrischen Subtrahier-Einrichtung bereitstellbar ist. In einem zweiten Betriebszustand ist dem ersten Eingang der elektrischen Subtrahier-Einrichtung ein für den physikalischen Parameter des Sensor-Elements charakteristisches Signal bereitstellbar. Nach dem zweiten Betriebszustand ist an dem Ausgang der elektrischen Subtrahier-Einrichtung ein von dem Wert des physikalischen Parameters des Sensor-Elements unabhängiges Sensor-Signal bereitgestellt, wodurch die Veränderung des Werts des physikalischen Parameters zumindest teilweise kompensiert ist.
  • Mit anderen Worten wird zunächst in einem ersten Schritt ein Sensor-Ereignis in dem Sensor-Element detektiert und dem Abtast-Halte-Glied ein Sensor-Signal bereitgestellt und darin abgespeichert. Dieses Sensor-Signal ist von der Veränderung des Werts des physikalischen Parameters des ersten Sensor- Elements abhängig, und kann ferner von physikalischen Parametern weiterer Komponenten, beispielsweise eines Verstärkers zum Verstärken des Sensor-Signals abhängig sein.
  • Das in dem Abtast-Halte-Glied gespeicherte Signal ist daher für unterschiedliche Sensor-Elemente mit unterschiedlichen Werten des physikalischen Parameters unterschiedlich. In dem zweiten Betriebszustand wird ein Sensor-Signal nicht erfasst, so dass ein Hilfs-Signal, das dem ersten Eingang der elektrischen Subtrahier-Einrichtung bereitgestellt ist, von dem Sensor-Ereignis unabhängig ist, und das von dem Wert des physikalischen Parameters bzw. von der Veränderung des Wertes des physikalischen Parameters abhängt. Die elektronische Subtrahier-Einrichtung ist derart eingerichtet, dass sie die Differenz zwischen dem von dem Wert des physikalischen Parameters abhängigen Signal an dem ersten Eingang und dem an dem zweiten Eingang bereitgestellten Sensor-Signal inklusive einem von dem physikalischen Parameter abhängigen Teilsignal bilden kann, so dass an dem Ausgang der elektronischen Subtrahier-Einrichtung ein von dem Wert des physikalischen Parameters im Wesentlichen unabhängiges Sensor-Signal bereitgestellt werden kann.
  • Anschaulich weist die Kalibrier-Einrichtung gemäß den beschriebenen Ausgestaltungen Bauelemente (insbesondere Transistoren und Kapazitäten, zum Beispiel ausgebildet durch die Gate-Kapazität eines Transistors) auf, mit deren Hilfe während einer Kalibrierphase für ein jeweiliges Sensor- Element spezifische Werte des physikalischen Parameters abgespeichert werden können, was im Kombination mit einer geeigneten Verschaltung mit den übrigen Komponenten der Schaltkreis-Anordnung bzw. des Sensor-Arrays dazu führt, dass alle Sensor-Elemente unabhängig von der jeweiligen Veränderung des Wertes des physikalischen Parameters eine identische Übertragungscharakteristik aufweisen, bzw. dass deren Offset-Größen zumindest teilweise abgeglichen sind.
  • Insbesondere kann der elektronische Parameter der Schaltkreis-Anordnung eine elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom sein.
  • In der Regel wird ein ohmsch gekoppeltes Sensor-Element als Sensor-Signal einen elektrischen Strom zwischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen des darin vorzugsweise enthaltenen Mess-Transistors aufweisen. Dieser elektrische Strom kann beispielsweise direkt als Sensor-Ereignis erfasst werden. Alternativ kann, was in bestimmten Anwendungsfällen weniger aufwendig sein kann, eine von dem beschriebenen elektrischen Strom abhängige elektrische Spannung als zu erfassender elektrischer Parameter verwendet werden. Um einen elektrischen Sensor-Strom in eine elektrische Sensor-Spannung umzuwandeln, kann beispielsweise ein Strom-Spannungs-Wandler verwendet werden, beispielsweise ein Widerstand, an dem infolge des Sensor-Stroms eine Sensor-Spannung abfällt.
  • Vorzugsweise weist die Sensor-Elektrode der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung eines oder eine Kombination der Materialien Titan, Titannitrid, Gold und Platin auf. Diese Materialien haben alle die Eigenschaft, elektrisch gut leitfähig zu sein und chemisch inert zu sein. Die geringe Empfindlichkeit gegenüber möglicherweise chemisch aggressiven Elektrolyten in Wirkkontakt mit der Sensor-Elektrode und die Kompatibilität der beschriebenen Materialien mit häufig empfindlichen biologischen Substanzen führt dazu, dass diese Materialien gut geeignet sind als Material für die Sensor- Elektrode. Insbesondere ist eine mit einer dünnen Titannitrid-Schicht bedeckte Titan-Sensor-Elektrode besonders vorteilhaft, da Titannitrid in dünnen Schichten ein guter elektrischer Leiter ist, chemisch inert ist, biokompatibel ist und eine hohe aktive Oberfläche aufweist. Diese Sensor- Elektrode steht in Kontakt mit dem Elektrolyten und dient der Ableitung der Signale, beispielsweise der zellulären Signale von Nervenzellen.
  • Ferner kann die erfindungsgemäße Schaltkreis-Anordnung mindestens ein integriertes Verstärker-Element zum Verstärken eines Sensor-Signals aufweisen.
  • Mittels Verstärkens der oft kleinen elektrischen Sensor- Signale wird die Sensitivität erhöht. Indem die Verstärkung in der Nähe des Sensor-Signals, das heißt nach einem kurzen Übertragungsweg des elektrischen Signals, erfolgt, ist das Signal-Rausch-Verhältnis erhöht. Als Verstärker sind beispielsweise Spannungsverstärker oder Transkonduktanzverstärker geeignet.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Schaltkreis- Anordnung eine Schalt-Einrichtung auf, die derart eingerichtet ist, dass mit dieser das Sensor-Element wahlweise mit einem fünften elektrischen Referenz-Potential koppelbar oder von diesem entkoppelbar ist, um das Sensor- Element vor einer Schädigung zu schützen und/oder um an das Sensor-Element ein definiertes elektrisches Potential anzulegen.
  • Eine derartige Schalt-Einrichtung kann eine zu- oder abschaltbare elektrische Kopplung des Eingangs des Mess- Transistors mit einer schaltungsintern vorgegebenen elektrischen Spannung bewirken. Dies ist insbesondere in einem Betriebszustand vorteilhaft, in dem ein auf der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung basierendes Sensor- Array mit einem Elektrolyten aufgefüllt wird, da an dem Eingang des Mess-Transistors während dieses Vorgangs elektrische Überschläge auftreten könnten, wenn der Eingang sehr hochohmig ist, zum Beispiel, wenn der Eingang mit dem Gate-Anschluss eines MOS-Transistors gekoppelt ist. Indem an den Eingang des Mess-Transistors mittels der Schalt- Einrichtung ein vorgebbares elektrisches Referenz-Potential angelegt wird, ist der empfindliche, als integriertes Bauelement ausgebildete, Mess-Transistor vor elektrischen Überschlägen geschützt. Ferner kann bei der Herstellung eines Multi-Elektroden-Arrays an dem Eingang eines Mess-Transistors eine prozessbedingte elektrische Aufladung (sogenannte Antenneneffekte) auftreten, wenn der Eingang als Gate- Anschluss eines MOS-Transistors ausgeführt ist und dieser Anschluss keine weitere Verbindung zu einem anderen Schaltungsknoten aufweist. Der Mess-Transistor ist vor solchen nachteiligen Effekten geschützt, wenn der Gate- Anschluss des Mess-Transistors mit dem elektrischen Referenz- Potential gekoppelt wird. Ferner kann es für bestimmte Anwendungen erforderlich sein, zumindest einen Teil der Gate- Anschlüsse der Mess-Transistoren der Schaltkreis-Anordnungen eines Sensor-Arrays an ein Referenz-Potential anzulegen, beispielsweise während einer Kalibrierphase.
  • Vorzugsweise ist das Substrat der Sensor-Anordnung ein Silizium-Substrat, insbesondere ein Silizium-Wafer oder ein Silizium-Chip. In diesem Falle können die Vorteile und ausgereiften üblichen Prozesse der Silizium-Mikroelektronik verwendet werden, um die erfindungsgemäße Sensor-Anordnung herzustellen.
  • Die Art der Kopplung zwischen dem Sensor-Element und der zu untersuchenden Flüssigkeit kann zusätzlich einen kapazitiven Anteil aufweisen.
  • Im Weiteren werden Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sensor-Arrays, das erfindungsgemäße Schaltkreis-Anordnungen aufweist, beschrieben. Ausgestaltungen der Schaltkreis- Anordnung gelten auch für das Schaltkreis-Anordnungen aufweisende Sensor-Array.
  • Indem ein Sensor-Array mit einer Mehrzahl von in Kreuzungsbereichen von Zeilen- und Spalten-Leitungen im Wesentlichen matrixförmig angeordneten und mit den Zeilen- und Spalten-Leitungen verschalteten Schaltkreis-Anordnungen erfindungsgemäß bereitgestellt ist, ist eine hohe Integrationsdichte von Sensor-Elementen und ein hoher Grad an Miniaturisierung erreichbar, wodurch die räumliche Auflösung des Sensor-Arrays hoch ist.
  • Vorzugsweise weist bei dem Sensor-Array zumindest ein Teil der Schaltkreis-Anordnungen ein mit der jeweils zugehörigen Zeilen-Leitung und/oder Spalten-Leitung gekoppeltes Auswahl- Element zum Auswählen der jeweiligen Sensor-Anordnung auf, um ein Sensor-Signal des Sensor-Elements der ausgewählten Schaltkreis-Anordnung zu erfassen und/oder bei der ausgewählten Schaltkreis-Anordnung die Veränderung des Wertes des physikalischen Parameters zumindest teilweise zu kompensieren und/oder um an das Sensor-Element der ausgewählten Schaltkreis-Anordnung das fünfte elektrische Potential anzulegen.
  • Eine derartige Schaltung ermöglicht die Auswahl eines Sensor- Elements bzw. einer Schaltkreis-Anordnung des Sensor-Arrays und ist derart eingerichtet, Signale zum Ansteuern von Auswahl-Elementen beispielsweise an einem Endabschnitt von Zeilen- und Spalten-Leitungen bereitzustellen.
  • Auch kann eine Schaltung mit einem Multiplexer zum sukzessiven Auswählen von Sensor-Elementen, welche Schaltung beispielsweise mittels eines Steuer-Signals steuerbar ist, bereitgestellt sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sensor-Arrays kann zumindest ein Teil der einer jeweiligen Zeilen- und/oder Spalten-Leitung zugeordneten Schaltkreis- Anordnungen eine gemeinsame Einrichtung zum Erfassen eines ein erfolgtes Sensor-Ereignis charakterisierenden elektrischen Parameters, eine gemeinsame Konstantstromquelle, eine gemeinsame Schalt-Einrichtung, ein gemeinsames Referenz- Potential, einen gemeinsamen Strom-Spannungs-Wandler, einen gemeinsamen Analog-Digital-Wandler, einen gemeinsamen Stromspiegel, eine gemeinsame Differenzstufe, eine gemeinsame Subtrahier-Einrichtung, ein gemeinsames Abtast-Halte-Glied und/oder einen gemeinsamen Verstärker aufweisen.
  • Indem eine gemäß obiger Beschreibung einer jeweiligen Schaltkreis-Anordnung zugeordnete Komponente nicht jeder einzelnen Schaltkreis-Anordnung, sondern einem Teil oder aller Schaltkreis-Anordnungen einer Zeile bzw. einer Spalte zugeordnet werden, sind Komponenten eingespart, wodurch der Platzbedarf und der Herstellungsaufwand reduziert sind. Mit anderen Worten kann beispielsweise ein gemeinsamer Verstärker am Endabschnitt einer Spalten-Leitung bereitgestellt sein, so dass nicht jede einzelne Schaltkreis-Anordnung der Spalten- Leitung einen separaten Verstärker aufweisen muss. Insbesondere ist zu betonen, dass ein von einem Sensor- Element abgeleitetes verstärktes analoges Signal bereits On- Chip in eine digitale Größe umgewandelt werden kann (mittels eines Analog-Digital-Wandlers), wodurch die Fehlerrobustheit erhöht und die Nachweisempfindlichkeit verbessert ist. Auch kann das Sensor-Array Schaltungen bzw. Schaltungskomponenten aufweisen, die mit den Komponenten der einzelnen Schaltkreis- Anordnungen Regelkreise bilden, die während der Kalibrierphase aktiviert werden und der Bereitstellung von im Inneren der Schaltkreis-Anordnungen (beispielsweise an geeigneten Knoten oder Anschlüssen von Transistoren) abzuspeichernden Kalibriergrößen dienen.
  • Ferner kann bei dem Sensor-Array zumindest ein Teil der Zeilen- und oder Spalten-Leitungen jeweils eine Einrichtung zum Erfassen eines ein erfolgtes Sensor-Ereignis charakterisierenden elektrischen Parameters aufweisen, wobei das Sensor-Array derart eingerichtet ist, dass mittels der einer jeweiligen Zeilen- oder Spalten-Leitung zugeordneten Einrichtung zum Erfassen eines elektrischen Parameters entweder ein Sensor-Signal genau einer Sensor-Anordnung der jeweiligen Zeilen- oder Spalten-Leitung oder eine Summe von Sensor-Signalen von zumindest einem Teil der Sensor-Anordnung in der jeweiligen Zeilen- oder Spalten-Leitungen erfassbar ist. Mit anderen Worten kann wahlweise beispielsweise entlang einer Spalten-Leitung entweder das Sensor-Signal von genau einem Sensor-Element der Spalten-Leitung oder von einem Teil der Sensor-Elemente der Spalten-Leitung oder von allen Sensor-Elementen der Spalten-Leitung erfasst werden. Im letzteren Falle wird ein Summenstrom-Signal der Sensor- Elemente einer Spalten-Leitung erfasst und ausgewertet. Selbstverständlich ist ein derartiges Erfassen von Summenstrom-Signalen auch entlang einer Zeilen-Leitung möglich.
  • Zumindest ein Teil der Spalten-Leitungen des erfindungsgemäßen Sensor-Arrays kann mit einer Potentialsteuer-Einrichtung gekoppelt sein, welche derart eingerichtet ist, dass sie das elektrische Potential der zugehörigen Spalten-Leitung auf einem im Wesentlichen konstanten Wert hält. Indem mittels einer Potentialsteuer- Einrichtung das elektrische Potential von einer Spalten- Leitung auf einem im Wesentlichen konstanten Wert gehalten werden kann, ist eine verbesserte Reproduzierbarkeit und eine Erhöhung der Messgenauigkeit erreicht.
  • Wie oben angesprochen ist erfindungsgemäß auch ein Biosensor- Array mit einem Sensor-Array mit den oben genannten Merkmalen bereitgestellt. Mit anderen Worten kann das erfindungsgemäße Sensor-Array ohne weiteres als Sensor zum Erfassen von solchen Signalen verwendet werden, die von biologischen Systemen stammen, wie beispielsweise Nervenzellen, die auf das Biosensor-Array aufgebracht sind oder darauf aufgewachsen sind. Aufgrund der hohen räumlichen Auflösung des Biosensor- Arrays, der Bio-Kompatibilität der verwendeten Materialien und der Nachweisempfindlichkeit von Sensor-Elementen des Biosensor-Arrays ist dieses für biologische Anwendungen ideal.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 ein elektrisch adressierbares Multi-Elektroden-Array gemäß dem Stand der Technik,
  • Fig. 2 bis 19 Sensor-Arrays gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
  • Es sei angemerkt, dass bei den im Weiteren bezugnehmend auf Fig. 2 bis Fig. 19 beschriebenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Sensor-Arrays viele der beschriebenen Komponenten in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen auftreten. Solche Komponenten sind in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen jeweils mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Ferner ist auch die Funktionalität von Teil- Schaltkreisen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Sensor-Arrays teilweise gleich, so dass diese Funktionalität nicht für jedes Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben wird und daher auf andere Ausführungsbeispiele zurückverwiesen wird.
  • In Fig. 2 ist ein Sensor-Array 200 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.
  • Das Sensor-Array 200 weist eine Mehrzahl von in Kreuzungsbereichen von Zeilen-Leitungen 201a, 201b, 201c, 201d und Spalten-Leitungen 202 matrixförmig angeordneten und mit den Zeilen- und Spalten-Leitungen 201a, 201b, 201c, 201d, 202 verschalteten Schaltkreis-Anordnungen 203 auf. In Fig. 2 sind insgesamt vier Schaltkreis-Anordnungen 203 gezeigt, die jedoch nur einen Ausschnitt der matrixförmigen Anordnung von Schaltkreis-Anordnungen 203 zeigen. In gemäß Fig. 2 horizontaler Richtung sind Schaltkreis-Anordnungen 203 einer Zeile angeordnet, in gemäß Fig. 2 vertikaler Richtung sind die Schaltkreis-Anordnungen 203 einer Spalte angeordnet. Gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist jeder der Schaltkreis-Anordnungen 203 dieselbe interne Verschaltung auf, so dass im Weiteren nur der Aufbau und die Verschaltung einer Schaltkreis-Anordnung 203 näher beschrieben wird.
  • Jede Schaltkreis-Anordnung 203 weist eine mit einer zu untersuchenden Substanz, beispielsweise einer Nervenzelle (nicht gezeigt in den Figuren), gekoppelte elektrisch leitfähige Sensor-Elektrode 204 aus Gold auf. Ferner weist das in der Schaltkreis-Anordnung 203 enthaltenen Sensor- Element einen Mess-Transistor 205 auf, dessen Gate-Anschluss 205a mit der elektrisch leitfähigen Sensor-Elektrode 204 gekoppelt ist. Das Sensor-Element der Schaltkreis-Anordnung 203 ist von der Sensor-Elektrode 204 und dem Mess-Transistor 205 gebildet. Die Kopplung des Sensor-Elements mit der in Fig. 2 nicht gezeigten zu untersuchenden Substanz weist einen ohmschen Anteil auf, d. h., es besteht ein direkter elektrischer Kontakt zwischen elektrisch geladenen Partikeln in der zu untersuchenden Flüssigkeit und dem mit der Sensor- Elektrode 204 gekoppelten Gate-Anschluss 205a des Mess- Transistors 205. Ferner ist in Fig. 2 ein Amperemeter 206 zum Erfassen eines ein erfolgtes Sensor-Ereignis charakterisierenden elektrischen Stroms gezeigt, welches Amperemeter 206 über mehrere andere Bauelemente mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 koppelbar ist. Die Schaltkreis-Anordnungen 203 sind in ein Silizium-Substrat (nicht gezeigt) integriert. Insbesondere weist jeder der Schaltkreis-Anordnung 203 eine in oder auf dem Substrat ausgebildete Kalibrier-Einrichtung auf, die derart eingerichtet ist, dass mit ihr eine Veränderung des Werts eines physikalischen Parameters des Sensor-Elements zumindest teilweise kompensierbar ist. Mit anderen Worten weist jedes der Sensor-Elemente 204 der Schaltkreis-Anordnung 203 einen Wert des physikalischen Parameters, nämlich der Schwellenspannung des Mess-Transistors 205, auf, der bei den unterschiedlichen Sensor-Elementen um einen Referenzwert streut. Die Kalibrier-Einrichtung ist, wie im Weiteren beschrieben wird, dazu in der Lage, eine elektrische Ladung als Korrekturgröße an einem Knoten des zugehörigen Sensor- Elements zu speichern, so dass anschaulich alle Mess- Transistoren 205 bei demselben Arbeitspunkt betreibbar sind, unabhängig von dem Wert des tatsächlichen physikalischen Parameters des jeweiligen Transistors. Bei der Schaltkreis- Anordnung 203 ist die Kalibrier-Einrichtung derart eingerichtet, dass mit ihr das an einem zweiten Source- /Drain-Anschluss 205c des Mess-Transistors 205 anliegende elektrische Potential steuerbar ist. Der erste Source-/Drain- Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 ist, wie in Fig. 2 gezeigt, mit dem Amperemeter 206 gekoppelt, und die Kalibrier-Einrichtung weist einen Kalibrier-Transistor 207 auf, der einen mit dem zweiten Source-/Drain-Anschluss 205c des Mess-Transistors 205 gekoppelten ersten Source- /Drain-Anschluss 207b aufweist, und der einen zweiten Source- /Drain-Anschluss 207c aufweist, an den ein elektrisches Massepotential 208 angelegt ist, und an dessen Gate-Anschluss 207a ein derartiges elektrisches Signal anlegbar ist, dass das an den zweiten Source-/Drain-Anschluss 205c des Mess- Transistors 205 anlegbare elektrische Potential derart einstellbar ist, dass die Veränderung des Werts der Schwellenspannung (physikalischer Parameter) des jeweiligen Sensor-Elements zumindest teilweise kompensierbar ist.
  • Ferner weist jede Schaltkreis-Anordnung 203 einen ersten Schalt-Transistor 209 auf, dessen Source-/Drain-Anschlüsse zwischen den Gate-Anschluss 205a des Mess-Transistors 205 und die zugehörige dritte Zeilen-Leitung 201c geschaltet ist. Ferner ist der Gate-Anschluss des ersten Schalt-Transistors 209 mit der zugehörigen vierten Zeilen-Leitung 201d gekoppelt. Der erste Schalt-Transistor 209 sowie die dritte und vierte Zeilen-Leitung 201c, 201d bilden eine Schalt- Einrichtung, die derart eingerichtet ist, dass mit dieser das zugeordnete Sensor-Element wahlweise mit einem an die dritte Zeilen-Leitung 201c angelegten elektrischen Referenz- Potential koppelbar oder von diesem entkoppelbar ist, um das zugehörige Sensor-Element vor einer Schädigung zu schützen und/oder um an das zugehörige Sensor-Element ein definiertes elektrisches Potential, nämlich das an der dritten Zeilen- Leitung 201c angelegte Potential, bereitzustellen. An den Gate-Anschluss 205a des Mess-Transistors 205 ist das an der dritten Zeilen-Leitung 201c anliegende elektrische Potential dann angelegt, wenn an die vierte Zeilen-Leitung 201c ein entsprechendes Schalt-Signal angelegt wird, mittels welchem der erste Schalt-Transistor 209 leitend wird. Der Gate- Anschluss 207a des Kalibrier-Transistor 207 ist mit einem Source-/Drain-Anschluss eines zweiten Schalt-Transistor 210 gekoppelt, dessen Gate-Anschluss mit der zugehörigen zweiten Zeilen-Leitung 201b gekoppelt ist. Der erste Source-/Drain- Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 ist mit einem Source-/Drain-Anschluss eines dritten Schalt-Transistors 211 gekoppelt, dessen Gate-Anschluss mit der zugehörigen ersten Zeilen-Leitung 201a gekoppelt ist. Die jeweils anderen Source-/Drain-Anschlüsse des zweiten und des dritten Schalt- Transistors 210, 211 sind mit einer zugehörigen Spalten- Leitung 202 gekoppelt. Am Endabschnitt jeder Spalten-Leitung 202 ist ein elektrischer Knoten 212 angeordnet. Der erste elektrische Knoten 212 ist mit einer Konstantstromquelle 213 gekoppelt, an die eine Versorgungsspannung 214 angelegt ist. Ferner ist der erste elektrische Knoten 212 über einen ersten Schalter 215 und einen ersten Verstärker 216 und mit dem Amperemeter 206 gekoppelt. Der erste Verstärker 216 dient zum Verstärken eines Sensor-Signals.
  • Im Weiteren wird die Funktionalität des Sensor-Arrays 200 beschrieben. Bei dem Sensor-Array 200 aus Fig. 2 wird mittels Anlegens eines elektrischen Signals an die erste Zeilen- Leitung 201a genau eine Sensor-Anordnung 203 in jeder Spalten-Leitung 202 aktiviert. Das an einem Endabschnitt der Spalten-Leitung 202 bereitgestellte Sensor-Signal eines Sensor-Elements einer Schaltkreis-Anordnung 203 enthält einen Sensorstrom ΔI, welcher einem Bias-Strom Iin überlagert ist.
  • Mittels der Konstantstromquelle 213 wird in jede Spalten- Leitung 202 der Strom Iin eingespeist, und zwar sowohl während einer Kalibrierphase als auch während einer Messphase (siehe Beschreibung unten). Die Auswahl einer bestimmten Zeile von Schaltkreis-Anordnungen 203 erfolgt dadurch, dass an eine zugehörige erste Zeilen-Leitung 201a ein elektrisches Signal angelegt wird, wodurch der dritte Schalt-Transistor 211 leitend wird.
  • In einer Kalibrierphase sind die ersten Schalter 215 geöffnet, so dass der Strom Iin identisch ist mit dem in einer Spalten-Leitung 202 fließenden Spaltenstrom Icol. Ferner wird an die zweiten Spalten-Leitungen 201b ein elektrisches Signal angelegt, so dass der damit gekoppelte zweite Schalt- Transistor 210 leitend wird. Dann fließt auch zwischen den jeweiligen Source-/Drain-Anschlüssen des dritten Schalt- Transistors 211, des Mess-Transistors 205 und des Kalibrier- Transistors 207 die Stromstärke Icol.
  • Wird der Kalibrier-Transistor 207 in Sättigung betrieben, das heißt, ist die Differenz zwischen der Spannung zwischen dem Gate-Anschluss 205a und dem zweiten Source-/Drain-Anschluss 205c des Mess-Transistors 205 und der Schwellenspannung des Mess-Transistors 205 kleiner als die Spannung zwischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen 205b, 205c des Mess- Transistors 205, so gilt für den Stromfluss IDS durch den ersten Source-/Drain-Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 näherungsweise:

    IDS = 1/2 W/L k [V(E) - (Vt - ΔVt) - V12)2 (1)
  • Dabei ist k eine technologieabhängige Konstante, auch Transistorkonstante genannt, W/L ist das Verhältnis zwischen Weite W und Länge L des Transistors, V(E) ist die an der Sensor-Elektrode 204 anliegende (oder angelegte) elektrische Spannung, die identisch mit dem elektrischen Potential des Gate-Anschlusses 205a des Mess-Transistors 205 ist, Vt ist ein Mittel- oder Referenzwert der Schwellenspannungen unterschiedlicher Mess-Transistoren 205 der Schaltkreis- Anordnungen 203 des Sensor-Arrays 200, ΔVt ist die individuelle Abweichung bzw. Veränderung der Schwellenspannung eines bestimmten Mess-Transistors 205 des Sensor-Arrays 200 von dem Mittelwert Vt (allgemein ausgedrückt die Veränderung des physikalischen Parameters), und. V12 ist die gemeinsame elektrische Spannung an dem zweiten Source-/Drain-Anschluss 205c des Mess-Transistors 205 und an dem ersten Source-/Drain-Anschluss 207b des Kalibrier- Transistors 207. Da die Abhängigkeit des Stroms durch den ersten Source-/Drain-Anschluss von der Spannung zwischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen bei einem Transistor mit einem Arbeitspunkt im Sättigungsbereich gering ist, ist dieser Effekt vernachlässigbar (vgl. allgemeine Transistorkennlinie).
  • Aufgrund der sich bei der Verschaltung gemäß Fig. 2 in der Kalibrierphase (erster Schalter 215 offen) ergebenden schaltungstechnischen Zwangsbedingung

    Iin = Icol = ID (2)

    stellt sich an dem Gate-Anschluss 207a des Kalibrier- Transistors 207 eine bestimmte elektrische Spannung ein. Mittels dieser ist der Leitfähigkeitszustand des Kanalbereichs des Kalibrier-Transistors 207 definiert, welcher Kalibrier-Transistors 207 daher anschaulich als steuerbarer Widerstand betrieben wird und somit eine Source- Gegenkopplung des Mess-Transistors 205 bewirkt. Da die schaltungstechnische Konfiguration von Fig. 2 einen geschlossenen Regelkreis darstellt, ergibt sich genau der Spannungsabfall V12 über dem Kalibrier-Transistor 207, bei dem die Gleichungen (1) und (2) gleichzeitig erfüllt sind. Insbesondere bedeutet dies, dass für jede Schaltkreis- Anordnung 203 ein individueller Wert V12 erhalten wird, der von der Veränderung der Schwellenspannung des zugehörigen Mess-Transistors 205 abhängt:

    V12nm = ΔVtnm + const. (3)
  • Dabei bezeichnet n die Ordnungszahl der Zeile und m die Ordnungszahl der Spalte der jeweiligen Schaltkreis-Anordnung 203 in der matrixförmigen Anordnung von Schaltkreis- Anordnungen 203.
  • Wenn sich die beschriebenen elektrischen Ladungszustände an den Anschlüssen des Mess-Transistor 205 bzw. des Kalibrier- Transistor 207 eingestellt haben, wird das an der zugehörigen zweiten Zeilen-Leitung 201b zuvor angelegte elektrische Signal abgeschaltet, so dass der zweite Schalt-Transistor 210 nicht mehr leitet. Auf der Kapazität des Gate-Anschlusses 207a des Kalibrier-Transistors 207 verbleibt die Ladungsmenge, die während der Kalibrierphase aufgebracht wurde, das heißt die Gate-Spannung des Kalibrier-Transistors 207 verbleibt unverändert und das Pixel ist kalibriert.
  • Der beschriebene Regelungs- und Kalibriermechanismus funktioniert auch, wenn nicht nur ein einziger physikalischer Parameter, im beschriebenen Ausführungsbeispiel die Schwellenspannung des Mess-Transistors 205 Schwankungen unterworfen ist, sondern auch dann, wenn mehrere (beispielsweise zusätzlich der Faktor k in Gleichung (1) oder weitere Parameter in einer detaillierteren Beschreibung des Transistors) physikalische Parameter beispielsweise infolge von Prozessschwankungen einen Wert aufweisen, der von einem Mittelwert abweicht. Ferner ist anzumerken, dass der beschriebene Regelungs- und Kalibriermechanismus ebenso funktioniert, wenn, was aufgrund des Sättigungsbetriebs des Mess-Transistors 205 vernachlässigt wurde, die Abhängigkeit des Stromflusses zwischen den beiden Source-/Drain- Anschlüssen 205b, 205c des Mess-Transistors 205 von der Spannung zwischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen 205b, 206c des Mess-Transistors 205 berücksichtigt wird, etwa in einem Szenario, in dem diese Abhängigkeit stärker ist als beim Betrieb des Transistors in Sättigung.
  • In einer Messphase ist der erste Schalter 215 geschlossen. Änderungen des Potentials der zugehörigen Sensor-Elektrode 204 führen zu einer Änderung des Stroms durch den ersten Source-/Drain-Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 und somit zu einer Änderung des Spaltenstromes Icol. Die Differenz aus Iin und Icol fließt über den geschlossenen ersten Schalter 215 in den Eingang des ersten Verstärkers 216. Der erste Verstärker 216 kann ein Stromverstärker sein oder er kann den Eingangsstrom in eine Ausgangsspannung umsetzen und daher als Strom-Spannungs-Wandler fungieren.
  • Es ist zu beachten, dass der von dem Amperemeter 206 nach erfolgter Kalibrierungs- und Messphase detektierte Sensor- Strom unabhängig von dem einer Variation der Schwellenspannung oder eines anderen physikalischen Parameters unterworfenen, aus Sensor-Elektrode 204 und Mess- Transistor 205 gebildeten Sensor-Element ist, so dass infolge der Kalibrierung sichergestellt ist, dass jede der in Fig. 2 gezeigten Schaltkreis-Anordnungen 203 bei einem bestimmten Sensor-Signal einen bestimmten Sensor-Strom an dem Amperemeter 206 bewirken.
  • Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig. 3 ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensor- Arrays beschrieben.
  • Das in Fig. 3 gezeigte Sensor-Array 300 unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten Sensor-Array 200 dadurch, dass die Spalten-Leitungen 202 mit einer Potentialsteuer-Einrichtung 301 gekoppelt sind, welche Potentialsteuer-Einrichtung 301 derart eingerichtet ist, dass sie das elektrische Potential der dazugehörigen Spalten-Leitung 202 auf einem im Wesentlichen konstanten Wert hält.
  • Die in Fig. 3 gezeigte Potentialsteuer-Einrichtung 301 weist einen Operationsverstärker 302 mit einem nicht-invertierten Eingang 302a und einem invertierten Eingang 302b und einem Ausgang 302c auf und weist einen vierten Schalt-Transistor 303 auf, dessen Gate-Anschluss mit dem Ausgang 302c des Operationsverstärkers 302 gekoppelt ist. Der eine Source- /Drain-Anschluss des vierten Schalt-Transistor 303 ist mit dem ersten elektrischen Knoten 212 gekoppelt, und der andere Source-/Drain-Anschluss des vierten Schalt-Transistors 303 ist sowohl mit dem invertierten Eingang 302b des Operationsverstärkers 302 als auch mit einem Source-/Drain- Anschluss des dritten Schalt-Transistors 211 gekoppelt. Ferner weist die Potentialsteuer-Einrichtung 301 eine erste Spannungsquelle 304 auf, mittels derer der nicht-invertierte Eingang 302a des Operationsverstärkers 302 auf ein vorgebbares elektrisches Potential gebracht werden kann.
  • Bei dem Sensor-Array 300 aus Fig. 3 kann das elektrische Potential der Spalten-Leitungen 202 und daher das elektrische Potential an dem ersten Source-/Drain-Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 über die mittels des Operationsverstärkers 302 und des vierten Schalt-Transistors 303 aufgebaute Steuer-Schaltung sowohl in der Kalibrierphase als auch in der Messphase auf einem konstanten Potential gehalten werden. Dadurch kann die Genauigkeit der Kalibrierung weiter erhöht werden. Unterschiedliche Potentiale des ersten Source-/Drain-Anschlusss 205b während der Kalibrierphase und während der Messphase des Mess- Transistors 205 können zu geringen unerwünschten Differenzströmen ΔI führen, welche an dem ersten Verstärker 216 ein parasitäres Eingangssignal bewirken können. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des Sensor-Arrays 300 ist dieses Problem vermieden.
  • Im Weiteren wird Bezug nehmend auf Fig. 4 ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensor- Arrays beschrieben.
  • Das in Fig. 4 gezeigte Sensor-Array 400 weist dieselben Komponenten auf wie das bezugnehmend auf Fig. 2 beschriebene Sensor-Array 200. Allerdings ist die Verschaltung innerhalb der Schaltkreis-Anordnungen des Sensor-Arrays 400 anders als im Falle des Sensor-Arrays 200. Daher wird im Weiteren die Verschaltung und die Funktionalität der Schaltkreis-Anordnung 401 beschrieben.
  • Bei dem Sensor-Array 400 ist die Sensor-Elektrode 204 mit dem Gate-Anschluss 205a des Mess-Transistors 205 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Anschluss 205c des Mess-Transistors 205 ist mit dem Massepotential 208 gekoppelt. Der erste Source- /Drain-Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 ist mit dem zweiten Source-/Drain-Anschluss 207c des Kalibrier- Transistors 207 gekoppelt. Der erste Source-/Drain-Anschluss 207b des Kalibrier-Transistors 207 ist mit einem Source- /Drain-Anschluss des dritten Schalt-Transistors 211 gekoppelt, und der Gate-Anschluss 207a des Kalibrier-Transistors 207 ist mit einem Source-/Drain-Anschluss des zweiten Kalibrier- Transistors 210 gekoppelt. Der andere Source-/Drain-Anschluss des zweiten Schalt-Transistors 210 ist mit dem ersten elektrischen Knoten 212 gekoppelt, genauso wie der andere Source-/Drain-Anschluss des dritten Schalt-Transistors 211.
  • Bei der Schaltkreis-Anordnung 401 ist an den zweiten Source- /Drain-Anschluss 205c des Mess-Transistors 205 ein Massepotential 208 angelegt, und die beiden Source-/Drain- Anschlüsse 207b, 207c des Kalibrier-Transistors 207 der Kalibrier-Einrichtung sind zwischen den ersten Source-/Drain- Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 und (über mehrere andere Komponenten) das Amperemeter 206 geschaltet, und an den Gate-Anschluss 207a des Kalibrier-Transistors 207 ist ein derartiges elektrisches Signal anlegbar, dass das an den ersten Source-/Drain-Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 anlegbare elektrische Potential derart einstellbar ist, dass die Veränderung des Werts des physikalischen Parameters, nämlich der Schwellenspannung des Mess-Transistors 205 des Sensor-Elements, zumindest teilweise kompensierbar ist.
  • Anschaulich wird bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel des Sensor-Arrays 400 in der Schaltkreis- Anordnung 401 die Kalibrierung des Stroms durch den ersten Source-/Drain-Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 nicht, wie in Fig. 2, über eine Source-Gegenkopplung durch den Kalibrier-Transistor 207 erreicht, sondern der Kalibrier- Transistor 207 wird in Fig. 4 als Element zum Einstellen des elektrischen Potentials des ersten Source-/Drain-Anschlusses 205b des Mess-Transistors 205 genutzt. Damit dieser Steuer- Mechanismus effizient genutzt werden kann, ist es vorteilhaft, für den Mess-Transistor 205 einen Arbeitspunkt zu wählen, bei dem die Stärke des Stromflusses durch den ersten Source-/Drain-Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 ausreichend stark von dem elektrischen Potential an dem ersten Source-/Drain-Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 abhängt. Dies ist für Arbeitspunkte im Triodengebiet oder im linearen Bereich der Transistorkennlinie gut erfüllt. Mit anderen Worten arbeitet die Schaltkreis-Anordnung 401 besonders effizient als Kalibrier-Einrichtung, wenn die Spannung zwischen dem Gate-Anschluss 205a und dem zweiten Source-/Drain-Anschluss 205c des Mess-Transistors 205 abzüglich der Schwellenspannung größer als die Spannung zwischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen 205b, 205c des Mess-Transistors 205 ist. Ferner ist dies gut für Transistoren mit einer ausreichend kurzen Kanallänge selbst im Sättigungsbetrieb erfüllt, was eine Folge von Kurzkanaleffekten ist. Was den Kalibrier-Transistor 207 anbetrifft, so ist es sinnvoll, für diesen einen Arbeitspunkt im Sättigungsbereich zu wählen. Gemäß der in Fig. 4 gezeigten Konfiguration der Schaltkreis-Anordnung 401 wird der Kalibrier-Transistor 207 als Source-Folger betrieben, das heißt, dass das Potential des zweiten Source-/Drain- Anschlusses 207c des Kalibrier-Transistors 207 gegenüber dem Potential an dem Gate-Anschluss 207a um einen definierten Betrag versetzt ist (das heißt anschaulich dem Potential an dem Gate-Anschluss folgt) und ist weitgehend unabhängig von dem elektrischen Potential an dem ersten Source-/Drain- Anschluss 207b des Kalibrier-Transistors 207.
  • Es ist anzumerken, dass für alle hier beschriebenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Sensor-Arrays bzw. der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung die Arbeitspunkte der Transistoren mittels Justierens von Parametern, insbesondere der geometrischen Parameter (z. B. Weite W und Länge L) der Mess-Transistoren und der Kalibrier-Transistoren sowie des in die jeweilige Spalten-Leitung 202 eingeprägten Stromes Iin erfolgt.
  • Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig. 5 das dort gezeigte Sensor-Array 500 gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
  • Das in Fig. 5 gezeigte Sensor-Array 500 unterscheidet sich von dem in Fig. 4 gezeigten Sensor-Array 400 lediglich darin, dass das Sensor-Array 500 zusätzlich eine Potentialsteuer- Einrichtung 301 aufweist, die oben bezugnehmend auf Fig. 3 detailliert beschrieben ist. Diese weist die Funktionalität auf, dass das elektrische Potential der Spalten-Leitungen 202 auf einen konstanten Wert eingeregelt werden kann. Die Funktionalität und die Verschaltung der Potentialsteuer- Einrichtung 301 und der Schaltkreis-Anordnung 401 des Sensor- Arrays 500 ist analog zu der Verschaltung der Potentialsteuer-Einrichtung 301 und der Schaltkreis-Anordnung 203 aus Fig. 3 realisiert.
  • Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig. 6 ein fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensor- Arrays beschrieben.
  • Das in Fig. 6 gezeigte Sensor-Array 600 weist Schaltkreis- Anordnungen 203 auf, von denen jede so ausgebildet ist wie die in Fig. 2 gezeigten Schaltkreis-Anordnungen 203. Allerdings ist das im Falle des Sensor-Arrays 600 erfasste Sensor-Signal eine elektrische Spannung und nicht wie bei dem Sensor-Array 200 ein elektrischer Strom. Die Modifikationen, die erforderlich sind, um von dem in Fig. 2 gezeigten Sensor- Array 200 auf das in Fig. 6 gezeigte Sensor-Array 600 zu gelangen, werden im Weiteren beschrieben.
  • Wie bereits angesprochen ist die Verschaltung innerhalb der Schaltkreis-Anordnung 203 analog wie in Fig. 2 beschrieben. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist derjenige Source-/Drain-Anschluss des zweiten Schalt-Transistors 210, der mit dem Gate- Anschluss 207a des Kalibrier-Transistors 207 nicht gekoppelt ist, mit einem zweiten Schalter 601 gekoppelt. Der zweite Schalter 601 ist mit dem Ausgang 602c eines Operationsverstärkers 602 gekoppelt, dessen nicht- invertierter Eingang 602a sowohl mit einem Voltmeter 604 als auch mit demjenigen Source-/Drain-Anschluss des dritten Auswahltransistors 211 gekoppelt ist, der nicht mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 gekoppelt ist. Der invertierte Eingang 602b des Operationsverstärkers 602 ist mit einer zweiten Spannungsquelle 605 gekoppelt, mittels welcher der invertierte Eingang 602b des Operationsverstärkers 602 auf ein definiertes elektrisches Potential gebracht ist. Ferner ist der nicht-invertierte Eingang 602a des Operationsverstärkers 602 mit einem Anschluss eines Lastelements 603, vorzugsweise einem elektrischen Widerstand, gekoppelt, an dessen anderen Anschluss die Versorgungsspannung 214 angelegt ist. Mit anderen Worten ist bei der in Fig. 6 gezeigten Konfiguration verglichen mit der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration des Sensor-Arrays die Konstantstromquelle 213 durch das Lastelement 603 ersetzt. Ferner ist das Amperemeter 206 durch ein Voltmeter 604 ersetzt. Der Sensor-Strom wird durch den Spannungsabfall an dem Lastelement 603 in eine zu erfassende Spannung umgewandelt. Mit anderen Worten ist bei dem Sensor-Array 600 das Sensor-Signal eine elektrische Spannung.
  • Der elektrische Strom, der durch eine mittels der ersten Zeilen-Leitung 201a und des dritten Schalt-Transistors 211 ausgewählte Schaltkreis-Anordnung 203 fließt, bewirkt in der in Fig. 6 gezeigten Schaltung sowohl während einer Kalibrierphase als auch während einer Messphase einen Spannungsabfall an dem Lastelement 603. Das Ausgangssignal einer Spalten-Leitung 202 ist die elektrische Spalten- Spannung Vcol. Auch bei dem Sensor-Array 600 erfolgt die Auswahl der Schaltkreis-Anordnungen 203 einer Zeile, indem mittels eines elektrischen Signals an einer der ersten Zeilen-Leitungen 201a die zugehörigen dritten Schalt- Transistoren 211 in einen leitenden Zustand gebracht werden. Bei dem Sensor-Array 600 wird vorzugsweise genau eine Zeile von Schaltkreis-Anordnungen 203 zugeschaltet, das heißt, dass an die zugehörige erste Zeilen-Leitung 201a ein die damit gekoppelten dritten Schalt-Transistoren 211 in einen leitenden Zustand versetzendes elektrisches Signal anliegt, wohingegen an den anderen ersten Zeilen-Leitungen 201a (der anderen Zeilen von Schaltkreis-Anordnungen 203) in diesem Falle ein derartiges elektrisches Signal nicht anliegt.
  • In einer Kalibrierphase zum Kalibrieren der Schaltkreis- Anordnung 203 einer Zeile von Schaltkreis-Anordnungen wird bei der auszuwählenden Zeile an die entsprechende Zeilen- Leitung 201b ein solches elektrisches Signal angelegt, dass dadurch die zugehörigen zweiten Schalt-Transistoren 210 leitend werden, wohingegen an die zweiten Zeilen-Leitungen 201b einer nicht auszuwählenden Zeilen von Schaltkreis- Anordnungen 203 ein derartiges elektrisches Signal nicht angelegt wird. Der zweite Schalter 601 ist in der Kalibrierphase geschlossen. Die Verschaltung der Schaltkreis- Anordnungen 203 mit dem Operationsverstärker 602 und dem Lastelement 603 in der oben beschriebenen Weise bewirkt wiederum einen geschlossenen Steuerkreis. An dem Ausgang 602c des Operationsverstärkers 602 ist eine Spannung bereitgestellt, die über den leitenden zweiten Schalt- Transistor 210 an den Gate-Anschluss 207a des Kalibrier- Transistors 207 angelegt wird. Mittels dieser Spannung ist der Leitfähigkeitszustand des Kalibrier-Transistors 207 festgelegt, der wie bei dem Sensor-Array 200, als steuerbarer Widerstand betrieben wird. Dadurch wird eine Source- Gegenkopplung des Mess-Transistors 205 bewirkt, so dass der elektrische Strom durch den Mess-Transistor 205 und durch den Kalibrier-Transistor 207 derart eingestellt wird, dass sich an dem Lastelement 603 ein solcher Spannungsabfall ergibt, dass sich die Differenzspannung an den Eingängen 602a, 602b des Operationsverstärkers 602 zu Null ergibt, wodurch Vcol gleich dem mittels der zweiten Spannungsquelle 605 an den invertierten Eingang 602b angelegten elektrischen Potential ist. Dadurch ist bewirkt, dass die Ausgangs-Spannung eines Sensor-Elements bzw. einer Schaltkreis-Anordnung 203, das heißt die elektrische Spannung auf der signalführenden Spalten-Leitung 202, unabhängig von der Schwellenspannung des Mess-Transistors 205 (bzw. eines anderen oder eines weiteren oder mehrerer weiterer physikalischer Parameter des Mess- Transistors 205 oder anderer Bauelemente) einer bestimmten Schaltkreis-Anordnung 203 und unabhängig von dem genauen Widerstandswert des Lastelements 603 auf einen vorgegebenen Wert eingestellt ist. Hat sich dieser Zustand in dem Sensor- Array 600 stabil ausgebildet, wird das elektrische Signal an der zweiten Spalten-Leitung 201b entfernt, so dass der zweite Schalt-Transistor 210 nicht leitend wird. Auf der Gate- Kapazität, das heißt auf dem Gate-Anschluss 207a des Kalibrier-Transistors 207 verbleibt jedoch die während der oben beschriebenen Kalibrierphase aufgebrachte Ladung, das heißt, dass das elektrische Potential des Gate-Anschlusses 207a unverändert bleibt, so dass die zugehörige Schaltkreis- Anordnung 203 kalibriert ist.
  • Nach Abschluss der Kalibrierphase kann der zweite Schalter 601 geöffnet werden. Zwar wird die Öffnung bzw. Deaktivierung des Regelkreises auch dadurch bewirkt, dass das elektrische Signal an der zweiten Zeilen-Leitung 201b abgeschaltet wird, allerdings kann der Betrieb eines nicht geschlossenen Regelkreises zu unerwünscht großen Spannungshüben an dem Ausgang 602c des Operationsverstärkers 602 führen, wodurch Störsignale von während der Kalibrierphase zum Bereitstellen des elektrischen Gate-Potentials des Kalibrier-Transistors 207 genutzten Leitungen auf die signalführenden Leitungen 202 überkoppeln können. Dieser unerwünschte Effekt wird als Übersprechen bezeichnet und kann durch Öffnen des zweiten Schalters 601 nach Beendigung der Kalibrierphase vermieden werden.
  • Bei dem Sensor-Array 600 ist der Arbeitspunkt des Mess- Transistors 205 vorzugsweise im Sättigungsbereich zu wählen. Allerdings funktioniert der beschriebene Regelungs- und Kalibriermechanismus auch dann, wenn der Arbeitspunkt des Mess-Transistors 205 außerhalb des Sättigungsbereichs gewählt wird.
  • In der Messphase führen wiederum Änderungen des Potentials V(E) an der Sensor-Elektrode 204 infolge eines Sensor- Ereignisses, beispielsweise infolge eines Stromes elektrisch geladener Partikel durch die Ionenkanäle der Membran einer Nervenzelle auf die aktive Sensor-Oberfläche des Sensor- Arrays 600, zu einer Änderung des Stromflusses durch den ersten Source-/Drain-Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 und somit zu einer Änderung des Stromflusses durch die zugehörige Spalten-Leitung 202, wodurch ein entsprechender Spannungsabfall an dem Lastelement 603 erfolgt.
  • Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig. 7 ein sechstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensor- Arrays beschrieben.
  • Das in Fig. 7 gezeigte Sensor-Array 700 weist eine Schaltkreis-Anordnung 401 auf, wie dies oben bezugnehmend auf Fig. 4 für das Sensor-Array 400 beschrieben worden ist. Ferner ist das Sensor-Signal im Falle des Sensor-Arrays 700 eine elektrische Spannung, wie im Falle des Sensor-Arrays 600.
  • Dabei ist das Lastelement 603 mit demjenigen Source-/Drain- Anschluss des dritten Schalt-Transistors 211 gekoppelt, der nicht mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss 207b des Kalibrier-Transistors 207 gekoppelt ist, und der zweite Schalter 601 ist mit demjenigen Source-/Drain-Anschluss des zweiten Schalt-Transistors 210 gekoppelt, der nicht mit dem Gate-Anschluss 207a des Kalibrier-Transistors 207 gekoppelt ist.
  • Die Funktionalität des Sensor-Arrays 700 ergibt sich aus einer Kombination der obigen Beschreibungen des Sensor-Arrays 400 und des Sensor-Arrays 600. Anschaulich sind die Positionen des Mess-Transistors 205 und des Schalt- Transistors 207 bei dem Sensor-Array 700 gegenüber dem Sensor-Array 600 gegeneinander "vertauscht", das heißt, die Kalibrierung wird bei dem Sensor-Array 700 nicht über eine Source-Gegenkopplung des Mess-Transistors 205 durch den Kalibrier-Transistor 207 erreicht, sondern der Kalibrier- Transistor 207 wird hier als Element zum Einstellen des elektrischen Potentials des ersten Source-/Drain-Anschlusses 205b des Mess-Transistors 205 genutzt. Die Arbeitspunkte der beteiligten Transistoren, insbesondere des Mess-Transistors 205 und des Kalibrier-Transistors 207 sind daher so zu wählen, wie oben für das Sensor-Array 400 beschrieben.
  • Bezugnehmend auf Figur B wird im Weiteren ein siebtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensor-Arrays beschrieben.
  • Das in Figur B gezeigte Sensor-Array 800 unterscheidet sich nur punktuell von dem in Fig. 6 gezeigten Sensor-Array 600. Insbesondere sind die Schaltkreis-Anordnungen 203 in beiden Ausführungsbeispielen der Sensor-Arrays 600, 800 weitgehend identisch ausgebildet, wobei die in Fig. 8 gezeigte Schaltkreis-Anordnung 203 verglichen mit der in Fig. 6 gezeigten Schaltkreis-Anordnung 203 zusätzlich ein eigenes Lastelement 801 aufweist. Auch wird in beiden Fällen ein Spannungssignal Vcol als Sensor-Signal erfasst. Auch weist das Sensor-Array 800 den Operationsverstärker 602 auf, der mit der Schaltkreis-Anordnung 203 wie im Falle des Sensor-Arrays 600 verschaltet ist. Allerdings ist bei dem Sensor-Array 800 jeder Schaltkreis-Anordnung 203 ein darin enthaltenes Lastelement 801 zugeordnet, dessen einer Anschluss mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss 205b des zugehörigen Mess- Transistors 205 gekoppelt ist, und an dessen anderen Anschluss das elektrische Potential der Versorgungsspannung 214 angelegt ist.
  • Mit anderen Worten ist das Sensor-Array 800 gegenüber dem Sensor-Array 600 dahingehend verändert, dass nicht ein gemeinsames Lastelement 603 pro Spalten-Leitung 202 von allen Schaltkreis-Anordnungen 203 einer Spalten-Leitung 202 genutzt wird, sondern jede Schaltkreis-Anordnung 203 weist bei dem Sensor-Array 800 ein individuelles Lastelement 801 auf. Es ist zu betonen, dass Parameterschwankungen bei den individuellen Lastelementen 801 durch die Kalibrierung ebenfalls kompensiert werden. Mit anderen Worten kann der ohmsche Widerstand des Lastelements 801 als physikalischer Parameter angesehen werden, dessen Wert bei unterschiedlichen Schaltkreis-Anordnungen 203 unterschiedlich ist, wobei dieser Unterschied bzw. diese Veränderung des Werts des physikalischen Parameters durch die Kalibrierung zumindest teilweise kompensiert wird. Hinsichtlich der Kalibrierphase, der Messphase und des Einstellens bzw. Wählens der Arbeitspunkte der Transistoren, insbesondere des Mess- Transistors 205 und des Kalibrier-Transistors 207, sei auf die obige Beschreibung des Sensor-Arrays 200 verwiesen.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Transistoren in den Sensor-Arrays 200 bis 800 alle als n-MOS- Feldeffekttransistoren ausgebildet sind. Dass anstatt eines n-MOS-Transistors mit geringfügigen konstruktiven Änderungen jeder der Transistoren, insbesondere der Mess-Transistor und der Kalibrier-Transistor, als p-MOS-Transistor ausgebildet werden kann, ist exemplarisch in dem in Fig. 9 gezeigten Sensor-Array 900 gezeigt, das im Weiteren beschrieben wird.
  • Das Sensor-Array 900 ist ähnlich ausgebildet wie das Sensor- Array 800. Im Gegensatz zu dem Sensor-Array 800 weist das Sensor-Array 900 allerdings einen als p-MOS-Transistor ausgebildeten p-MOS-Kalibrier-Transistor 901 auf. Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig. 9 beschrieben, wie die Verschaltung der Komponenten des Sensor-Arrays 900 verändert werden muss, um als Kalibrier-Transistor einen p-MOS-Transistor 901 zu verwenden. Bei der Schaltkreis-Anordnung 902 ist der p-MOS- Kalibrier-Transistor 901, der einen Gate-Anschluss 901a, einen ersten Source-/Drain-Anschluss 901b und einen zweiten Source-/Drain-Anschluss 901c aufweist, bezüglich der unmittelbar daran angrenzenden benachbarten Bauelemente verschaltet wie der in Fig. 8 gezeigte n-MOS-Kalibrier- Transistor 207. Allerdings ist die Verschaltung des Operationsverstärkers 602 modifiziert, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass der gemäß Fig. 8 als n-MOS-Transistor ausgebildete Kalibrier-Transistor im Falle des Sensor-Arrays 900 als p-MOS-Kalibrier-Transistor 901 ausgebildet ist. Wie in Fig. 9 gezeigt, ist der invertierte Eingang 602b des Operationsverstärkers 602 (anders als in Fig. 8) mit demjenigen Source-/Drain-Anschluss des dritten Schalt- Transistors 211 gekoppelt, der nicht mit dem ersten Source- /Drain-Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 gekoppelt ist. Dagegen ist der nicht-invertierte Eingang 602a des Operationsverstärkers 602 mit der zweiten Spannungsquelle 605 gekoppelt. Abgesehen von diesem Aspekt ist die Schaltkreis- Anordnung 902 mit dem p-MOS-Kalibrier-Transistor 901 identisch aufgebaut und verschaltet wie die Schaltkreis- Anordnung 209 aus Fig. 8. Mit anderen Worten ist infolge des Ersetzens des n-MOS-Kalibrier-Transistors 207 aus Fig. 8 durch den p-MOS-Kalibrier-Transistor 901 aus Fig. 9 der invertierte Eingang 602b mit dem nicht-invertierten Eingang 602a des Operationsverstärkers 602 jeder Spalten-Leitung 202 zu vertauschen. Die Möglichkeit, als Transistor für das erfindungsgemäße Sensor-Array wahlweise p-MOS- oder n-MOS- Transistoren verwenden zu können, ermöglicht es, das Sensor- Array auf die Bedürfnisse des Einzelfalls flexibel einstellen zu können. Insbesondere kann Parametern wie dem zur Verfügung stehenden Platzbedarf und anderer Rahmenbedingungen dadurch flexibel Rechnung getragen werden.
  • Im Weiteren wird Bezug nehmend auf Fig. 10 ein neuntes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensor- Arrays beschrieben.
  • Das Sensor-Array 1000 weist eine Mehrzahl von in Kreuzungsbereichen von Zeilen-Leitungen 1001a, 1001b und Spalten-Leitungen 1002a, 1002b im Wesentlichen matrixförmig angeordneten und mit den Zeilen- und Spalten-Leitungen 1001a, 1001b, 1002a, 1002b verschalteten Schaltkreis-Anordnungen 1003 auf. Eine Schaltkreis-Anordnung 1003 ist auf bzw. in einem Substrat (nicht gezeigt in Fig. 10) ausgebildet und weist ein Sensor-Element mit einem physikalischen Parameter auf, das mit einer zu untersuchenden Substanz koppelbar ist, wobei die Art der Kopplung einen ohmschen Anteil aufweist. Ferner weist jede Schaltkreis-Anordnung 1003 eine in oder auf dem Substrat ausgebildete Kalibrier-Einrichtung auf, die derart eingerichtet ist, dass mit ihr eine Veränderung des Werts des physikalischen Parameters des Sensor-Elements zumindest teilweise kompensierbar ist. Das Sensor-Element ist aus einer mit der zu untersuchenden Substanz koppelbaren elektrisch leitfähigen Sensor-Elektrode 1004 und aus einem Mess-Transistor 1005 aufgebaut, dessen Gate-Anschluss 1501 mit der elektrisch leitfähigen Sensor-Elektrode 1004 aus Platin gekoppelt ist. Ferner ist ein erster Source-/Drain- Anschluss 1005b des Mess-Transistors 1005 über andere Bauelemente) mit einem ersten Amperemeter 1006 koppelbar. Die Kalibrier-Einrichtung jeder Schaltkreis-Anordnung 1003 ist derart eingerichtet, dass mit ihr das an einem zweiten Source-/Drain-Anschluss 1005c des Mess-Transistors 1005 anliegende elektrische Potential steuerbar ist. Ferner weist die Kalibrier-Einrichtung jeder Schaltkreis-Anordnung 1003 einen Kalibrier-Transistor 1007, eine erste Konstantstromquelle 1008, die mit jeweiligen zweiten Source- /Drain-Anschlüssen 1005c, 1007c der zueinander parallel geschalteten Mess- und Kalibrier-Transistoren 1005, 1007 gekoppelt ist, zum Bereitstellen einer vorgegebenen elektrischen Stromstärke IBias und eine Stromspiegel- Schaltung auf, die mit jeweiligen ersten Source-/Drain- Anschlüssen 1005b, 1007b der zueinander parallel geschalteten Mess- und Kalibrier-Transistoren 1005, 1007 gekoppelt ist, die derart verschaltet ist, dass mit ihr zum zumindest teilweisen Kompensieren der Veränderung des Wertes des physikalischen Parameters (der Schwellenspannung des Mess- Transistors 1005) das elektrische Potential am Gate-Anschluss 1007a des Kalibrier-Transistors 1007 derart einstellbar ist, dass in Abwesenheit eines Sensor-Ereignisses die Stromflüsse zwischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen dessen Mess- Transistors 1005b, 1005c bzw. Kalibrier-Transistors 1007b, 1007c gleich sind. Es ist darauf hinzuweisen, dass gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel jeder Spalte von Schaltkreis-Anordnungen 1003 eine gemeinsame Stromspiegel- Schaltung und weitere gemeinsame Elemente gemeinsam bereitgestellt sind, wie im Weiteren beschrieben.
  • Im Weiteren wird die Funktionalität des Sensor-Arrays 1000 beschrieben. Wie auch in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen kann eine Schaltkreis-Anordnung 1003 ausgewählt werden, indem an die erste Zeilen-Leitung 1002a ein solches elektrisches Signal angelegt wird, dass dadurch ein erster und ein zweiter Auswahltransistor 1009a, 1009b leitend werden. Der erste und der zweite Schalt-Transistor 1009a, 1009b fungieren als Schalter und schließen, wenn an die erste Zeilen-Leitung 1001a ein entsprechendes elektrisches Signal angelegt wird. Die erste Konstantstromquelle 1008 ist aus einem ersten Hilfs- Transistor 1010 und einer Bias-Spannungsquelle 1011 gebildet. Dabei wird der erste Hilfstransistor 1010 in Sättigung betrieben. An den Gate-Anschluss des ersten Hilfs-Transistors 1010 ist das elektrische Potential der Bias-Spannungsquelle 1011 angelegt, ein erster Source-/Drain-Anschluss des ersten Hilfs-Transistors 1008 ist geerdet, und ein zweiter Source- /Drain-Anschluss des ersten Hilfs-Transistors 1008 ist mit den zweiten Source-/Drain-Anschlüssen 1005c, 1007c des Mess- Transistors 1005 und des Kalibrier-Transistors 1007 gekoppelt. Der von der Konstantstromquelle 1008 einem elektrischen Knoten 1012 bereitgestellte Konstantstrom wird als IBias bezeichnet. Der Mess-Transistor 1005 wird vorzugsweise in Sättigung betrieben. Ändert sich die Spannung an der Sensor-Elektrode 1004 und somit an dem Gate-Anschluss 1005a des Mess-Transistors 1005, so wird der Stromfluss zwischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen 1005b, 1005c dadurch charakteristisch beeinflusst. Da der Gesamtstrom IBias durch die Source-/Drain-Anschlüsse 1005b, 1005c des Mess- Transistors 1005 bzw. durch die Source-/Drain-Anschlüsse 1007b, 1007c des Kalibrier-Transistors 1007 konstant ist, tritt ein Sensor-Signal sowohl im Strompfad des Mess- Transistors als auch im Strompfad des Kalibrier-Transistors 1007 auf. Allerdings führt das Sensor-Signal in einem der beiden parallelen Strompfade zu einer Erhöhung, und in dem anderen Strompfad zu einer entsprechenden Erniedrigung der Stromstärke um einen für das Sensor-Ereignis charakteristischen Differenzwert. Die beiden Stromflüsse durch den Mess-Transistor 1005 bzw. durch den Kalibrier- Transistor 1007 werden durch die leitenden ersten und zweiten Schalt-Transistoren 1009a, 1009b, von denen jeweils ein Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Source-/Drain- Anschluss des Messtransistors bzw. des Kalibrier-Transistors 1005b bzw. 1007b gekoppelt ist, hindurch geleitet und können von dem mit dem anderen Source-/Drain-Anschluss des ersten Schalt-Transistors 1009a gekoppelten ersten Amperemeter 1006 bzw. von einem mit dem anderen Source-/Drain-Anschluss des zweiten Schalt-Transistors 1009b gekoppelten zweiten Amperemeter 1013 erfasst werden, falls weder ein erster Schalter 1014 noch ein zweiter Schalter 1015 in der in Fig. 10 gezeigten Stellung (sondern in der dazu komplementären Stellung) sind. Dann kann der Stromfluss durch den Mess- Transistor 1005 mittels des ersten Amperemeters 1006 und der Stromfluss durch den Kalibrier-Transistor 1007 mittels des zweiten Amperemeters 1013 erfasst werden. Das Bilden der Differenz dieser beiden erfassten Stromstärken, das heißt eine differenzielle Signalverarbeitung, bietet wegen einer verbesserten Fehlerrobustheit eine erhöhte Messgenauigkeit, was den bei biologischen Proben zu erwartenden kleinen Messsignalen besonders wichtig ist.
  • Die Kalibrierung der Schaltkreis-Anordnungen 1003 erfolgt bei dem Sensor-Array 1000 unter Verwendung einer Stromspiegel- Schaltung, die in der in Fig. 10 gezeigten Weise verschaltet ist, und die in einen ersten und einen zweiten Stromspiegel- Transistor 1015, 1017 aufweist. Ist der erste Schalter 1014 in der in Fig. 10 gezeigten Schalterstellung, so ist derjenige Source-/Drain-Anschluss des ersten Schalt-Transistors 1009a, der mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss 1005b des Mess- Transistors 1005 nicht gekoppelt ist, sowohl mit einem Source-/Drain-Anschluss als auch mit dem Gate-Anschluss des ersten Stromspiegel-Transistors 1016 gekoppelt. Ferner ist der Gate-Anschluss des ersten Stromspiegel-Transistors 1016 mit dem Gate-Anschluss des zweiten Stromspiegel-Transistors 1017 gekoppelt. In der in Fig. 10 gezeigten Schalterstellung des zweiten Schalters 1015 ist derjenige Source-/Drain- Anschluss des zweiten Hilfs-Transistors 1009b, der mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss des Kalibrier-Transistors 1007 nicht gekoppelt ist, mit einem Source-/Drain-Anschluss 1007b des zweiten Stromspiegel-Transistors 1017 gekoppelt. Ferner ist bei dem Sensor-Array 1000 an die jeweils anderen Source-/Drain-Anschlüsse des ersten Stromspiegel-Transistors 1016 und des zweiten Stromspiegel-Transistors 1017 sowie an jeweils einen Anschluss der beiden Amperemeter 1006, 1013 das elektrische Potential einer Versorgungsspannung 1018 angelegt.
  • Im Weiteren wird beschrieben, wie unter Verwendung der beiden Stromspiegel-Transistoren 1016, 1017, bzw. deren Verschaltung mit den Schaltkreis-Anordnungen 1003 in der in Fig. 10 gezeigten Weise eine Kalibrierung durchgeführt wird. Im Kalibrierbetrieb ist die Schalterstellung des ersten Schalters 1014 und des zweiten Schalters 1015 so, wie in Fig. 10 gezeigt. Um eine bestimmte Schaltkreis-Anordnung 1003 zum Kalibrieren auszuwählen, wird an eine entsprechende erste Zeilen-Leitung 1001a ein entsprechendes elektrisches Signal angelegt, so dass der erste und der zweite Schalt-Transistor 1009a, 1009b leitend sind. Aufgrund von Schwankungen der elektrischen Transistorparameter des Mess-Transistors 1005 und des Kalibrier-Transistors 1007 (beispielsweise die Schwellenspannung) wird der Stromfluss durch die beiden Zweige des Differenzpaares, das heißt zwischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen 1005b, 1005c des Mess-Transistors 1005 einerseits und zwischen den beiden Source-/Drain- Anschlüssen 1007b, 1007c des Kalibrier-Transistors 1007 andererseits selbst dann im Allgemeinen nicht gleich sein, wenn an die Gate-Anschlüsse 1005a bzw. 1007a des Mess- Transistors 1005 bzw. des Kalibrier-Transistors 1007 ein identisches elektrisches Potential angelegt ist. Mittels der Stromspiegel-Schaltung wird der Ausgangsstrom durch die Source-/Drain-Anschlüsse des Mess-Transistors 1005 invertiert und mit dem Strom durch die Source-/Drain-Anschlüsse des Kalibrier-Transistors 1007 aus dem anderen Pfad verglichen. Tritt zwischen diesen beiden Stromstärken eine Differenz auf, die von Null verschieden ist, so ändert sich bei einem infolge eines elektrischen Signals an einer der zweiten Spalten-Leitungen 1001b leitenden dritten Schalt-Transistors 1019 das Potential am Gate-Anschluss 1007a des Kalibrier- Transistors 1007, bis in beiden Pfaden des Differenzpaares der gleiche Strom fließt. Der Gate-Anschluss des dritten Schalt-Transistors 1019 ist mit der zweiten Zeilen-Leitung 1001b gekoppelt, seine beiden Source-/Drain-Anschlüsse sind zwischen den Gate-Anschluss 1007a des Kalibrier-Transistors 1007 und den zweiten Schalt-Transistor 1009b geschaltet.
  • Entfernt man das elektrische Signal an der zweiten Spalten- Leitung 1000b, so wird der dritte Schalt-Transistor 1019 nicht leitend und die Kalibrierspannung bzw. die Kalibrierladung verbleibt an dem Gate-Anschluss 1007a des Kalibrier-Transistors 1007, so dass auf beiden Pfaden, das heißt, durch den Mess-Transistor 1005 einerseits und den Kalibrier-Transistor 1007 andererseits, der gleiche Strom IBias/2 fließt. Dadurch ist die Schaltkreis-Anordnung 1003 kalibriert.
  • In Fig. 11 ist ein zehntes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensor-Arrays gezeigt.
  • Das Sensor-Array 1100 weist wiederum eine Mehrzahl von im Wesentlichen matrixförmig angeordneten Schaltkreis- Anordnungen 1101 auf, die verglichen mit den Schaltkreis- Anordnungen 1003 in Fig. 10 modifiziert sind. Insbesondere ist an den ersten Source-/Drain-Anschluss 1005b des Mess- Transistors 1005 das elektrische Potential einer Versorgungsspannung 1018 angelegt. Die Komponenten der Stromspiegel-Schaltung in dem Strompfad des Mess-Transistors 1005 sind im Falle des Sensor-Arrays 1100 entbehrlich. Die Verschaltung des Strompfads, in dem der Kalibrier-Transistor 1007 angeordnet ist, entspricht innerhalb der Schaltkreis- Anordnung 1101 der Konfiguration aus Fig. 10. Mit anderen Worten ist ein Sensor-Signal der Schaltkreis-Anordnung 1101 an den zweiten Schalter 1015 anlegbar, der entweder in der in Fig. 11 gezeigten Stellung ist, wenn das Sensor-Array 1100 in der Kalibrierphase betrieben wird, oder in der dazu entgegengesetzten Stellung ist, wenn das Sensor-Array 1100 in der Messphase betrieben wird.
  • In der Kalibrierphase ist derjenige Source-/Drain-Anschluss des zweiten Schalt-Transistors 1009b, der mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss 1007b des Kalibrier-Transistors 1007 nicht gekoppelt ist, mit einem Anschluss der zweiten Konstantstromquelle 1102 gekoppelt, deren anderer Anschluss auf das elektrische Potential der Versorgungsspannung 1018 gebracht ist. In der Messphase hingegen ist der beschriebene Source-/Drain-Anschluss des zweiten Schalt-Transistors 1009b mit einem Anschluss des zweiten Amperemeters 1013 gekoppelt.
  • Bei der Schaltkreis-Anordnung 1101 ist an den ersten Source- /Drain-Anschluss 1005b des Mess-Transistors 1005 also das Potential der Versorgungsspannung 1018 angelegt, und die Kalibrier-Einrichtung weist auf: den Kalibrier-Transistor 1007 mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss 1007b und dem zweiten Source-/Drain-Anschluss 1007c, die erste Konstantstromquelle 1008, die mit den zweiten Source-/Drain- Anschlüssen 1005c bzw. 1007c der zueinander parallel geschalteten Mess- und Kalibrier-Transistoren 1005, 1007 gekoppelt ist, zum Bereitstellen einer vorgebbaren elektrischen Stromstärke, und eine zweite Konstantstromquelle 1102, die mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss 1007b des Kalibrier-Transistors 1007 koppelbar ist, zum Bereitstellen einer weiteren vorgebbaren elektrischen Stromstärke, welche zweite Konstantstromquelle 1102 derart verschaltet ist, dass mit ihr zum zumindest teilweisen Kompensieren der Veränderung des Werts des physikalischen Parameters die an den Anschlüssen der Transistoren 1005, 1007 anlegbaren Potentiale derart einstellbar sind, dass in Abwesenheit eines Sensor- Ereignisses an der Sensor-Elektrode 1004 die Stromflüsse zwischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen 1005b, 1005c des Mess-Transistors 1005 und zwischen den beiden Source- /Drain-Anschlüssen 1007b, 1007c des Kalibrier-Transistors 1007 gleich sind.
  • Anschaulich ist bei dem Sensor-Array 1100 im Gegensatz zu dem Sensor-Array 1000 nur einer der beiden Strompfade des Mess- Transistors 1005 und des Kalibrier-Transistors 1007, nämlich gemäß Fig. 11 nur der Strompfad zwischen den Source-/Drain- Anschlüssen 1007b, 1007c des Kalibrier-Transistors 1007 aus der Schaltkreis-Anordnung 1101 herausgeführt. Eine Zeile von Schaltkreis-Anordnungen 1101 wird wiederum ausgewählt, indem an die erste Zeilen-Leitung 1001a ein derartiges elektrisches Signal angelegt wird, dass dadurch der zweite Schalt- Transistor 1009b leitend wird. An dem gemäß Fig. 11 oberen Randabschnitt des Sensor-Arrays 1100 wird dann mittels des zweiten Amperemeters 1013 in der entsprechenden Schalterstellung (entgegengesetzte Schalterstellung des zweiten Schalters 1015 wie in Fig. 11) der Stromfluss durch den Strompfad des Kalibrier-Transistors 1007 gemessen und ausgewertet.
  • Die Kalibrierung erfolgt bei dem Sensor-Array 1100 durch Einprägen eines Referenzstromes Ical. Vorzugsweise ist dieser Kalibrierstrom halb so groß wie der Strom der ersten Konstantstromquelle 1008 der Schaltkreis-Anordnung 1101, das heißt Ical = IBias/2. Dann ist sichergestellt, dass auch in dem Messzweig des Differenzpaares mit dem Mess-Transistor 1005 ein Strom IBias/2 fließt. Um auch statistische Schwankungen des Konstantstroms IBias (beispielsweise aufgrund einer Variation der Schwellenspannung des ersten Hilfs-Transistors 1010) zu kompensieren, kann dieser zunächst an einem Randabschnitt des Sensor-Arrays 1100 gemessen werden. Hierzu ist in der Kalibrierphase die elektrische Spannung an einem elektrischen Ausgangsknoten 1103 einer Schaltkreis-Anordnung 1101 und somit an dem Gate-Anschluss 1007a des Kalibrier- Transistors 1007 so hoch gewählt, dass der gesamte oder annähernd der gesamte Strom IBias der ersten Konstantstromquelle 1008 durch diesen Pfad fließt. Im Anschluss prägt man diesem Pfad einen Strom Ical < IBias ein, wodurch sich ein Strom durch den Mess-Transistor 1005 des Werts IBias - Ical ergibt. Nach Beendigung der Kalibrierphase, das heißt nach Entfernen des elektrischen Signals an der zweiten Zeilen-Leitung 1001b, aufgrund welchen Signals der dritte Schalt-Transistor 1019 zuvor leitend war, wird der dritte Schalt-Transistor 1019 nicht leitend und daher bleibt der zuvor eingeprägte Ladungszustand an dem. Gate-Anschluss 1007a des Kalibrier-Transistors 1007 gespeichert und die Schaltkreis-Anordnung 1101 ist kalibriert.
  • Das in Fig. 11 gezeigte Sensor-Array 1100 weist gegenüber dem in Fig. 10 gezeigten Sensor-Array den Vorteil auf, dass einige Komponenten eingespart sind, so dass das Sensor-Array 1100 in der Fertigung weniger aufwendig ist. Dagegen weist das in Fig. 10 gezeigte Sensor-Array 1100 in Folge der differenzierten Strommessung eine besonders hohe Nachweisempfindlichkeit auf.
  • In Fig. 12 ist ein Sensor-Array 1200 gemäß einem elften bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.
  • Das Sensor-Array 1200 weist eine Vielzahl von matrixförmig angeordneten Schaltkreis-Anordnungen 1201 auf, die teilweise so aufgebaut und verschaltet sind, wie die in Fig. 11 gezeigten Schaltkreis-Anordnungen 1101. Allerdings ist bei dem Sensor-Array 1200 eine Potentialsteuer-Einrichtung 301 zum Konstanthalten des Potentials der Spalten-Leitungen 1202 bereitgestellt. Bei dem Sensor-Array 1200 ist eine Kalibrierspannung ähnlich wie in Fig. 6 bis 9 über eine zusätzliche Spalten-Leitung 1203 zugeführt, und das Potential der Spalten-Leitung 1202 wird analog zu dem Konzept von Fig. 3 mittels einer Potentialsteuer-Einrichtung 301 auf einem konstanten elektrischen Potential gehalten, das von der ersten Spannungsquelle 304 bereitgestellt ist. An den ersten Source-/Drain-Anschluss 1007b des Kalibrier-Transistors 1007 ist das elektrisch Potential der Versorgungsspannung 214 angelegt.
  • Im Weiteren wird Bezug genommen auf Fig. 13 bis Fig. 15, anhand derer ein anderes Konzept beschrieben wird, mit dem eine Veränderung des Werts eines physikalischen Parameters eines Sensor-Elements zumindest teilweise kompensierbar ist.
  • Zunächst wird das in Fig. 13 gezeigte Sensor-Array 1300 beschrieben.
  • Das Sensor-Array 1300 weist eine Mehrzahl von in Kreuzungsbereichen von Zeilen-Leitungen 1301a, 1301b, 1301c, 1301d und Spalten-Leitungen 1302 im Wesentlichen matrixförmig angeordneten und mit den Zeilen- und Spalten-Leitungen 1301a, 1301b, 1301c, 1301d, 1302 verschalteten Schaltkreis- Anordnungen 1303 auf. Wie bereits bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen weist jede Schaltkreis-Anordnung 1303 ein Sensor-Element mit einem physikalischen Parameter und eine Kalibrier-Einrichtung auf, die derart eingerichtet ist, dass mit ihr eine Veränderung des Werts des physikalischen Parameters des Sensor-Elements zumindest teilweise kompensierbar ist. Das Sensor-Element der Schaltkreis- Anordnung 1303 weist eine mit einer zu untersuchenden Substanz (nicht gezeigt in der Figur) koppelbare elektrisch leitfähige Elektrode 1304 auf. Ferner weist das Sensor- Element der Schaltkreis-Anordnung 1303 einen Mess-Transistor 1305 auf, dessen Gate-Anschluss 1305a mit der elektrisch leitfähigen Sensor-Elektrode 1304 (über einen weiteren Transistor 1311, der weiter unten beschrieben wird) gekoppelt ist. Ferner ist in Fig. 13 für jede Spalten-Leitung 1302 ein Voltmeter 1306 zum Erfassen einer elektrischen Sensor- Spannung bereitgestellt, welches Voltmeter 1306 mit einem ersten Source-/Drain-Anschluss 1305b des Mess-Transistors 1305 koppelbar ist.
  • Die Kalibrier-Einrichtung der Schaltkreis-Anordnung 1303 ist derart eingerichtet, dass mit ihr ein von dem Sensor-Ereignis bewirktes Sensor-Signal des Sensor-Elements unter Verwendung des Prinzips der korrelierten Doppelabtastung (Correlated Double Sampling, CDS) in einen Wert umwandelbar ist, der von dem Wert des physikalischen Parameters des Sensor-Elements unabhängig ist.
  • Bei der Schaltkreis-Anordnung 1303 ist an einen zweiten Source-/Drain-Anschluss 1305c des Mess-Transistors 1305 ein elektrisches Massepotential 1307 angelegt. Die Kalibrier- Einrichtung weist einen Differenzverstärker 1308 mit einem ersten Eingang 1308a und einem zweiten Eingang 1308b und einem Ausgang 1308c auf, welcher Ausgang 1308c mit dem Voltmeter 1306 gekoppelt ist, welcher erste Eingang 1308a mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss 1305b des Mess-Transistors 1305 koppelbar ist und welcher Differenzverstärker derart eingerichtet ist, dass an seinem Ausgang 1308c die Differenz zwischen zwei an den beiden Eingängen (dem ersten, invertierten Eingang 1308a und dem zweiten, nicht invertierten Eingang 1308b) angelegten elektrischen Signalen bereitstellbar ist. Ferner weist die Kalibrier-Einrichtung ein zwischen den ersten Source-/Drain-Anschluss 1305b des Mess-Transistors 1305 und den zweiten Eingang 1308b des Differenzverstärkers 1308 geschaltetes Abtast-Halte-Glied 1309 auf. Die Kalibrier-Einrichtung ist derart eingerichtet, dass in einem ersten Betriebszustand in das Abtast-Halte- Glied 1309 ein von dem physikalischen Parameter des Sensor- Elements (das heißt der Schwellenspannung des Mess- Transistors 1305) abhängiges Sensor-Signal einprägbar ist und dem zweiten Eingang 1308b des Differenzverstärkers 1308 bereitstellbar ist. Ferner ist die Kalibrier-Einrichtung derart eingerichtet, dass in einem zweiten Betriebszustand dem ersten Eingang 1308a des Differenzverstärkers 1308 ein für den physikalischen Parameter des Sensor-Elements charakteristisches Signal bereitstellbar ist. Die Kalibrier- Einrichtung ist ferner derart eingerichtet, dass in dem Ausgang 1308c des Differenzverstärkers 1308 ein von dem Wert des physikalischen Parameters des Sensor-Elements unabhängiges Sensor-Signal, eine elektrische Spannung, bereitstellbar ist, wodurch die Veränderung des Wertes des physikalischen Parameters zumindest teilweise kompensiert ist.
  • Ferner weist die Schaltkreis-Anordnung 1303 auf einen ersten Schalt-Transistor 1310 und einen zweiten Schalt-Transistor 1311. Die Sensor-Elektrode 1304 ist mit dem ersten Source- /Drain-Anschluss des zweiten Schalt-Transistors 1311 gekoppelt, und der andere Source-/Drain-Anschluss des zweiten Schalt-Transistors 1311 ist mit dem Gate-Anschluss 1305a des Mess-Transistors 1305 und mit dem ersten Source-/Drain- Anschluss des ersten Schalt-Transistors 1310 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Anschluss des ersten Schalt-Transistors 1310 ist mit der zweiten Zeilen-Leitung 1301b gekoppelt, und der Gate-Anschluss des ersten Schalt-Transistors 1310 ist mit der dritten Zeilen-Leitung 1301c gekoppelt. Ferner ist der Gate-Anschluss des zweiten Schalt-Transistors 1311 mit der vierten Zeilen-Leitung 1301d gekoppelt. Die Schaltkreis- Anordnung 1303 weist einen dritten Schalt-Transistor 1312 auf, dessen erster Source-/Drain-Anschluss mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss 1305b des Mess-Transistors 1305 gekoppelt ist. Der Gate-Anschluss des dritten Schalt- Transistors 1312 ist mit der ersten Zeilen-Leitung 1301a gekoppelt, und der zweite Source-/Drain-Anschluss des dritten Schalt-Transistors 1312 ist mit einem elektrischen Kreuzungspunkt 1313 gekoppelt, der mit einem Anschluss eines Lastelements 1314 gekoppelt ist, an dessen anderen Anschluss eine Versorgungsspannung 1315 angelegt ist. Ferner ist der elektrische Kreuzungspunkt 1313 über einen Verstärker 1316 sowohl mit dem invertierten ersten Eingang 1308a des Differenzverstärkers 1308 als auch mit dem Abtast-Halte-Glied 1309 gekoppelt.
  • Im Weiteren wird das Prinzip der korrelierten Doppelabtastung (Correlated Double Sampling) erklärt, das beispielsweise in [4] beschrieben ist. Gemäß diesem Konzept ist das Dämpfen von Rauschanteilen und das Unterdrücken des Offset-Anteils ermöglicht. Dabei wird häufig der Eingang eines Verstärkers mit einer zu messenden Signalquelle gekoppelt. Am Ausgang des Verstärkers wird dann das verstärkte Signal plus einem Offsetsignal des Verstärkers gemessen und abgespeichert. In einer nächsten Phase wird der Verstärker mit einer geeigneten Referenzquelle gekoppelt. An dem Ausgang des Verstärkers liegt dann nur noch der Offsetanteil an. Mittels Differenzbildung der beiden Ausgangsspannungen ist der Offsetanteil des Verstärkers eliminierbar, so dass das von dem Offset des Verstärkers freie Signal erhalten wird.
  • Um das Sensor-Array 1300 mit dem Konzept des Correlated Double Sampling zu betreiben, werden die Zeilen von den Schaltkreis-Anordnungen 1303 nacheinander ausgelesen. Zum Auslesen einer Zeile von Schaltkreis-Anordnungen 1303 wird an die zugehörige erste Zeilen-Leitung 1301a ein derartiges elektrisches Signal angelegt, dass dadurch der dritte Schalt- Transistor 1312 leitend wird. Dadurch ist der erste Source- /Drain-Anschluss 1305b des Mess-Transistors 1305 mit der Ausleseschaltung im oberen Bereich des Sensor-Arrays 1300 aus Fig. 13 gekoppelt. Die eigentliche Messung erfolgt in zwei Phasen:
  • In der ersten Phase wird an die vierte Zeilen-Leitung 1301d ein derartiges elektrisches Signal angelegt, dass dadurch der zweite Schalt-Transistor 1311 leitend wird. Wird infolge eines Sensor-Ereignisses an der Sensor-Elektrode 1304 das Potential der Sensor-Elektrode 1304 verändert, so bilden die Helmholtz-Schicht an der Sensor-Elektrode 1304 und die Gate- Kapazität des Mess-Transistors 1305 einen Spannungsteiler. Es ist in diesem Zusammenhang anzumerken, dass parallel zu der Helmholtz-Schicht im elektrischen Ersatzschaltbild ein ohmscher Widerstand geschaltet sein kann, der die elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten repräsentiert. Als Helmholtz- Schicht wird eine oberhalb einer elektrisch geladenen Elektrode sich ausbildende Schichtenfolge von Schichten mit alternierend elektrisch geladenen Partikel bezeichnet. Anschaulich erfolgt eine Sortierung der Ionen in mehreren Schichten, so dass beispielsweise in der unmittelbaren Umgebung einer positiv geladenen Elektrode eine Schicht mit negativ geladenen Ionen befindlich ist, gefolgt von einer etwas weiter von der Elektrode entfernten Schicht von positiven Ionen, dann wieder einer Schicht von negativen Ionen, usw. Die Definiertheit der Schichten nimmt mit zunehmenden Abstand von der Elektrodenoberfläche ab. Eine solche Helmholtz-Schicht kann als Kapazität aufgefasst werden. Unter der Voraussetzung, dass die Kapazität einer Helmholtz-Schicht deutlich größer als die Kapazität an dem Gate-Anschluss 1305a des Mess-Transistors 1305 ist, fällt annähernd die gesamte Spannung am Gate-Anschluss 1305a des Mess-Transistors 1305 ab. Der Mess-Transistor 1305 wird in dieser Konfiguration in Source-Schaltung betrieben, eine Änderung des Potentials an dem Gate-Anschluss 1305a bewirkt eine um einen bestimmten Faktor verstärkte Änderung des Potentials an dem ersten Source-/Drain-AnschLuss 1305b. Dieser Verstärkungsfaktor hängt von dem Produkt aus der Steilheit der Transistorkennlinie des Mess-Transistors 1305 und dem Wert des Widerstands ab. Diese Spannungsänderung wird über den Verstärker 1316 außerhalb der Schaltkreis-Anordnung 1303, wobei für jede Spalten-Leitung 1302 jeweils ein gemeinsamer Verstärker 1316 ausgebildet ist, verstärkt. Sowohl der Mess-Transistor 1035 als auch der Verstärker 1316 weisen einen Offset auf, der sich zu dem Sensor-Signal addiert. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 1316 wird in dem Abtast-Halte-Glied 1309 abgespeichert.
  • Nun wird das an die vierte Zeilen-Leitung 1301d angelegte elektrische Signal entfernt, so dass der zweite Schalt- Transistor 1311 sperrt.
  • In der zweiten Phase der Messung wird an die dritte Zeilen- Leitung 1301c ein derartiges elektrisches Signal angelegt, dass der erste Schalt-Transistor 1310 leitet. Dann ist die an der zweiten Zeilen-Leitung 1301b angelegte Referenzspannung an den Gate-Anschluss 1305a des Mess-Transistors 1305 angelegt. In diesem Fall liegt an dem Ausgang des Verstärkers 1316 nur noch der oben beschriebene Offset des Mess- Transistors 1305 bzw. des Verstärkers 1316 selbst an. An dem nicht-invertierten Eingang 1308b des Differenzverstärkers 1308 liegt daher das Sensor-Signal plus dem Offsetanteil aus der ersten Messphase an, wohingegen an dem invertierten ersten Eingang 1308a des Differenzverstärkers 1308 allein der Offsetanteil aus der zweiten Messphase anliegt. Das Difierenzsignal zwischen den Eingängen 1308a, 1308b des Differenzverstärkers 130ß ist daher das reine Sensor-Signal ohne den Offsetanteil. Dadurch ist die Veränderung des Werts des physikalischen Parameters des Sensor-Elements der Schaltkreis-Anordnung 1303 kompensiert.
  • Im Weiteren wird Bezug genommen auf Fig. 14 und ein dreizehntes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensor-Arrays beschrieben.
  • Das in Fig. 14 gezeigte Sensor-Array 1400 unterscheidet sich von dem in Fig. 13 gezeigten Sensor-Array 1300 dadurch, dass das Lastelement 1314, ein elektrischer Widerstand, durch eine Konstantstromquelle 1401 ersetzt ist. Das Prinzip der korrelierten Doppelabtastung (Correlated Double Sampling) ist bei dem Sensor-Array 1400 analog wie bei dem Sensor-Array 1300, wobei die Verstärkung der Änderung der Gate-Spannung an dem Mess-Transistor 1305 nun aus dem Quotienten von Steilheit und Ausgangsleitwert des Mess-Transistors 1305 resultiert.
  • In Fig. 15 ist ein Sensor-Array 1500 gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.
  • Das Sensor-Array 1500 stellt andere Abwandlung des Sensor- Arrays 1300 aus Fig. 13 dar. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 15 sind das Lastelement 1314 und eine Versorgungsspannung 1315 entbehrlich, allerdings ist zwischen den Knoten 1313 und dem Verstärker 1316 ein Strom-Spannungs-Wandler 1501 geschaltet. Der Strom-Spannungs-Wandler 1501 ist gemeinsam für alle Schaltkreis-Anordnungen 1303 einer Spalten-Leitung 1302 ausgebildet.
  • Mit anderen Worten wird gemäß dem in Fig. 15 gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensor-Arrays 1500 mittels des Mess-Transistors 1305 im Strom- anstelle eines Spannungs-Signals ausgelesen. Dabei wird die elektrische Spannung Vcol auf den Spalten-Leitungen 1302 konstant gehalten, das heißt, es müssen parasitäre Kapazitäten nicht umgeladen werden, und die Schaltung kann schneller ausgelesen werden. Die Änderung des Stromflusses durch den ersten Source-/Drain-Anschluss 1305b des Mess-Transistors 1305 wird mittels des Strom-Spannungs-Wandlers 1501 in eine elektrische Spannung umgewandelt. Auch gemäß dem in Fig. 15 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Differenz aus dem verstärkten Messsignal und dem verstärkten Referenzsignal gebildet, wobei letzteres den Offset des Mess-Transistors 1305 infolge einer Veränderung der Schwellenspannung widerspiegelt, und es wirken sich auch in diesem Fall die Offsetgrößen nicht auf das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 1308 an dem Ausgang 1308c aus. Das Sensor-Spannungssignal kann beispielsweise mittels eines Voltmeters 1502 erfasst werden.
  • Es ist zu betonen, dass das Prinzip der korrelierten Doppelabtastung (CDS) auch mittels einer komplexeren Verstärker-Einrichtung beispielsweise auf Basis von Differenzstufen etc. realisiert werden kann.
  • Die bezugnehmend auf in Fig. 2 bis Fig. 15 beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Sensor-Arrays betreffen jeweils ein Szenario, bei dem selektiv eine einzelne Schaltkreis-Anordnung ausgewählt wird, um deren Sensor-Signal zu erfassen. Im Weiteren werden bezugnehmend auf Fig. 16 bis Fig. 19 Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Sensor-Arrays beschrieben, bei denen Summenströme von Einzelsensor-Strömen von Schaltkreis- Anordnungen einer Zeilen-Leitung bzw. einer Spalten-Leitung erfasst werden.
  • In Fig. 16 ist ein Sensor-Array 1600 mit einer Mehrzahl von in Kreuzungsbereichen von Zeilen-Leitungen 201b, 201c, 201d bzw. 1602 und Spalten-Leitungen 1603 im Wesentlichen matrixförmig angeordneten und mit den Zeilen- und Spalten-Leitungen 201b, 201c, 201d, 1602, 1603 verschalteten Schaltkreis-Anordnungen 1601 gezeigt.
  • Die Schaltkreis-Anordnungen 1600 sind ausgestaltet wie die in Fig. 2 gezeigten Schaltkreis-Anordnungen 203 mit dem Unterschied, dass gemäß dem in Fig. 16 gezeigten Ausführungsbeispiel eine erste Zeilen-Leitung 201a entbehrlich ist, da gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Summenstrom mehrerer, entlang einer Zeile bzw. Spalte angeordneter Schaltkreis-Anordnungen 1601 erfasst wird. Ein Auswählen einer Schaltkreis-Anordnung einer Spalten-Leitung 1603 ist daher in Fig. 16 nicht erforderlich. Statt dessen ist eine Summenstrom-Zeilen-Leitung 1602 ausgebildet, die mit den zweiten Source-/Drain-Anschlüssen 207c des Kalibrier- Transistors 207 einer Zeile von Schaltkreis-Anordnungen 1601 gekoppelt ist. Entlang einer Summenstrom-Spalten-Leitung 1603 summieren sich die einzelnen Sensor-Strom-Signale der Schaltkreis-Anordnungen 1601 der zugehörigen Spalte an einem Schalter 1604 in einem Endabschnitt einer jeden Spalten- Leitung 1603 auf. Mit dem Schalter 1604 ist ein Anschluss einer Konstantstromquelle 1605 gekoppelt, an deren anderen Anschluss eine Versorgungsspannung 1606 angelegt ist. Ferner ist der Schalter 1604 mit einem ersten Amperemeter 1607 gekoppelt, das wiederum mit einer Spannungsquelle 1608 gekoppelt ist, an deren einem Anschluss das Potential einer Versorgungsspannung 1606 angelegt ist. Ferner ist an einem Endabschnitt jeder Summenstrom-Spalten-Leitung 1602 ein zweites Amperemeter 1609 angeordnet.
  • Bei dem in Fig. 16 gezeigten Sensor-Array 1600 wird also nicht eine bestimmte Schaltkreis-Anordnung 1601 pro Spalten-Leitung 1603 ausgewählt, wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, sondern statt dessen werden Summenströme von mehreren Schaltkreis-Anordnungen 1601 entlang einer Summenstrom-Zeilen-Leitung 1602 oder entlang einer Summenstrom-Spalten-Leitung 1603 erfasst und ausgewertet. Um Parameterschwankungen des Mess-Transistors 205 in unterschiedlichen Schaltkreis-Anordnungen 1601 zu kompensieren, werden die Kalibrier-Transistoren 207 in den Strompfad geschaltet, wobei auf die Gate-Anschlüsse 207a der Kalibrier-Transistoren 207 in einer Kalibrierphase eine elektrische Ladung zum Kompensieren einer Veränderung des Wertes eines physikalischen Parameters eines Sensor-Elements (bzw. eines Mess-Transistors 205) aufgebracht wird.
  • In einer Kalibrierphase wird der Schalter 1604 so gelegt, dass die Summenstrom-Spalten-Leitung 1603 mit der Konstantstromquelle 1605 gekoppelt ist. Das heißt, dass ein vordefinierter Strom Ical in eine Schaltkreis-Anordnung 1601 einer Spalten-Leitung 1603 eingeprägt wird, welche Schaltkreis-Anordnung 1601 durch ein elektrisches Signal an der zweiten Zeilen-Leitung 201b ausgewählt wird, mittels welchen Signals bewirkt wird, dass der zweite Schalt- Transistor 210 leitet. Bei einer vorgegebenen elektrischen Spannung an der Summenstrom-Zeilen-Leitung 1602 sind die zweiten Source-/Drain-Anschlüsse 207c der Kalibrier- Transistoren 207b einer Zeile von Schaltkreis-Anordnungen 1601 gekoppelt, und es stellt sich an dem Gate-Anschluss 207a des Kalibrier-Transistors 207 eine Spannung ein, durch welche die zu kalibrierende Schaltkreis-Anordnung 1601 in einen Zustand versetzt wird, genau den eingeprägten Strom zu führen. Wiederum bewirkt der Kalibrier-Transistor 207 eine Source-Gegenkopplung des Mess-Transistors 205. Hat sich an dem Gate-Anschluss 207a eine Kalibrier-Ladung eingestellt, so wird das elektrische Signal an der zweiten Zeilen-Leitung 201b, mittels welchen Signals zuvor der zweite Schalt- Transistor 210 leitend gemacht wurde, abgeschaltet, so dass der zweite Schalt-Transistor 210 sperrt. Auf der Gate- Kapazität des Kalibrier-Transistors 207 verbleibt jedoch die während der Kalibrierphase aufgebrachte Ladung, so dass das elektrische Potential an dem Gate-Anschluss 207a des Kalibrier-Transistors 207 unverändert bleibt. Dadurch ist die zugehörige Schaltkreis-Anordnung kalibriert.
  • Während des Messbetriebs wird der Schalter 1604 in die in Fig. 16 gezeigte Stellung, das heißt in die zu der während der Kalibrierphase eingestellten Stellung komplementären Stellung gebracht und an keiner der zweiten Zeilen-Leitungen 201b liegt ein elektrisches Signal, das den zweiten Schalt- Transistor 210 leitend machen würde. Änderungen des Potentials an der Sensor-Elektrode 204 V(E) führen zu einer Änderung des Stroms durch den ersten Source-/Drain-Anschluss 205b des Mess-Transistors 205 und daher zu einer Änderung des Beitrages einer Schaltkreis-Anordnung 1601 zu den Summenströmen in den zugeordneten Summenstrom-Zeilen-Leitung 1602 bzw. Summenstrom-Spalten-Leitung 1603.
  • In Fig. 17 ist ein Sensor-Array 1700 gemäß einem sechzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.
  • Das Sensor-Array 1700 unterscheidet sich von dem in Fig. 16 gezeigten Sensor-Array 1600 lediglich dadurch, dass die Schaltkreis-Anordnung 1701 nicht wie in Fig. 16 als Source- Gegenkopplung ausgestaltet ist, sondern entsprechend der in Fig. 4 gezeigten Weise, nämlich derart, dass der Kalibrier- Transistor 207 als Source-Folger ausgebildet ist. Mit anderen Worten erfolgt im Falle von Fig. 17 die Kalibrierung nicht über eine Source-Gegenkopplung des Mess-Transistors 205 durch den Kalibrier-Transistor 207, sondern in diesem Falle ist der Kalibrier-Transistor 207 ein Element zum Einstellen des Potentials des ersten Source-/Drain-Anschlusses 205b des Mass-Transistors 205.
  • In Fig. 18 ist ein Sensor-Array 1800 gemäß einem siebzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das Sensor-Array 1800 entspricht weitgehend dem in Fig. 16 gezeigten Sensor- Array 1600, weist jedoch zusätzlich eine Potentialsteuer- Einrichtung 301 auf, die oben bezugnehmend auf Fig. 3 detailliert beschrieben ist. Mittels der Potentialsteuer- Einrichtung 301 kann das elektrische Potential der signalführenden Spalten-Leitungen 1603 sowohl während der Kalibrierphase als auch während der Messphase konstant gehalten werden.
  • In Fig. 19 ist ein Sensor-Array 1900 gemäß einem achtzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.
  • Das in Fig. 19 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht dem in Fig. 17 gezeigten Ausführungsbeispiel, wobei zusätzlich eine Potentialsteuer-Einrichtung 301 zum Konstanthalten des elektrischen Potentials der stromführenden Spalten-Leitung 1603 bereitgestellt ist.
  • Das Auswerten von Summenstrom-Signalen entsprechend der Sensor-Arrays von Fig. 16 bis Fig. 19 erfolgt beispielsweise unter Verwendung einer im Weiteren beschriebenen Korrelationsrechnung. Zunächst wird für zumindest einen Teil der Summenstrom-Zeilen-Leitungen 1602 und der Summenstrom- Spalten-Leitungen 1603 der jeweilige Summenstrom der jeweiligen Zeilen-Leitung bzw. Spalten-Leitung erfasst, welcher Summenstrom Einzel-Ströme der entlang einer der zugehörigen Leitung angeordneten Schaltkreis-Anordnungen enthält. Da ein Sensor-Ereignis in einer Schaltkreis- Anordnung in einem Kreuzungsbereich einer Zeilen-Leitung und einer Spalten-Leitung in diesen beiden Leitungen korreliert auftritt, kann aus den Summenströmen auf diejenige Schaltkreis-Anordnungen geschlossen werden, an denen ein Sensor-Ereignis erfolgt ist. Insbesondere können zu diesem Zweck die zeitabhängigen Summenströme der Zeilen-Leitungen und der Spalten-Leitungen Fourier-transformiert werden, die Fourier-transformierten Summenströme jeweils einer Zeilen- Leitung und jeweils einer Spalten-Leitung paarweise miteinander multipliziert werden und das Produkt einer Fourier-Rücktransformation unterzogen werden. Aus den Fourier-rücktransformierten Stromprodukten ist eine mögliche Korrelation zwischen einem Summenstrom-Signal einer Zeilen- Leitung und einer Spalten-Leitung ermittelbar, und es ist ermittelbar, ob an der Schaltkreis-Anordnung in dem jeweiligen Kreuzungsbereich der für die Korrelationsrechnung verwendeten Zeilen- und Spalten-Leitung ein Sensor-Ereignis stattgefunden hat oder nicht.
  • In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
    [1] Thomas, CA et al. (1972) "A miniature microelectrode array to monitor the bioelectric activity of cultured cells" Exp. Cell. Res. 74: 61-66
    [2] Gross, GW et al. (1995) "The use of neuronal networks on multielectrode arrays as biosensors" Biosensors & Bioelectronics 10: 553-567
    [3] Berdondini, L et al. "High-Density MEA for Electrophysiological Activity Imaging of Neuronal Networks" Proc. ICECS 2001, 1239-1242, September 2001
    [4] Enz, CC et al. (1996) "Circuit techniques for reducing the effects of op-amp imperfections: autozeroing, correlated double sampling, and chopper stabilization", Proceedings of the IEEE 84(11): 1584 ff Bezugszeichenliste 100 elektrisch adressierbares MEA
    101 Glas-Substrat
    102 Begrenzungswand
    103 aktiver Sensorbereich
    104 Sensor-Felder
    105 elektrische Zuleitungen
    106 Kontaktflächen
    200 Sensor-Array
    201a erste Zeilen-Leitung
    201b zweite Zeilen-Leitung
    201c dritte Zeilen-Leitung
    201d vierte Zeilen-Leitung
    202 Spalten-Leitung
    203 Schaltkreis-Anordnung
    204 Sensor-Elektrode
    205 Mess-Transistor
    205a Gate-Anschluss
    205b erster Source-/Drain-Anschluss
    205c zweiter Source-/Drain-Anschluss
    206 Amperemeter
    207 Kalibrier-Transistor
    207a Gate-Anschluss
    207b erster Source-/Drain-Anschluss
    207c zweiter Source-/Drain-Anschluss
    208 Masse-Potential
    209 erster Schalt-Transistor
    210 zweiter Schalt-Transistor
    211 dritter Schalt-Transistor
    212 erster elektrischer Knoten
    213 Konstantstromquelle
    214 Versorgungsspannung
    215 erster Schalter
    216 erster Verstärker
    300 Sensor-Array
    301 Potentialsteuer-Einrichtung
    302 Operationsverstärker
    302a nicht-invertierter Eingang
    302b invertierter Eingang
    302c Ausgang
    303 vierter Schalt-Transistor
    304 erste Spannungsquelle
    400 Sensor-Array
    401 Schaltkreis-Anordnung
    500 Sensor-Array
    600 Sensor-Array
    601 zweiter Schalter
    602 Operationsverstärker
    602a nicht-invertierter Eingang
    602b invertierter Eingang
    602c Ausgang
    603 Lastelement
    604 Voltmeter
    605 zweite Spannungsquelle
    700 Sensor-Array
    800 Sensor-Array
    801 Lastelement
    900 Sensor-Array
    901 p-MOS-Kalibrier-Transistor
    901a Gate-Anschluss
    901b erster Source-/Drain-Anschluss
    901c zweiter Source-/Drain-Anschluss
    902 Schaltkreis-Anordnung
    1000 Sensor-Array
    1001a erste Zeilen-Leitung
    1001b zweite Zeilen-Leitung
    1002a erste Spalten-Leitung
    1002b zweite Spalten-Leitung
    1003 Schaltkreis-Anordnung
    1004 Sensor-Elektrode
    1005 Mess-Transistor
    1005a Gate-Anschluss
    1005b erster Source-/Drain-Anschluss
    1005c zweiter Source-/Drain-Anschluss
    1006 erstes Amperemeter
    1007 Kalibrier-Transistor
    1007a Gate-Anschluss
    1007b erster Source-/Drain-Anschluss
    1007c zweiter Source-/Drain-Anschluss
    1008 erste Konstantstromquelle
    1009a erster Schalt-Transistor
    1009b zweiter Schalt-Transistor
    1010 erster Hilfs-Transistor
    1011 Bias-Spannungsquelle
    1012 elektrischer Knoten
    1013 zweites Amperemeter
    1014 erster Schalter
    1015 zweiter Schalter
    1016 erster Stromspiegel-Transistor
    1017 zweiter Stromspiegel-Transistor
    1018 Versorgungsspannung
    1019 dritter Schalt-Transistor
    1100 Sensor-Array
    1101 Schaltkreis-Anordnung
    1102 zweite Konstantstromquelle
    1103 elektrischer Ausgangsknoten
    1200 Sensor-Array
    1201 Schaltkreis-Anordnung
    1202 Spalten-Leitung
    1203 zusätzliche Spalten-Leitung
    1300 Sensor-Array
    1301a erste Zeilen-Leitung
    1301b zweite Zeilen-Leitung
    1301c dritte Zeilen-Leitung
    1301d vierte Zeilen-Leitung
    1302 Spalten-Leitung
    1303 Schaltkreis-Anordnung
    1304 Sensor-Elektrode
    1305 Mess-Transistor
    1305a Gate-Anschluss
    1305b erster Source-/Drain-Anschluss
    1305c zweiter Source-/Drain-Anschluss
    1306 Voltmeter
    1307 Masse-Potential
    1308 Differenzverstärker
    1308a erster Eingang
    1308b zweiter Eingang
    1308c Ausgang
    1309 Abtast-Halte-Glied
    1310 erster Schalt-Transistor
    1311 zweiter Schalt-Transistor
    1312 dritter Schalt-Transistor
    1313 elektrischer Kreuzungspunkt
    1314 Lastelement
    1315 Versorgungsspannung
    1316 Verstärker-Element
    1400 Sensor-Array
    1401 Konstantstromquelle
    1500 Sensor-Array
    1501 Strom-Spannungs-Wandler
    1502 Voltmeter
    1600 Sensor-Array
    1601 Schaltkreis-Anordnung
    1602 Summenstrom-Zeilen-Leitung
    1603 Summenstrom-Spalten-Leitung
    1604 Schalter
    1605 Konstantstromquelle
    1606 Versorgungsspannung
    1607 erstes Amperemeter
    1608 Spannungsquelle
    1609 zweites Amperemeter
    1700 Sensor-Array
    1701 Schaltkreis-Anordnung
    1800 Sensor-Array
    1900 Sensor-Array

Claims (25)

1. Schaltkreis-Anordnung
mit einem Substrat;
mit einem in oder auf einem Oberflächen-Bereich des Substrats ausgebildeten Sensor-Element mit einem physikalischen Parameter, das mit einer zu untersuchenden Substanz koppelbar ist, wobei die Art der Kopplung einen ohmschen Anteil aufweist;
mit einer in oder auf dem Substrat ausgebildeten Kalibrier-Einrichtung, die derart eingerichtet ist, dass mit ihr eine Veränderung des Werts des physikalischen Parameters des Sensor-Elements zumindest teilweise kompensierbar ist.
2. Schaltkreis-Anordnung nach Anspruch 1, bei der das Sensor-Element eine mit der zu untersuchenden Substanz koppelbare elektrisch leitfähige Sensor-Elektrode aufweist.
3. Schaltkreis-Anordnung nach Anspruch 2, bei der das Sensor-Element einen Mess-Transistor aufweist, dessen Gate-Anschluss mit der elektrisch leitfähigen Sensor- Elektrode gekoppelt ist.
4. Schaltkreis-Anordnung nach Anspruch 3, die eine Einrichtung zum Erfassen eines ein erfolgtes Sensor- Ereignis charakterisierenden elektrischen Parameters aufweist, die mit einem ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors koppelbar ist.
5. Schaltkreis-Anordnung nach Anspruch 4, bei der die Kalibrier-Einrichtung derart eingerichtet ist, dass mit ihr das an den ersten oder einen zweiten Source- /Drain-Anschluss des Mess-Transistors angelegte elektrische Potential derart steuerbar ist, dass durch sie ein von einem Sensor-Ereignis bewirktes Sensor-Signal des Sensor-Elements auf einen Wert einstellbar ist, der von dem Wert des physikalischen Parameters des Sensor-Elements unabhängig ist.
6. Schaltkreis-Anordnung nach Anspruch 5, bei der die Kalibrier-Einrichtung derart eingerichtet ist, dass mit ihr das an dem ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors anliegende elektrische Potential steuerbar ist.
7. Schaltkreis-Anordnung nach Anspruch 6, bei der an den zweiten Source-/Drain-Anschluss des Mess- Transistors ein erstes elektrisches Referenz-Potential anlegbar ist und bei der die Kalibrier-Einrichtung einen Kalibrier-Transistor mit einem ersten und einem zweiten Source-/Drain-Anschluss aufweist, welche Source-/Drain- Anschlüsse zwischen den ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors und die Einrichtung zum Erfassen eines elektrischen Parameters geschaltet sind, und an dessen Gate- Anschluss ein derartiges elektrisches Signal anlegbar ist, dass das an den ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess- Transistors anlegbare elektrische Potential derart einstellbar ist, dass die Veränderung des Werts des physikalischen Parameters des Sensor-Elements zumindest teilweise kompensierbar ist.
8. Schaltkreis-Anordnung nach Anspruch 5, bei der die Kalibrier-Einrichtung derart eingerichtet ist, dass mit ihr das an dem zweiten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors anliegende elektrische Potential steuerbar ist.
9. Schaltkreis-Anordnung nach Anspruch 8, bei welcher der erste Source-/Drain-Anschluss des Mess- Transistors mit der Einrichtung zum Erfassen eines elektrischen Parameters gekoppelt ist, und bei der die Kalibrier-Einrichtung einen Kalibrier-Transistor aufweist, der einen mit dem zweiten Source-/Drain-Anschluss des Mess- Transistors gekoppelten ersten Source-/Drain-Anschluss und einen zweiten Source-/Drain-Anschluss aufweist, an den ein zweites elektrisches Referenz-Potential anlegbar ist, und an dessen Gate-Anschluss ein derartiges elektrisches Signal anlegbar ist, dass das an den zweiten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors anlegbare elektrische Potential derart einstellbar ist, dass die Veränderung des Werts des physikalischen Parameters des Sensor-Elements zumindest teilweise kompensierbar ist.
10. Schaltkreis-Anordnung nach Anspruch 8, bei der die Kalibrier-Einrichtung aufweist:
einen Kalibrier-Transistor;
eine erste Konstantstromquelle, die mit jeweiligen zweiten Source-/Drain-Anschlüssen der zueinander parallel geschalteten Mess- und Kalibrier-Transistoren gekoppelt ist, zum Bereitstellen einer vorgebbaren elektrischen Stromstärke;
eine Stromspiegel-Schaltung, die mit jeweiligen ersten Source-/Drain-Anschlüssen der zueinander parallel geschalteten Mess- und Kalibrier-Transistoren gekoppelt ist, die derart verschaltet ist, dass mit ihr zum zumindest teilweisen Kompensieren der Veränderung des Werts des physikalischen Parameters das elektrische Potential am Gate-Anschluss des Kalibrier-Transistors derart einstellbar ist, dass in Abwesenheit eines Sensor-Ereignisses die Stromflüsse zwischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen des Mess-Transistors und des Kalibrier-Transistors gleich sind.
11. Schaltkreis-Anordnung nach Anspruch 8, bei welcher an den ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess- Transistors ein drittes elektrisches Referenz-Potential angelegt ist und bei der die Kalibrier-Einrichtung aufweist:
einen Kalibrier-Transistor mit einem ersten und einem zweiten Source-/Drain-Anschluss;
eine zweite Konstantstromquelle, die mit den jeweiligen zweiten Source-/Drain-Anschlüssen der zueinander parallel geschalteten Mess- und Kalibrier-Transistoren gekoppelt ist, zum Bereitstellen einer vorgebbaren elektrischen Stromstärke;
eine dritte Konstantstromquelle, die mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss des Kalibrier-Transistors koppelbar ist, zum Bereitstellen einer weiteren vorgebbaren elektrischen Stromstärke, welche dritte Konstantstromquelle derart verschaltet ist, dass mit ihr zum zumindest teilweisen Kompensieren der Veränderung des Werts des physikalischen Parameters die an den Anschlüssen der Transistoren anlegbaren Potentiale derart einstellbar sind, dass in Abwesenheit eines Sensor-Ereignisses die Stromflüsse zwischen den beiden Source-/Drain-Anschlüssen des Mess-Transistors und des Kalibrier-Transistors gleich sind.
12. Schaltkreis-Anordnung nach Anspruch 4, bei der die Kalibrier-Einrichtung derart eingerichtet ist, dass mit ihr ein von einem Sensor-Ereignis bewirktes Sensor- Signal des Sensor-Elements unter Verwendung des Prinzips der korrelierten Doppelabtastung in einen Wert umwandelbar ist, der von dem Wert des physikalischen Parameters des Sensor- Elements unabhängig ist.
13. Schaltkreis-Anordnung nach Anspruch 12, bei der an einen zweiten Source-/Drain-Anschluss des Mess- Transistors ein viertes elektrisches Referenz-Potential anlegbar ist, und bei der die Kalibrier-Einrichtung
eine elektrische Subtrahier-Einrichtung mit zwei Eingängen und einem Ausgang aufweist, welcher Ausgang mit der Einrichtung zum Erfassen eines elektrischen Parameters koppelbar ist, welcher erste Eingang mit dem ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors gekoppelt ist, und welche elektrische Subtrahier- Einrichtung derart eingerichtet ist, dass an ihrem Ausgang die Differenz zwischen zwei an den beiden Eingängen angelegten elektrischen Signalen bereitstellbar ist;
ein zwischen den ersten Source-/Drain-Anschluss des Mess-Transistors und den zweiten Eingang der elektrischen Subtrahier-Einrichtung geschaltetes Abtast- Halte-Glied aufweist;
derart eingerichtet ist, dass
in einem ersten Betriebszustand in das Abtast- Halte-Glied ein von dem physikalischen Parameter des Sensor-Elements abhängiges Sensor-Signal einprägbar ist und dem zweiten Eingang der elektrischen Subtrahier-Einrichtung bereitstellbar ist;
in einem zweiten Betriebszustand dem ersten Eingang der elektrischen Subtrahier-Einrichtung ein für den physikalischen Parameter des Sensor-Elements charakteristisches Signal bereitstellbar ist;
an dem Ausgang der elektrischen Subtrahier- Einrichtung ein von dem Wert des physikalischen Parameters des Sensor-Elements unabhängiges Sensor- Signal bereitstellbar ist, wodurch die Veränderung des Werts des physikalischen Parameters zumindest teilweise kompensiert ist.
14. Schaltkreis-Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, bei welcher der elektrische Parameter
eine elektrische Spannung oder
ein elektrischer Strom
ist.
15. Schaltkreis-Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, bei der die Sensor-Elektrode eines oder eine Kombination der Materialien
Titan
Titannitrid
Gold und
Platin
aufweist.
16. Schaltkreis-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, die ein Verstärker-Element zum Verstärken eines Sensor- Signals aufweist.
17. Schaltkreis-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, die eine Schalt-Einrichtung aufweist, die derart eingerichtet ist, dass mit dieser das Sensor-Element wahlweise mit einem fünften elektrischen Referenz-Potential koppelbar oder von diesem entkoppelbar ist, um das Sensor-Element vor einer Schädigung zu schützen und/oder um an das Sensor-Element ein definiertes elektrisches Potential anzulegen.
18. Schaltkreis-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der das Substrat ein Silizium-Substrat ist.
19. Schaltkreis-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei der die Art der Kopplung zwischen dem Sensor-Element und der zu untersuchenden Flüssigkeit einen kapazitiven Anteil aufweist.
20. Sensor-Array mit einer Mehrzahl von in Kreuzungsbereichen von Zeilen- und Spalten-Leitungen im Wesentlichen matrixförmig angeordneten und mit den Zeilen- und Spalten- Leitungen verschalteten Schaltkreis-Anordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
21. Sensor-Array nach Anspruch 20, bei dem zumindest ein Teil der Schaltkreis-Anordnungen ein mit der jeweils zugehörigen Zeilen-Leitung und/oder Spalten-Leitung gekoppeltes Auswahl-Element zum Auswählen der jeweiligen Sensor-Anordnung aufweist, um ein Sensor-Signal des Sensor-Elements der ausgewählten Schaltkreis-Anordnung zu erfassen und/oder um bei der ausgewählten Schaltkreis- Anordnung die Veränderung des Werts des physikalischen Parameters zumindest teilweise zu kompensieren und/oder um an das Sensor-Element der ausgewählten Schaltkreis-Anordnung das fünfte elektrische Potential anzulegen.
22. Sensor-Array nach Anspruch 20 oder 21, bei dem zumindest ein Teil der einer jeweiligen Zeilen- und/oder Spalten-Leitung zugeordneten Schaltkreis-Anordnungen
eine gemeinsame Einrichtung zum Erfassen eines ein erfolgtes Sensor-Ereignis charakterisierenden elektrischen Parameters,
eine gemeinsame Konstantstromquelle,
eine gemeinsame Schalt-Einrichtung,
ein gemeinsames Referenz-Potential,
einen gemeinsamen Strom-Spannungs-WandLer,
einen gemeinsamen Analog-/Digital-Wandler,
einen gemeinsamen Stromspiegel,
eine gemeinsame Subtrahier-Einrichtung,
ein gemeinsames Abtast-Halte-Glied, und/oder
einen gemeinsamen Verstärker,
aufweist.
23. Sensor-Array nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem zumindest ein Teil der Zeilen- und/oder Spalten- Leitungen jeweils eine Einrichtung zum Erfassen eines ein erfolgtes Sensor-Ereignis charakterisierenden elektrischen Parameters aufweist, wobei das Sensor-Array derart eingerichtet ist, dass mittels der einer jeweiligen Zeilen- oder Spalten-Leitung zugeordneten Einrichtung zum Erfassen eines elektrischen Parameters
ein Sensor-Signal genau einer Sensor-Anordnung der jeweiligen Zeilen- oder Spalten-Leitung,
oder eine Summe von Sensor-Signalen von zumindest einem Teil der Sensor-Anordnungen der jeweiligen Zeilen- oder Spalten-Leitung
erfassbar ist.
24. Sensor-Array nach einem der Ansprüche 20 bis 23, bei dem zumindest ein Teil der Spalten-Leitungen mit einer Potentialsteuer-Einrichtung gekoppelt sind, welche Potentialsteuer-Einrichtung derart eingerichtet ist, dass sie das elektrische Potential der zugehörigen Spalten-Leitung auf einem im Wesentlichen konstanten Wert hält.
25. Biosensor-Array mit einem Sensor-Array nach einem der Ansprüche 20 bis 24.
DE10151020A 2001-10-16 2001-10-16 Schaltkreis-Anordnung, Sensor-Array und Biosensor-Array Withdrawn DE10151020A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10151020A DE10151020A1 (de) 2001-10-16 2001-10-16 Schaltkreis-Anordnung, Sensor-Array und Biosensor-Array
DE50214651T DE50214651D1 (de) 2001-10-16 2002-09-25 Biosensor-schaltkreis und ein aus einer mehrzahl dieser biosensor-schaltkreise bestehender sensor-array und biosensor-array
EP02774406A EP1438571B1 (de) 2001-10-16 2002-09-25 Biosensor-schaltkreis und ein aus einer mehrzahl dieser biosensor-schaltkreise bestehender sensor-array und biosensor-array
PCT/DE2002/003613 WO2003038420A1 (de) 2001-10-16 2002-09-25 Biosensor-schaltkreis und ein aus einer mehrzahl dieser biosensor-schaltkreise bestehender sensor-array und biosensor-array
US10/821,803 US7019305B2 (en) 2001-10-16 2004-04-08 Biosensor circuit and sensor array consisting of a plurality of said biosensor circuits and biosensor array

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10151020A DE10151020A1 (de) 2001-10-16 2001-10-16 Schaltkreis-Anordnung, Sensor-Array und Biosensor-Array

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10151020A1 true DE10151020A1 (de) 2003-04-30

Family

ID=7702661

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10151020A Withdrawn DE10151020A1 (de) 2001-10-16 2001-10-16 Schaltkreis-Anordnung, Sensor-Array und Biosensor-Array
DE50214651T Expired - Lifetime DE50214651D1 (de) 2001-10-16 2002-09-25 Biosensor-schaltkreis und ein aus einer mehrzahl dieser biosensor-schaltkreise bestehender sensor-array und biosensor-array

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE50214651T Expired - Lifetime DE50214651D1 (de) 2001-10-16 2002-09-25 Biosensor-schaltkreis und ein aus einer mehrzahl dieser biosensor-schaltkreise bestehender sensor-array und biosensor-array

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7019305B2 (de)
EP (1) EP1438571B1 (de)
DE (2) DE10151020A1 (de)
WO (1) WO2003038420A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004036203A1 (de) * 2002-10-14 2004-04-29 Infineon Technologies Ag Sensor-anordnung und verfahren zum betreiben einer sensor-anordnung
EP1484605A2 (de) * 2003-06-06 2004-12-08 Micronas GmbH FET-sensor und Verfahren zum Ansteuern eines solchen FET-sensors
WO2005036156A1 (en) * 2003-10-10 2005-04-21 Cambridge University Technical Services Limited Detection of molecular interactions using a metal-insulator-semiconductor diode structure
WO2006041224A1 (en) * 2004-10-14 2006-04-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Fet-based nucleic acid detecting sensor
DE102011112145A1 (de) * 2011-09-01 2013-03-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Zellkulturgefäß mit integrierter Sensorik
DE102017004567A1 (de) * 2017-05-11 2018-11-15 Innome Gmbh Gerät zur Analyse von biologischen Proben

Families Citing this family (77)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2884639A1 (fr) * 2005-04-14 2006-10-20 Thomson Licensing Sa Panneau d'affichage d'images a matrice active, dont les emetteurs sont alimentes par des generateurs de courant pilotables en tension
DE102005027245A1 (de) * 2005-06-13 2006-12-21 Siemens Ag Schaltkreisanordnung
EP2034285B1 (de) * 2006-05-24 2013-04-03 The Ritsumeikan Trust Infrarot-array-sensor
CN101501486A (zh) * 2006-08-09 2009-08-05 皇家飞利浦电子股份有限公司 微芯片上的磁传感器装置
CA2672315A1 (en) 2006-12-14 2008-06-26 Ion Torrent Systems Incorporated Methods and apparatus for measuring analytes using large scale fet arrays
US8262900B2 (en) * 2006-12-14 2012-09-11 Life Technologies Corporation Methods and apparatus for measuring analytes using large scale FET arrays
US8349167B2 (en) 2006-12-14 2013-01-08 Life Technologies Corporation Methods and apparatus for detecting molecular interactions using FET arrays
US11339430B2 (en) 2007-07-10 2022-05-24 Life Technologies Corporation Methods and apparatus for measuring analytes using large scale FET arrays
KR101176547B1 (ko) 2006-12-20 2012-08-24 리전츠 오브 더 유니버스티 오브 미네소타 잡음이 감소된 이온 물질 검출 장치 및 방법
EP2201368B1 (de) * 2007-10-12 2015-07-22 Nxp B.V. Sensor, sensor-array sowie verfahren zu deren betrieb
US8470164B2 (en) 2008-06-25 2013-06-25 Life Technologies Corporation Methods and apparatus for measuring analytes using large scale FET arrays
WO2010047804A1 (en) * 2008-10-22 2010-04-29 Ion Torrent Systems Incorporated Integrated sensor arrays for biological and chemical analysis
US20100301398A1 (en) * 2009-05-29 2010-12-02 Ion Torrent Systems Incorporated Methods and apparatus for measuring analytes
US20100137143A1 (en) 2008-10-22 2010-06-03 Ion Torrent Systems Incorporated Methods and apparatus for measuring analytes
US20120261274A1 (en) 2009-05-29 2012-10-18 Life Technologies Corporation Methods and apparatus for measuring analytes
US8776573B2 (en) 2009-05-29 2014-07-15 Life Technologies Corporation Methods and apparatus for measuring analytes
US9029132B2 (en) * 2009-08-06 2015-05-12 International Business Machines Corporation Sensor for biomolecules
SG188863A1 (en) * 2009-09-11 2013-04-30 Agency Science Tech & Res Method of determining a sensitivity of a biosensor arrangement, and biosensor sensitivity determining system
DE102009043527B4 (de) * 2009-09-30 2021-06-10 Boehringer Ingelheim Vetmedica Gmbh Anordnung und Verfahren unter Verwendung von Mikrosensoren zum Messen von Zell-Vitalitäten
WO2011082178A1 (en) * 2009-12-29 2011-07-07 Nanosense Inc. Fet - based nanotube sensor array
US8052931B2 (en) * 2010-01-04 2011-11-08 International Business Machines Corporation Ultra low-power CMOS based bio-sensor circuit
US8915089B2 (en) 2010-01-25 2014-12-23 General Electric Company System and method for detecting and controlling flashback and flame holding within a combustor
US9068935B2 (en) 2010-04-08 2015-06-30 International Business Machines Corporation Dual FET sensor for sensing biomolecules and charged ions in an electrolyte
US8731847B2 (en) 2010-06-30 2014-05-20 Life Technologies Corporation Array configuration and readout scheme
AU2011226767B1 (en) 2010-06-30 2011-11-10 Life Technologies Corporation Ion-sensing charge-accumulation circuits and methods
JP5952813B2 (ja) 2010-06-30 2016-07-13 ライフ テクノロジーズ コーポレーション Ｉｓｆｅｔアレイをテストする方法及び装置
US11307166B2 (en) 2010-07-01 2022-04-19 Life Technologies Corporation Column ADC
EP2589065B1 (de) 2010-07-03 2015-08-19 Life Technologies Corporation Chemisch empfindlicher sensor mit leicht dotierten abflüssen
WO2012036679A1 (en) 2010-09-15 2012-03-22 Life Technologies Corporation Methods and apparatus for measuring analytes
EP2619564B1 (de) 2010-09-24 2016-03-16 Life Technologies Corporation Transistorschaltungen mit zusammengehörigen paaren
WO2012155183A1 (en) 2011-05-13 2012-11-22 National Ict Australia Ltd Method and apparatus for measurement of neural response - a
US9872990B2 (en) 2011-05-13 2018-01-23 Saluda Medical Pty Limited Method and apparatus for application of a neural stimulus
WO2012155184A1 (en) 2011-05-13 2012-11-22 National Ict Australia Ltd Method and apparatus for measurement of neural response - c
WO2012155189A1 (en) 2011-05-13 2012-11-22 National Ict Australia Ltd Method and apparatus for estimating neural recruitment - f
WO2012155185A1 (en) * 2011-05-13 2012-11-22 National Ict Australia Ltd Method and apparatus for measurement of neural response
US9970984B2 (en) 2011-12-01 2018-05-15 Life Technologies Corporation Method and apparatus for identifying defects in a chemical sensor array
US8821798B2 (en) * 2012-01-19 2014-09-02 Life Technologies Corporation Titanium nitride as sensing layer for microwell structure
US8747748B2 (en) 2012-01-19 2014-06-10 Life Technologies Corporation Chemical sensor with conductive cup-shaped sensor surface
US10274487B2 (en) * 2012-02-06 2019-04-30 Nri R&D Patent Licensing, Llc Microprocessor-controlled microfluidic platform for pathogen, toxin, biomarker, and chemical detection with removable updatable sensor array for food and water safety, medical, and laboratory applications
US8786331B2 (en) 2012-05-29 2014-07-22 Life Technologies Corporation System for reducing noise in a chemical sensor array
WO2014071445A1 (en) 2012-11-06 2014-05-15 Saluda Medical Pty Ltd Method and system for controlling electrical conditions of tissue
US9080968B2 (en) 2013-01-04 2015-07-14 Life Technologies Corporation Methods and systems for point of use removal of sacrificial material
US9841398B2 (en) 2013-01-08 2017-12-12 Life Technologies Corporation Methods for manufacturing well structures for low-noise chemical sensors
US8962366B2 (en) 2013-01-28 2015-02-24 Life Technologies Corporation Self-aligned well structures for low-noise chemical sensors
US8963216B2 (en) 2013-03-13 2015-02-24 Life Technologies Corporation Chemical sensor with sidewall spacer sensor surface
US8841217B1 (en) 2013-03-13 2014-09-23 Life Technologies Corporation Chemical sensor with protruded sensor surface
CN105051525B (zh) 2013-03-15 2019-07-26 生命科技公司 具有薄导电元件的化学设备
CN105264366B (zh) 2013-03-15 2019-04-16 生命科技公司 具有一致传感器表面区域的化学传感器
US9116117B2 (en) 2013-03-15 2015-08-25 Life Technologies Corporation Chemical sensor with sidewall sensor surface
US9835585B2 (en) 2013-03-15 2017-12-05 Life Technologies Corporation Chemical sensor with protruded sensor surface
CN105283758B (zh) 2013-03-15 2018-06-05 生命科技公司 具有一致传感器表面区域的化学传感器
US20140336063A1 (en) 2013-05-09 2014-11-13 Life Technologies Corporation Windowed Sequencing
US10458942B2 (en) 2013-06-10 2019-10-29 Life Technologies Corporation Chemical sensor array having multiple sensors per well
US11172864B2 (en) 2013-11-15 2021-11-16 Closed Loop Medical Pty Ltd Monitoring brain neural potentials
JP6671021B2 (ja) 2013-11-22 2020-03-25 サルーダ・メディカル・ピーティーワイ・リミテッド 神経測定において神経反応を検出するための方法およびデバイス
US9797976B2 (en) * 2013-12-11 2017-10-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Biosensor calibration system and related method
TWI484180B (zh) * 2014-04-09 2015-05-11 Univ Nat Kaohsiung Normal 脈衝輸出之感測器讀取電路
AU2015255631B2 (en) 2014-05-05 2020-02-06 Saluda Medical Pty Ltd Improved neural measurement
EP3838331A1 (de) 2014-07-25 2021-06-23 Saluda Medical Pty Limited Neurostimulationsdosierung
AU2015349614B2 (en) 2014-11-17 2020-10-22 Saluda Medical Pty Ltd Method and device for detecting a neural response in neural measurements
EP3218046B1 (de) 2014-12-11 2024-04-17 Saluda Medical Pty Ltd Dispositif et programme informatique pour la commande de rétroaction de stimulation neuronale
EP3229890B1 (de) 2014-12-11 2020-05-27 Saluda Medical Pty Limited Positionierung einer implantierbaren elektrode
US10077472B2 (en) 2014-12-18 2018-09-18 Life Technologies Corporation High data rate integrated circuit with power management
KR102593647B1 (ko) 2014-12-18 2023-10-26 라이프 테크놀로지스 코포레이션 트랜스미터 구성을 갖춘 높은 데이터율 집적 회로
EP3234575B1 (de) 2014-12-18 2023-01-25 Life Technologies Corporation Vorrichtung zur messung von analyten unter verwendung von grossflächigen fet-arrays
US10918872B2 (en) 2015-01-19 2021-02-16 Saluda Medical Pty Ltd Method and device for neural implant communication
AU2016245335B2 (en) 2015-04-09 2020-11-19 Saluda Medical Pty Ltd Electrode to nerve distance estimation
EP3302692A4 (de) 2015-05-31 2019-01-16 Saluda Medical Pty Limited Elektrodenbefestigung für hirnneurostimulator
JP2018516150A (ja) 2015-05-31 2018-06-21 サルーダ・メディカル・ピーティーワイ・リミテッド 脳神経活動の監視
AU2016269843B2 (en) 2015-06-01 2021-03-04 Closed Loop Medical Pty Ltd Motor fibre neuromodulation
KR101868221B1 (ko) * 2016-03-14 2018-06-15 고려대학교 산학협력단 이온 채널 압력 센서 및 이의 제조방법
CA3019701A1 (en) 2016-04-05 2017-10-12 Saluda Medical Pty Ltd Improved feedback control of neuromodulation
US11179091B2 (en) 2016-06-24 2021-11-23 Saluda Medical Pty Ltd Neural stimulation for reduced artefact
US10088447B2 (en) * 2016-09-30 2018-10-02 Seung Ik Jun Biosensor
US11944820B2 (en) 2018-04-27 2024-04-02 Saluda Medical Pty Ltd Neurostimulation of mixed nerves
US11406299B2 (en) 2019-02-22 2022-08-09 International Business Machines Corporation Biosensors with programmable sensing cavities
WO2021007228A1 (en) * 2019-07-08 2021-01-14 Analog Devices International Unlimited Company Integrated sensor array and circuitry

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4320881A1 (de) * 1993-02-26 1994-09-01 Roth Forschung Gmbh & Co Autom Kombination von Lambda-Sonden

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8303792A (nl) * 1983-11-03 1985-06-03 Cordis Europ Inrichting voorzien van een op een isfet gebaseerd meetcircuit; voor toepassing in het meetcircuit geschikte isfet en werkwijze ter vervaardiging van een in het meetcircuit toe te passen isfet.
US4894339A (en) * 1985-12-18 1990-01-16 Seitaikinouriyou Kagakuhin Sinseizogijutsu Kenkyu Kumiai Immobilized enzyme membrane for a semiconductor sensor
KR910009810B1 (ko) * 1989-05-27 1991-11-30 삼성전자 주식회사 Cmos 입력 버퍼 회로
KR930002824B1 (ko) * 1990-08-21 1993-04-10 손병기 감이온 전계효과 트랜지스터를 이용한 바이오 센서용 측정회로
AU2907092A (en) * 1991-10-21 1993-05-21 James W. Holm-Kennedy Method and device for biochemical sensing
DE4228609C1 (de) * 1992-08-28 1994-01-20 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung zur Messung von Ionenkonzentrationen in Lösungen
US6699667B2 (en) * 1997-05-14 2004-03-02 Keensense, Inc. Molecular wire injection sensors
US6060327A (en) * 1997-05-14 2000-05-09 Keensense, Inc. Molecular wire injection sensors
US6117643A (en) * 1997-11-25 2000-09-12 Ut Battelle, Llc Bioluminescent bioreporter integrated circuit
TW496775B (en) * 1999-03-15 2002-08-01 Aviva Bioscience Corp Individually addressable micro-electromagnetic unit array chips
US6546268B1 (en) * 1999-06-02 2003-04-08 Ball Semiconductor, Inc. Glucose sensor
US6602399B1 (en) * 2000-03-22 2003-08-05 Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenchaften E.V. Signal recording of a receptor-effector-system by an extracellular planar potential-sensitive electrode
DE50107049D1 (de) * 2000-03-30 2005-09-15 Infineon Technologies Ag Sensor-anordnung und verfahren zum erfassen eines zustands eines transistors einer sensor-anordnung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4320881A1 (de) * 1993-02-26 1994-09-01 Roth Forschung Gmbh & Co Autom Kombination von Lambda-Sonden

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004036203A1 (de) * 2002-10-14 2004-04-29 Infineon Technologies Ag Sensor-anordnung und verfahren zum betreiben einer sensor-anordnung
US7662341B2 (en) 2002-10-14 2010-02-16 Infineon Technologies Ag Sensor arrangement and method for operating a sensor arrangement
EP1484605A2 (de) * 2003-06-06 2004-12-08 Micronas GmbH FET-sensor und Verfahren zum Ansteuern eines solchen FET-sensors
EP1484605A3 (de) * 2003-06-06 2007-05-02 Micronas GmbH FET-sensor und Verfahren zum Ansteuern eines solchen FET-sensors
WO2005036156A1 (en) * 2003-10-10 2005-04-21 Cambridge University Technical Services Limited Detection of molecular interactions using a metal-insulator-semiconductor diode structure
WO2006041224A1 (en) * 2004-10-14 2006-04-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Fet-based nucleic acid detecting sensor
DE102011112145A1 (de) * 2011-09-01 2013-03-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Zellkulturgefäß mit integrierter Sensorik
DE102011112145B4 (de) * 2011-09-01 2015-05-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Zellkulturgefäß mit integrierter Sensorik
DE102017004567A1 (de) * 2017-05-11 2018-11-15 Innome Gmbh Gerät zur Analyse von biologischen Proben

Also Published As

Publication number Publication date
DE50214651D1 (de) 2010-10-21
EP1438571B1 (de) 2010-09-08
EP1438571A1 (de) 2004-07-21
US20050017190A1 (en) 2005-01-27
US7019305B2 (en) 2006-03-28
WO2003038420A1 (de) 2003-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1438571B1 (de) Biosensor-schaltkreis und ein aus einer mehrzahl dieser biosensor-schaltkreise bestehender sensor-array und biosensor-array
EP1272860B1 (de) Sensor-anordnung und verfahren zum erfassen eines zustands eines transistors einer sensor-anordnung
EP1554569B1 (de) Sensor-anordnung und verfahren zum betreiben einer sensor-anordnung
EP1405071B1 (de) Messzelle zur aufnahme des elektrischen potentials einer probe
DE112010002926B4 (de) Elektrometer mit breitem Dynamikbereich und schneller Reaktion
EP1436606B1 (de) Sensor-anordnung
EP1516175B1 (de) Biosensor-array und verfahren zum betreiben eines biosensor-arrays
EP1761764B1 (de) Monolithisch integrierte hybridisierungs-sensor-anordnung und verfahren zu deren herstellung
EP1636599B1 (de) Schaltkreisanordnung zur potentialkonstanthaltung an einem biosensor und zur digitalisierung des messstroms
WO2004017423A2 (de) Sensor-anordnung
DE102005027245A1 (de) Schaltkreisanordnung
DE10204652B4 (de) Schaltkreis-Anordnung, elektrochemischer Sensor, Sensor-Anordnung und Verfahren zum Verarbeiten eines über eine Sensor-Elektrode bereitgestellten Stromsignals
DE3033730A1 (de) Vorrichtung zum feststellen chemischer substanzen
EP1328799B1 (de) Elektronische schaltung, sensoranordnung und verfahren zum verarbeiten eines sensorsignals
DE4228609C1 (de) Vorrichtung zur Messung von Ionenkonzentrationen in Lösungen
WO2005008234A1 (de) Sensor-transistor-element, sensor-einheit und sensor-array
DE102004025580A1 (de) Sensor-Anordnung, Sensor-Array und Verfahren zum Herstellen einer Sensor-Anordnung
WO2003088141A2 (de) Eventdetection-vorrichtung und verfahren zur messung der aktivität neuronaler netzwerke
DE10203996A1 (de) Schaltkreis-Anordnung, Redox-Recycling-Sensor, Sensor-Anordnung und Verfahren zum Verarbeiten eines über eine Sensor-Elektrode bereitgestellten Stromsignals
DE102021112043A1 (de) Schaltungsanordnung zur Strommessung und Strommesseinrichtung
DE10228124A1 (de) Biosensor-Array und Verfahren zum Betreiben eines Biosensor-Arrays

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee