磁性生物阵列芯片的寻址方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201110225501.6

申请日:

2011.08.08

公开号:

CN102360545A

公开日:

2012.02.22

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G11B 5/39申请日:20110808|||公开

IPC分类号:

G11B5/39

主分类号:

G11B5/39

申请人:

北京德锐磁星科技有限公司

发明人:

张彪; 白虹

地址:

100085 北京市海淀区上地信息路2号创业园D栋803室

优先权:

2010.12.05 CN 201010584809.5

专利代理机构:

北京鸿元知识产权代理有限公司 11327

代理人:

许向彤;陈英俊

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内容摘要

本发明公开了一种磁性生物阵列芯片的寻址方法,该方法为磁性生物阵列中至少一行的阵点提供多根字线。该行的阵点连接到这些字线。在操作过程中,该行中至少两个阵点通过不同的字线被激活。

权利要求书

1: 一个磁性生物阵列, 包括 : 按照行和列排列的阵点, 每个阵点包含至少一个磁场测量单元 ; 阵列中至少有一行阵点连接到第一个和第二个字线, 其中第一个字线连接该行中的第 一部分阵点, 第二个字线连接到该行中第二部分阵点 ; 和 该行中连接到第一个和第二个字线的阵点各自连接到相应的位线。
2: 如权利要求 1 所述的磁性生物阵列, 其中, 第一部分阵点包含该行中处于奇数位置 的阵点, 第二部分阵点包含该行中处于偶数位置的阵点。
3: 如权利要求 1 所述的磁性生物阵列, 其中, 第一部分的阵点是该磁性生物阵列的第 一个子阵列的一部分, 第二部分的阵点是该磁性生物阵列的第二个子阵列的一部分, 第一 子阵列和第二子阵列在该磁性生物阵列中形成套构。
4: 如权利要求 1 所述的磁性生物阵列, 其中, 第一部分的阵点是该磁性生物阵列的第 一个子阵列的一部分, 第二部分的阵点是该磁性生物阵列的第二个子阵列的一部分, 第一 子阵列和第二子阵列在该磁性生物阵列中空间分离。
5: 如权利要求 1 所述的磁性生物阵列, 其中, 第一部分的阵点是该磁性生物阵列的第 一个子阵列的一部分, 第二部分的阵点是该磁性生物阵列的第二个子阵列的一部分, 第一 子阵列中的阵点和第二子阵列中的阵点相互为最近邻。
6: 如权利要求 1 所述的磁性生物阵列, 其中, 第一部分的阵点是该磁性生物阵列的第 一个子阵列的一部分, 第二部分的阵点是该磁性生物阵列的第二个子阵列的一部分, 该磁 性生物阵列包含第三子阵列, 第一子阵列、 第二子阵列和第三子阵列至少其中两个子阵列 形成套构。
7: 如权利要求 1 所述的磁性生物阵列, 其中, 阵点包含 : 衬底, 该衬底包含一个电路 ; 和 在衬底上的一个传感器层, 该传感器层包含 : 自由层, 该自由层的磁化方向可以随目标磁场变化 ; 钉扎层, 该钉扎层的磁化方向不随目标磁场变化 ; 反铁磁层用来固定钉扎层的磁化方向 ; 非磁性空间层, 该空间层夹在自由层和钉扎层之间 ; 硬磁层, 该硬磁层的阻隔温度高于室温 ; 热阻层, 该热阻层处于硬磁层的上表面或者下表面 ; 生物薄膜层覆盖在传感器的上表面 ; 至少两个测量电流电极, 自由层、 非铁磁空间层、 钉扎层被夹在该至少两个电流电极之 间; 和 至少两个热电流电极, 该至少两个热电流电极连接到硬磁层和一个电流源对该硬磁层 加热。
8: 如权利要求 7 所述的磁性生物阵列, 其中, 热阻层在 20 ℃时的电导率等于或高于 6 -1 -1 37.8×10 S/m, 热阻层的热导率等于或低于 2.0Wm K 。
9: 如权利要求 7 所述的磁性生物阵列, 其中, 非磁性空间层是一个介电层, 其厚度等于 或小于 1 纳米, 测量电流通过测量电流电极沿自由层、 非磁性空间层和钉扎层的垂直方向 至少经过自由层、 非磁性空间层和钉扎层。 2
10: 如权利要求 7 所述的磁性生物阵列, 其中, 非磁性空间层是一个导电层, 测量电流 通过测量电流电极沿平行于自由层、 非磁性空间层和钉扎层的方向至少经过自由层、 非磁 性空间层和钉扎层。
11: 如权利要求 1 所述的磁性生物阵列, 其中, 阵点包含 : 衬底, 该衬底包含一个电路 ; 和 在衬底上的一个传感器层, 该传感器层包含 : 自由层, 该自由层的磁化方向可以随目标磁场变化 ; 钉扎层, 该钉扎层的磁化方向不随目标磁场变化 ; 反铁磁层用来固定钉扎层的磁化方向 ; 非磁性空间层, 该空间层夹在自由层和钉扎层之间 ; 热阻层, 该热阻层处于自由层的上表面或者下表面 ; 生物薄膜层覆盖在传感器的上表面 ; 至少两个测量电流电极, 自由层、 非铁磁空间层、 钉扎层被夹在该至少两个电流电极之 间; 和 至少两个热电流电极, 该至少两个热电流电极连接到自由层和一个电流源对该自由层 加热。
12: 如权利要求 11 所述的磁性生物阵列, 其中, 热阻层在 20℃时的电导率等于或高于 6 -1 -1 37.8×10 S/m, 热阻层在的热导率在 0.05Wm K 到 1.5Wm-1K-1 之间。
13: 一个方法, 包含 : 提供一个磁性生物阵列, 该阵列包含按照行和列排列的阵点, 每个阵点包含一个磁性 测量单元 ; 和 通过多个字线激活该阵列一行中的阵点, 该行中至少两个阵点通过不同的字线被激 活。
14: 如权利要求 13 所述的方法, 其中通过多个字线激活该阵列一行中的阵点包含 : 将该该行划分成多个子阵列, 不同的子阵列包含不同的阵点 ; 和 将不同子阵列中的阵点连接到不同的字线, 相同子阵列中的阵点连接到相同的字线。

说明书


磁性生物阵列芯片的寻址方法

    【技术领域】
     本发明申请一般性地涉及生物芯片, 具体说, 涉及磁性生物阵列芯片的寻址。背景技术
     磁性生物阵列芯片 ( 简称为 “磁性生物阵列” 或者 “阵列 “) 利用纳米磁性颗粒标 识生物分子和测量纳米磁性颗粒微磁场的方式探测生物样品入生物分子等。为简单起见, 本说明书中磁性生物阵列芯片被简称为” 磁性生物阵列 “或者 “阵列。 ” 磁性生物阵列往往 包含多个阵点, 这些阵点按照矩阵行和列排列组成一个磁性生物阵列。阵列中的阵点是 一个测量单元可以用来对生物分子进行测量。阵点对生物分子的测量基于微磁场测量技 术, 往往采用灵敏的巨磁阻结构, 比如自旋阀 (spin valve, SV)、 磁隧穿 (magnetic tunnel junction, MTJ) 和其他一些磁性多层膜堆叠结构。为说明目的, 图 1 示意性地展示了一个 现有技术中的磁性生物阵列。参照图 1, 磁性生物阵列 100 包含按照矩阵行和列排列的阵点如阵点 102。阵点 是一个磁性传感器, 一般采用巨磁阻结构作为测量核心, 其中一个范例示意性地展示在图 2 中。参考图 2, 阵点 102 包含衬底 118 和衬底 118 上的传感层 120。传感层 120 包含生物层 104、 自由层 108、 空间层 110, 钉扎层 112, 反铁磁层 116 和测量电流电极 106 和 114。 自由层 108 的磁化方向在测量过程中可以根据被测的目标磁场 ( 比如纳米磁性颗粒 122 的诱导磁 场 ) 变化。钉扎层 112 的磁化方向由反铁磁层 116 固定, 因而在测量的过程中, 钉扎层 112 的磁化方向不发生变化。空间层 110 可以根据不同的磁场测量结构而不同。比如, 在如图 2 所示的 CPP(current perpendicular to plane) 测量结构 ( 比如磁隧穿结构 MTJ) 中, 空间 层 110 可以是非磁性介电薄膜, 其厚度约为 1 纳米。在其它的测量结构如 CIP(current in plane) 结构中 ( 如自旋阀 SV), 空间层 110 可以是非磁性导电薄膜。测量电流电极 106 和 114 分别与自由层 108、 空间层 110 和钉扎层 112 的两端 ( 比如沿长轴水平方向的两端 ) 相 连, 使测量电流 Is 沿平行于薄膜平面的方向 ( 如沿长轴水平方向 ) 通过自由层 108、 空间层 110 和钉扎层 112。
     在一个实际测量中, 已知的生物分子 ( 生物探针 ) 被预先放置在生物薄膜 104 上 并且被生物薄膜 104 固定。待测的的生物分子被纳米磁性颗粒 122 所标识。标识后的待 测生物分子被移到阵点 102 上与生物探针进行杂化。杂化过程完成后针点 102 表面被清 洗。如果待测的生物分子与生物探针不匹配, 待测的生物分子经过清洗后从阵点 102 表面 清除。 如果待测的生物分子与生物探针匹配, 它们将发生杂化。 杂化后的生物探针和待测生 物分子发生作用形成杂化结合体 121。 杂化结合体 121 被生物薄膜固定在生物薄膜表面, 清 洗后仍然留在生物薄膜表面。 待测生物分子与生物探针是否发生杂化是通过测量该阵点上 经过清洗后有无纳米颗粒存在以及多少来得到的。结合杂化结果和已知的生物探针信息, 待测的生物分子信息可以被推断出来。
     磁性生物阵列 ( 如图 1 所示 ) 中的阵点 ( 如阵点 102) 是通过字线和位线寻址并 操作的。一个范例示意性地展示在图 3 中。参照图 3, 为简单地说明原理, 排列在阵列中一
     行中的 6 个阵点被展示出来。实际中的一行可以有任意数目的阵点, 。同一行的阵点 ( 如 阵点 102) 连接到同一根字线 126, 字线连接到一个字线选择器 124。阵列中多个或者全部 字线连接到同一个或者多个字线选择器。 字线选择器可以通过编码的方式在特定的时间选 择特定的某一根字线。 这种通过字线选择器选择特定字线的方式在当前已经有很多相关的 技术, 这里不再赘述。 每个阵点连接到一个位线如位线 130。 阵列中的位线连接到位线选择 器 128。位线选择器 128 负责在特定的时刻选择特定的位线。利用字线和位线的组合, 阵列 中每一个阵点可以被寻址和独立地操作。
     现有技术中这种采用一根字线连接一行中所有阵点的方式对于生物分子的测量 并不是最佳的, 这种连接 ( 寻址 ) 方式会产生来自于近邻阵点的信号耦合, 最终给测量结果 带来误差。这种误差在某些情况下 ( 比如当一个阵点上发生多重杂化从而有多个磁性纳米 颗粒同时存在的情况下 ) 会变得非常严重, 最终直接导致测量失败。这种近邻信号耦合是 因为, 比如当字线选择器 124 选择了字线 126 的时候, 连接到字线 126 的所有阵点都将被激 活。 当这种激活包含施加外磁场 ( 比如用来磁化纳米颗粒的激发场 ) 的时候, 所有阵点上的 外加磁场都将同时被激活。近邻阵点上的外加磁场将会叠加, 从而改变磁场的设计值。这 种改变导致最终测量误差。
     本发明提供了一种磁性生物阵列的寻址方式以减少或去除由近邻阵点信号耦合 产生的测量误差, 从而提高测量精度。 发明内容 在第一个实施例中公开了一个磁性生物阵列, 该磁性生物阵列包括 : 按照行和列 排列的阵点, 每个阵点包含至少一个磁场测量单元 ; 阵列中至少有一行阵点连接到第一个 和第二个字线, 其中第一个字线连接该行中的第一部分阵点, 第二个字线连接到该行中第 二部分阵点 ; 和该行中连接到第一个和第二个字线的阵点各自连接到相应的位线。
     在第二个实施例中公开了一个方法, 该方法包含 : 提供一个磁性生物阵列, 该阵列 包含按照行和列排列的阵点, 每个阵点包含一个磁性测量单元 ; 和通过多个字线激活该阵 列一行中的阵点, 该行中至少两个阵点通过不同的字线被激活。
     附图说明
     由以下结合附图的详细说明, 本发明的各个示范性实施方式能够被更加清楚地理 解。
     图 1 示意性地展示了现有技术中一个磁性生物阵列 ;
     图 2 示意性地展示了图 1 中磁性生物阵列的一个阵点结构 ;
     图 3 示意性地展示了图 1 中磁性生物阵列的寻址方式 ;
     图 4 示意性地展示了本发明涉及的磁性生物阵列的寻址方式实例 ;
     图 5 示意性的展示了本发明涉及的磁性生物阵列的一个阵点 ;
     图 6 示意性地展示了本发明涉及的另一个磁性生物阵列的寻址方式实例, 该寻址 方式实例可以被用于包含如图 5 所示阵点的磁性生物阵列 ;
     图 7 示意性地展示了本发明涉及的一个阵点结构 ; 和
     图 8 示意性地展示了本发明涉及的另一个阵点结构。具体实施方式
     下面结合附图详细介绍本发明可用于磁性生物阵列中阵点寻址的几个选定的例 子。 本领域技术人员会理解以下的介绍是为了说明的目的, 不应该理解为对本发明的限制。 在本发明范围内的其他变化也包含在本发明中。
     为了消除近邻阵点之间的信号干扰, 本发明采用分时激活的方式。 具体来说, 将阵 列中的阵点划分为多个不同的子阵列, 每个子阵列至少包含 1 个阵点。不同的子阵列包含 不同的阵点, 同一个阵点只属于一个特定的子阵列。 子阵列在空间位置上可以没有重叠, 也 可以有空间重叠比如形成子阵列的空间套构。 例如阵列的一行中, 处于奇数位置 (1, 3, 5…) 的阵点组成一个子阵列 ( 奇数子阵列 ), 而处于偶数位置 (2, 4, 6… ) 的阵点组成另一个子 阵列 ( 偶数子阵列 )。奇数子阵列和偶数子阵列在空间上是套构的。在另外一些实例中, 一 个子阵列的阵点不一定在阵列中是连续排列的阵点。比如阵列一行中, 处于位置 {1, 2, 7, 8} 的点阵就可以组成一个子阵列。实际上, 阵列中任何阵点的组合都可以形成子阵点。相 同激活区域中的阵点可以同时被激活, 而不同激活区域中的阵点可以根据信号干扰的影响 来决定它们的激活时序。那些信号交叠严重的不同区域, 比如同行 ( 或同列 ) 中偶数子阵 列和奇数子阵列, 可以在不同的时间段进行激活和操作以消除或者降低它们之间的信号耦 合。那些信号耦合和互相影响较小的不同子阵列可以在同一时间段激活和操作, 以减少操 作时间和降低系统设计复杂度。一般来说, 增加在不同时间段操作的子阵列的数目将会降 低信号耦合和信号之间的干扰, 提高测量精度 ; 但是另一方面却增加了测量时间, 提升了系 统设计的复杂度和产品制备的难度。 所以在不同时间段操作的子阵列的数目和系统的复杂 度 ( 以及产品制备难度 ) 之间需要平衡, 而平衡的基本条件是充分满足实际测量精度的要 求。 作为本发明的一个实施例, 图 4 示意性的展示了一个寻址的电路的原理图。为简 单而不失去本发明的一般性, 图 4 展示了磁性生物阵列中一行里的 6 个阵点作为说明。值 得指出的是, 阵列的一行可以包含任意数目的阵点。图 4 中展示的 6 个阵点只是为了说明 原理, 不应该理解为对本发明的一种限制。
     如图 4 所示, 阵列中一行的阵点分成偶数子阵列和奇数子阵列。该行的阵点被分 配了两根字线 : 字线 134 和字线 136。这两根字线 134 和 136 连接到字线选择器 132。两根 字线 134 和 136 分别连接偶数子阵列中的阵点和奇数子阵列中的阵点。具体来说, 每根字 线连接到 CMOS(complimentary metal-oxide-silicon) 晶体管的门极 (gate), 而阵点的功 能结构 ( 比如阵点中的用于产生激发磁场的激发电流 ) 连接到该晶体管的源极 (source)。 该晶体管的栅极 (drain) 连接到相应的位线, 比如位线 138。位线汇集到位线选择器 140。
     由于偶数子阵列和奇数子阵列中的阵点连接到不同的字线 ( 比如 134 和 136), 偶 数子阵列和奇数子阵列中的阵点的激活和操作通过不同的字线完成。合适的选择激活时 序, 偶数子阵列和奇数子阵列可以在不同的时间段被激活和操作, 形成偶数子阵列和奇数 子阵列在时间上的分割。比如, 在一个时间段 ( 测量周期 ) 激活字线 134 从而激活连接在 字线 134 上的偶数子阵列中的阵点。在字线 134 激活的过程中, 字线 136 处于非激活状态 (deactivate)。当偶数子阵列中的阵点完成一个测量周期之后, 字线 134 被转换到非激活 状态。字线 134 处于稳定的非激活状态之后的某个时刻, 字线 136 可以被激活, 从而激活奇 数子阵列中的阵点。被激活的奇数字阵列中的阵点可以进行测量。测量完成后, 字线 136
     被转换到非激活状态, 奇数字阵列中的阵点从而处于非激活状态。这种时间域的分割消除 了最近邻阵点 ( 相邻的奇数和偶数位上的阵点 ) 间的信号耦合和干扰, 从而提升了测量精 度。
     图 4 所示的字阵列空间套构和多字线连接在原理上可以应用到其它形式的字阵 列结构和字阵列的空间套构形式。比如如图 4 所示的偶数子阵列和奇数子阵列形式的字阵 列套构可以消除最近邻阵点间的信号耦合, 次近邻阵点间的信号耦合也可以通过子阵列套 构和多字线形式消除。具体来说, 阵列中一行可以分为三个子阵列。子阵列 1 包含位置为 {3i-2, i = 1, n} 的阵点, 其中 3×n 为该行中阵点的总数目 ; 子阵列 2 包含位置为 {3i-1, i = 1, n} 的阵点, 子阵列 3 包含位置为 {3i, i = 1, n} 的阵点。子阵列 1, 2 和 3 分别连接到 三个独立的字线。在对该行阵点的操作中, 操作周期包含三个非并行的子周期 ( 比如连续 的 )。 每个子阵列对应于一个子周期。 当一个子阵列在一个子周期中操作的时候, 其它子阵 列处于非激活状态。值得指出的是, 三个子阵列的操作可以以任何顺序进行。比如, 三个子 阵列可以按照 3, 1, 2 的顺序或其它顺序进行操作。
     在实际应用中, 磁性生物阵列往往使用多个磁场测量单元对单个目标磁场进行测 量仪提高精度。 具体的说, 阵列中的一个阵点可以包含参考单元和信号单元。 参考单元和信 号单元都可以对磁场进行测量。 所不同的是, 在一个特定的测量时间, 信号单元测量目标磁 场, 而参考单元为信号单元的测量提供参考信号以校准信号单元的测量。一个普遍使用的 实例是, 参考单元和信号单元连接在一个惠斯通电桥 (Wheatstone Bridge)。 参考单元可以 被覆盖软磁薄膜来磁屏蔽参考单元, 而信号单元暴露在目标磁场中直接测量目标磁场。参 考单元在一些实例中也可以和信号单元一样暴露在目标磁场中。在这些实例中, 参考单元 和信号单元的具体功能由电路的时序决定和控制。 比如, 在一个特定时刻, 信号单元测量目 标磁场而参考单元测量环境中的附加磁场 ( 如激发磁场 )。 在另一个特定时刻, 信号单元测 量附加磁场而参考单元测量目标磁场。目标磁场的测量值根据两次测量结果决定。不管参 考单元和信号单元如何在单个阵点上具体实施, 一个阵点可以包含参考单元和信号单元测 量目标磁场以提高精度。作为一个实例, 图 5 示意性地展示了一个阵点。
     参考图 5, 该阵点包含放置在衬底 152 上的参考单元 148 和信号单元 150。衬底 152 中包含控制电路以及数据 ( 控制数据和测量数据等 ) 传输电路。参考单元 148 上覆盖 生物绝缘薄膜 144, 该生物绝缘薄膜 144 不能固定生物分子, 换句话说, 在该生物绝缘薄膜 144 上的生物分子可以通过清洗被去除或者无法在该生物绝缘薄膜上驻留。信号单元 150 上覆盖生物薄膜 146, 该生物薄膜可以固定生物分子。 该阵点还包含一个激发磁场单元用来 产生继发磁场 Hext, 这种激发磁场单元可以有多种选择实现, 比如一段导线 ( 比如在衬底 表面的一段平直的导线, 或者两段平直且相互平行的导线组 ) 或者垂直放置的线圈等。参 考单元 148 和信号单元 150 的操作时序电路被包含在衬底电路中。
     当一个阵列包含的阵点中同时具有参考单元和信号单元的时候 ( 如图 5 所示 ), 一 种简单的电路寻址和控制方法凯已采用如图 6 所示的电路。当然, 也可以采用更复杂的寻 址和控制电路。参照图 6, 最近邻的阵点连接到不同的字线, 比如阵点 141 连接到字线 136, 而阵点 142 连接到字线 134。 同一阵点中的参考单元和信号单元连接到不同的位线, 比如阵 点 142 中的参考单元 148 连接到位线 162, 而信号单元 150 连接到位线 164。字线和位线分 别汇集到字线选择器 132 和位线选择器 140。以上所描述的寻址方式可以被应用到多种磁性生物阵列中。作为一个实例, 图7 示意性地展示了磁性生物阵列的一个阵点, 该阵点基于磁性隧穿效应 (Magnetic Tunnel Junction)。参考图 7, 该阵点包含衬底 184 和在衬底 184 上的传感层 123。传感层 123 包 含自由层 174, 空间层 176, 钉扎层 178, 反铁磁层 182, 生物薄膜 146 以及隧穿电流电极 172 和 180。
     自由层 174 是一个磁性层, 其磁化方向在磁场测量的过程中可以随目标磁场变 化。空间层 176 是一个介电层, 其厚度大约为 1 纳米。钉扎层 178 是一个磁性层, 其磁化方 向由反铁磁层 182 固定, 因此在测量过程中恒定。在本例中, 隧穿电流电极 172 和 180 按照 CPP(current perpendicular to the plane) 的方式放置, 也就是说, 隧穿电流电极 172 和 180 的放置使得隧穿电流 Is 沿垂直于薄膜平面 ( 沿垂直于自由层 174、 空间层 176 和钉扎 层 178 平面的方向 ) 的方向贯穿至少自由层 174、 空间层 176 和钉扎层 178。隧穿电流电极 172 和 180 也可以按照 CIP(current in planes) 的方式放置, 即隧穿电流电极 172 和 180 的放置使得隧穿电流 Is 沿平行于自由层 174、 空间层 176 和钉扎层 178 平面的方向流过至 少自由层 174、 空间层 176 和钉扎层 178。在 CIP 的方式下, 空间层 176 是一个非磁性导电 层。这种结构被称为自旋阀结构 (spin valve)。 在 CIP 和 CPP 或者其它结构下, 该阵点可以 ( 并非一定要求 ) 包含硬磁层 168。硬 磁层 168 的阻隔温度 (blocking temperature) 等于或大于该阵点的正常工作温度比如室 温。在一些实例中, 硬磁层 168 具有等于或者高于 200℃, 比如 250℃或 300℃的阻隔温度。 一般情况下, 硬磁层 168 的阻隔温度在 150℃到 350℃之间。硬磁层 168 连接到一个加热电 流源, 该加热电流源为硬磁层 168 在操作过程中提供加热电流 Ih。该加热电流可以沿硬磁 层 168 平面的方向流过硬磁层, 也可以沿硬磁层 168 平面的法线方向流过硬磁层 168。
     作为一个选择, 当该阵点包含硬磁层 168 的时候, 该阵点也可以包含热阻层 170, 该热阻层 170 可以放置在硬磁层 168 的上表面和 / 或者下表面。热阻层具有较低的热 导率 ( 比如等于或小于 2.0Wm-1K-1) 和较高的电导率 ( 比如在温度为 20 ℃时的电导率为 37.8×106S/m 或者更高 )。热阻层 170 一方面可以起到热绝缘的作用, 使得硬磁层 168 在 加热的过程中不至于影响其它功能薄膜层。另一方面, 热阻层 170 可以使得用较小的加热 电流 Ih 使硬磁层 168 达到预定的温度。比如, 如果不用热阻层 170, 使硬磁层 168 达到预定 的温度 ( 高于室温 ) 需要加热电流 Ih1, 而使用热阻层 170 后, 硬磁层 168 达到相同的预定 温度 ( 高于室温 ) 需要加热电流 Ih2, 而 Ih2 < Ih1。
     作为另一个实例, 图 8 示意性地展示了磁性生物阵列的一个阵点, 该阵点基于磁 性隧穿效应 (Magnetic Tunnel Junction)。参考图 8, 该阵点包含衬底 184 和在衬底 184 上的传感层 125。传感层 125 包含生物薄膜 146, 自由层 188, 空间层 190, 钉扎层 178, 反铁 磁层 182 以及隧穿电流电极 172 和 180。
     与图 7 中所示的自由层 174 不同, 图 8 中的自由层 188 具有和图 7 中硬磁层 168 类似的磁性特点。图 8 中的自由层 188 具有高于阵点正常工作温度 ( 比如室温 ) 的阻隔温 度。该自由层 188 的阻隔温度等于或者高于 200℃, 比如 250℃或 300℃的阻隔温度。一般 情况下, 自由层 188 的阻隔温度在 150℃到 350℃之间。 自由层 188 连接到一个加热电流源, 该加热电流源为自由层 188 在操作过程中提供加热电流 Ih。该加热电流可以沿自由层 188 平面的方向流过自由层, 也可以沿自由层 188 平面的法线方向流过自由层 188。
     空间层 190 是一个介电层, 其厚度大约为 1 纳米。钉扎层 178 是一个磁性层, 其磁 化方向由反铁磁层 182 固定, 因此在测量过程中恒定。在本例中, 隧穿电流电极 172 和 180 按照 CPP(current perpendicular to the plane) 的方式放置, 也就是说, 隧穿电流电极 172 和 180 的放置使得隧穿电流 Is 沿垂直于薄膜平面 ( 沿垂直于自由层 188、 空间层 190 和 钉扎层 178 平面的方向 ) 的方向贯穿至少自由层 188、 空间层 190 和钉扎层 178。隧穿电流 电极 172 和 180 也可以按照 CIP(current in planes) 的方式放置, 即隧穿电流电极 172 和 180 的放置使得隧穿电流 Is 沿平行于自由层 188、 空间层 190 和钉扎层 178 平面的方向流 过至少自由层 188、 空间层 190 和钉扎层 178。在 CIP 的方式下, 空间层 190 是一个非磁性 导电层。
     在 CIP 和 CPP 或者其它结构下, 该阵点可以 ( 并非一定要求 ) 包含热阻层 170, 该热阻层 170 可以放置在自由层 188 的上表面和 / 或者下表面。热阻层 170 具有较低的 热导率 ( 比如等于或小于 2.0Wm-1K-1) 和较高的电导率 ( 比如在温度为 20℃时的电导率为 37.8×106S/m 或者更高 )。热阻层 170 一方面可以起到热绝缘的作用, 使得自由层 188 在 加热的过程中不至于影响其它功能薄膜层。另一方面, 热阻层 170 可以使得用较小的加热 电流 Ih 使自由层 188 达到预定的温度。比如, 如果不用热阻层 170, 使自由层 188 达到预定 的温度 ( 高于室温 ) 需要加热电流 Ih1, 而使用热阻层 170 后, 自由层 188 达到相同的预定 温度 ( 高于室温 ) 需要加热电流 Ih2, 而 Ih2 < Ih1。
     本领域技术人员能够理解, 以上的讨论的目的是为了介绍, 上面所举的例子是许 多可能的例子中的一部份, 其他的变型也是可行的。
     本说明书中提到的 “一个实施例” 、 “实施例” 、 “示例性实施例” 等, 其含义是, 结合 该实施例描述的具体特性、 结构或特征包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书各处 出现的这种短语不一定是指同一个实施例。 另外, 当结合任何实施例描述具体特性、 结构或 特征时, 这意味着本领域技术人员能够该特性、 结构或特征应用于其他的实施例中。而且, 为了易于理解, 一些方法步骤被描述为独立的步骤 ; 但是, 这些独立描述的步骤不应被认为 必须按照一定的顺序执行。也就是说, 一些步骤同时也可以按照另外的顺序执行。此外, 示 例性的示图显示了根据本发明实施例的各种方法。 这里的这种示例性方法实施例是利用相 应的装置实施例来描述的, 并可以应用于这些相应的装置实施例。 但是, 这些方法实施例不 是为了限制本发明。
     的虽然这里展示和说明了本发明的几个实施例, 但本领域技术人员能理解, 可以 对这些实施例进行改变而不脱离本发明的原则和精神。因此, 以上的各实施例从任何意义 上讲都应被认为是说明性的而不是对这里所描述的本发明的限制。 本发明的范围由所附的 权利要求书而不是上述说明书限定。 在说明书的等价描述的含义和范围内的所有变化都包 含在本发明的范围中。在本说明书中使用的术语 “优选” 不是排它的, 其含义是 “优选为但 并不限于” 。权利要求书中的术语, 在与说明书所描述的本发明的一般概念一致的情况下, 应按照它们的最宽范围解释。例如, 术语 “连接” 和 “耦合” ( 及其派生词汇 ) 意味着直接和 间接的连接 / 耦合。作为另一个例子, “具有” 和 “包括” 及其派生词和变异词或词组都和 “包含” 具有相同的意思 ( 即, 都是 “开放式” 术语 )- 只有词组 “由…构成” 和 “实质上由… 构成” 应被认为是 “关闭式” 的。不应按照 112 条第 6 款解释权利要求书, 除非词组 “意味 着” 和相关的功能出现在某项权利要求中, 并且该权利要求没有描述充分的结构来执行该功能。

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1、10申请公布号CN102360545A43申请公布日20120222CN102360545ACN102360545A21申请号201110225501622申请日20110808201010584809520101205CNG11B5/3920060171申请人北京德锐磁星科技有限公司地址100085北京市海淀区上地信息路2号创业园D栋803室72发明人张彪白虹74专利代理机构北京鸿元知识产权代理有限公司11327代理人许向彤陈英俊54发明名称磁性生物阵列芯片的寻址方法57摘要本发明公开了一种磁性生物阵列芯片的寻址方法,该方法为磁性生物阵列中至少一行的阵点提供多根字线。该行的阵点连接到这些字线。

2、。在操作过程中,该行中至少两个阵点通过不同的字线被激活。66本国优先权数据51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图3页CN102360562A1/2页21一个磁性生物阵列,包括按照行和列排列的阵点,每个阵点包含至少一个磁场测量单元;阵列中至少有一行阵点连接到第一个和第二个字线,其中第一个字线连接该行中的第一部分阵点,第二个字线连接到该行中第二部分阵点;和该行中连接到第一个和第二个字线的阵点各自连接到相应的位线。2如权利要求1所述的磁性生物阵列,其中,第一部分阵点包含该行中处于奇数位置的阵点,第二部分阵点包含该行中处于偶数位置的阵点。3如权利要求。

3、1所述的磁性生物阵列,其中,第一部分的阵点是该磁性生物阵列的第一个子阵列的一部分,第二部分的阵点是该磁性生物阵列的第二个子阵列的一部分,第一子阵列和第二子阵列在该磁性生物阵列中形成套构。4如权利要求1所述的磁性生物阵列,其中,第一部分的阵点是该磁性生物阵列的第一个子阵列的一部分,第二部分的阵点是该磁性生物阵列的第二个子阵列的一部分,第一子阵列和第二子阵列在该磁性生物阵列中空间分离。5如权利要求1所述的磁性生物阵列,其中,第一部分的阵点是该磁性生物阵列的第一个子阵列的一部分,第二部分的阵点是该磁性生物阵列的第二个子阵列的一部分,第一子阵列中的阵点和第二子阵列中的阵点相互为最近邻。6如权利要求1所。

4、述的磁性生物阵列,其中,第一部分的阵点是该磁性生物阵列的第一个子阵列的一部分,第二部分的阵点是该磁性生物阵列的第二个子阵列的一部分,该磁性生物阵列包含第三子阵列,第一子阵列、第二子阵列和第三子阵列至少其中两个子阵列形成套构。7如权利要求1所述的磁性生物阵列,其中,阵点包含衬底,该衬底包含一个电路;和在衬底上的一个传感器层,该传感器层包含自由层,该自由层的磁化方向可以随目标磁场变化;钉扎层,该钉扎层的磁化方向不随目标磁场变化;反铁磁层用来固定钉扎层的磁化方向;非磁性空间层,该空间层夹在自由层和钉扎层之间;硬磁层,该硬磁层的阻隔温度高于室温;热阻层,该热阻层处于硬磁层的上表面或者下表面;生物薄膜层。

5、覆盖在传感器的上表面;至少两个测量电流电极,自由层、非铁磁空间层、钉扎层被夹在该至少两个电流电极之间;和至少两个热电流电极,该至少两个热电流电极连接到硬磁层和一个电流源对该硬磁层加热。8如权利要求7所述的磁性生物阵列,其中,热阻层在20时的电导率等于或高于378106S/M,热阻层的热导率等于或低于20WM1K1。9如权利要求7所述的磁性生物阵列,其中,非磁性空间层是一个介电层,其厚度等于或小于1纳米,测量电流通过测量电流电极沿自由层、非磁性空间层和钉扎层的垂直方向至少经过自由层、非磁性空间层和钉扎层。权利要求书CN102360545ACN102360562A2/2页310如权利要求7所述的磁。

6、性生物阵列,其中,非磁性空间层是一个导电层,测量电流通过测量电流电极沿平行于自由层、非磁性空间层和钉扎层的方向至少经过自由层、非磁性空间层和钉扎层。11如权利要求1所述的磁性生物阵列,其中,阵点包含衬底,该衬底包含一个电路;和在衬底上的一个传感器层,该传感器层包含自由层,该自由层的磁化方向可以随目标磁场变化;钉扎层,该钉扎层的磁化方向不随目标磁场变化;反铁磁层用来固定钉扎层的磁化方向;非磁性空间层,该空间层夹在自由层和钉扎层之间;热阻层,该热阻层处于自由层的上表面或者下表面;生物薄膜层覆盖在传感器的上表面;至少两个测量电流电极,自由层、非铁磁空间层、钉扎层被夹在该至少两个电流电极之间;和至少两。

7、个热电流电极,该至少两个热电流电极连接到自由层和一个电流源对该自由层加热。12如权利要求11所述的磁性生物阵列,其中,热阻层在20时的电导率等于或高于378106S/M,热阻层在的热导率在005WM1K1到15WM1K1之间。13一个方法,包含提供一个磁性生物阵列,该阵列包含按照行和列排列的阵点,每个阵点包含一个磁性测量单元;和通过多个字线激活该阵列一行中的阵点,该行中至少两个阵点通过不同的字线被激活。14如权利要求13所述的方法,其中通过多个字线激活该阵列一行中的阵点包含将该该行划分成多个子阵列,不同的子阵列包含不同的阵点;和将不同子阵列中的阵点连接到不同的字线,相同子阵列中的阵点连接到相同。

8、的字线。权利要求书CN102360545ACN102360562A1/7页4磁性生物阵列芯片的寻址方法技术领域0001本发明申请一般性地涉及生物芯片,具体说,涉及磁性生物阵列芯片的寻址。背景技术0002磁性生物阵列芯片简称为“磁性生物阵列”或者“阵列“利用纳米磁性颗粒标识生物分子和测量纳米磁性颗粒微磁场的方式探测生物样品入生物分子等。为简单起见,本说明书中磁性生物阵列芯片被简称为”磁性生物阵列“或者“阵列。”磁性生物阵列往往包含多个阵点,这些阵点按照矩阵行和列排列组成一个磁性生物阵列。阵列中的阵点是一个测量单元可以用来对生物分子进行测量。阵点对生物分子的测量基于微磁场测量技术,往往采用灵敏的巨。

9、磁阻结构,比如自旋阀SPINVALVE,SV、磁隧穿MAGNETICTUNNELJUNCTION,MTJ和其他一些磁性多层膜堆叠结构。为说明目的,图1示意性地展示了一个现有技术中的磁性生物阵列。0003参照图1,磁性生物阵列100包含按照矩阵行和列排列的阵点如阵点102。阵点是一个磁性传感器,一般采用巨磁阻结构作为测量核心,其中一个范例示意性地展示在图2中。参考图2,阵点102包含衬底118和衬底118上的传感层120。传感层120包含生物层104、自由层108、空间层110,钉扎层112,反铁磁层116和测量电流电极106和114。自由层108的磁化方向在测量过程中可以根据被测的目标磁场比如。

10、纳米磁性颗粒122的诱导磁场变化。钉扎层112的磁化方向由反铁磁层116固定,因而在测量的过程中,钉扎层112的磁化方向不发生变化。空间层110可以根据不同的磁场测量结构而不同。比如,在如图2所示的CPPCURRENTPERPENDICULARTOPLANE测量结构比如磁隧穿结构MTJ中,空间层110可以是非磁性介电薄膜,其厚度约为1纳米。在其它的测量结构如CIPCURRENTINPLANE结构中如自旋阀SV,空间层110可以是非磁性导电薄膜。测量电流电极106和114分别与自由层108、空间层110和钉扎层112的两端比如沿长轴水平方向的两端相连,使测量电流IS沿平行于薄膜平面的方向如沿长轴。

11、水平方向通过自由层108、空间层110和钉扎层112。0004在一个实际测量中,已知的生物分子生物探针被预先放置在生物薄膜104上并且被生物薄膜104固定。待测的的生物分子被纳米磁性颗粒122所标识。标识后的待测生物分子被移到阵点102上与生物探针进行杂化。杂化过程完成后针点102表面被清洗。如果待测的生物分子与生物探针不匹配,待测的生物分子经过清洗后从阵点102表面清除。如果待测的生物分子与生物探针匹配,它们将发生杂化。杂化后的生物探针和待测生物分子发生作用形成杂化结合体121。杂化结合体121被生物薄膜固定在生物薄膜表面,清洗后仍然留在生物薄膜表面。待测生物分子与生物探针是否发生杂化是通过。

12、测量该阵点上经过清洗后有无纳米颗粒存在以及多少来得到的。结合杂化结果和已知的生物探针信息,待测的生物分子信息可以被推断出来。0005磁性生物阵列如图1所示中的阵点如阵点102是通过字线和位线寻址并操作的。一个范例示意性地展示在图3中。参照图3,为简单地说明原理,排列在阵列中一说明书CN102360545ACN102360562A2/7页5行中的6个阵点被展示出来。实际中的一行可以有任意数目的阵点,。同一行的阵点如阵点102连接到同一根字线126,字线连接到一个字线选择器124。阵列中多个或者全部字线连接到同一个或者多个字线选择器。字线选择器可以通过编码的方式在特定的时间选择特定的某一根字线。这。

13、种通过字线选择器选择特定字线的方式在当前已经有很多相关的技术,这里不再赘述。每个阵点连接到一个位线如位线130。阵列中的位线连接到位线选择器128。位线选择器128负责在特定的时刻选择特定的位线。利用字线和位线的组合,阵列中每一个阵点可以被寻址和独立地操作。0006现有技术中这种采用一根字线连接一行中所有阵点的方式对于生物分子的测量并不是最佳的,这种连接寻址方式会产生来自于近邻阵点的信号耦合,最终给测量结果带来误差。这种误差在某些情况下比如当一个阵点上发生多重杂化从而有多个磁性纳米颗粒同时存在的情况下会变得非常严重,最终直接导致测量失败。这种近邻信号耦合是因为,比如当字线选择器124选择了字线。

14、126的时候,连接到字线126的所有阵点都将被激活。当这种激活包含施加外磁场比如用来磁化纳米颗粒的激发场的时候,所有阵点上的外加磁场都将同时被激活。近邻阵点上的外加磁场将会叠加,从而改变磁场的设计值。这种改变导致最终测量误差。0007本发明提供了一种磁性生物阵列的寻址方式以减少或去除由近邻阵点信号耦合产生的测量误差,从而提高测量精度。发明内容0008在第一个实施例中公开了一个磁性生物阵列,该磁性生物阵列包括按照行和列排列的阵点,每个阵点包含至少一个磁场测量单元;阵列中至少有一行阵点连接到第一个和第二个字线,其中第一个字线连接该行中的第一部分阵点,第二个字线连接到该行中第二部分阵点;和该行中连接。

15、到第一个和第二个字线的阵点各自连接到相应的位线。0009在第二个实施例中公开了一个方法,该方法包含提供一个磁性生物阵列,该阵列包含按照行和列排列的阵点,每个阵点包含一个磁性测量单元;和通过多个字线激活该阵列一行中的阵点,该行中至少两个阵点通过不同的字线被激活。附图说明0010由以下结合附图的详细说明,本发明的各个示范性实施方式能够被更加清楚地理解。0011图1示意性地展示了现有技术中一个磁性生物阵列;0012图2示意性地展示了图1中磁性生物阵列的一个阵点结构;0013图3示意性地展示了图1中磁性生物阵列的寻址方式;0014图4示意性地展示了本发明涉及的磁性生物阵列的寻址方式实例;0015图5示。

16、意性的展示了本发明涉及的磁性生物阵列的一个阵点;0016图6示意性地展示了本发明涉及的另一个磁性生物阵列的寻址方式实例,该寻址方式实例可以被用于包含如图5所示阵点的磁性生物阵列;0017图7示意性地展示了本发明涉及的一个阵点结构;和0018图8示意性地展示了本发明涉及的另一个阵点结构。说明书CN102360545ACN102360562A3/7页6具体实施方式0019下面结合附图详细介绍本发明可用于磁性生物阵列中阵点寻址的几个选定的例子。本领域技术人员会理解以下的介绍是为了说明的目的,不应该理解为对本发明的限制。在本发明范围内的其他变化也包含在本发明中。0020为了消除近邻阵点之间的信号干扰,。

17、本发明采用分时激活的方式。具体来说,将阵列中的阵点划分为多个不同的子阵列,每个子阵列至少包含1个阵点。不同的子阵列包含不同的阵点,同一个阵点只属于一个特定的子阵列。子阵列在空间位置上可以没有重叠,也可以有空间重叠比如形成子阵列的空间套构。例如阵列的一行中,处于奇数位置1,3,5的阵点组成一个子阵列奇数子阵列,而处于偶数位置2,4,6的阵点组成另一个子阵列偶数子阵列。奇数子阵列和偶数子阵列在空间上是套构的。在另外一些实例中,一个子阵列的阵点不一定在阵列中是连续排列的阵点。比如阵列一行中,处于位置1,2,7,8的点阵就可以组成一个子阵列。实际上,阵列中任何阵点的组合都可以形成子阵点。相同激活区域中。

18、的阵点可以同时被激活,而不同激活区域中的阵点可以根据信号干扰的影响来决定它们的激活时序。那些信号交叠严重的不同区域,比如同行或同列中偶数子阵列和奇数子阵列,可以在不同的时间段进行激活和操作以消除或者降低它们之间的信号耦合。那些信号耦合和互相影响较小的不同子阵列可以在同一时间段激活和操作,以减少操作时间和降低系统设计复杂度。一般来说,增加在不同时间段操作的子阵列的数目将会降低信号耦合和信号之间的干扰,提高测量精度;但是另一方面却增加了测量时间,提升了系统设计的复杂度和产品制备的难度。所以在不同时间段操作的子阵列的数目和系统的复杂度以及产品制备难度之间需要平衡,而平衡的基本条件是充分满足实际测量精。

19、度的要求。0021作为本发明的一个实施例,图4示意性的展示了一个寻址的电路的原理图。为简单而不失去本发明的一般性,图4展示了磁性生物阵列中一行里的6个阵点作为说明。值得指出的是,阵列的一行可以包含任意数目的阵点。图4中展示的6个阵点只是为了说明原理,不应该理解为对本发明的一种限制。0022如图4所示,阵列中一行的阵点分成偶数子阵列和奇数子阵列。该行的阵点被分配了两根字线字线134和字线136。这两根字线134和136连接到字线选择器132。两根字线134和136分别连接偶数子阵列中的阵点和奇数子阵列中的阵点。具体来说,每根字线连接到CMOSCOMPLIMENTARYMETALOXIDESILI。

20、CON晶体管的门极GATE,而阵点的功能结构比如阵点中的用于产生激发磁场的激发电流连接到该晶体管的源极SOURCE。该晶体管的栅极DRAIN连接到相应的位线,比如位线138。位线汇集到位线选择器140。0023由于偶数子阵列和奇数子阵列中的阵点连接到不同的字线比如134和136,偶数子阵列和奇数子阵列中的阵点的激活和操作通过不同的字线完成。合适的选择激活时序,偶数子阵列和奇数子阵列可以在不同的时间段被激活和操作,形成偶数子阵列和奇数子阵列在时间上的分割。比如,在一个时间段测量周期激活字线134从而激活连接在字线134上的偶数子阵列中的阵点。在字线134激活的过程中,字线136处于非激活状态DE。

21、ACTIVATE。当偶数子阵列中的阵点完成一个测量周期之后,字线134被转换到非激活状态。字线134处于稳定的非激活状态之后的某个时刻,字线136可以被激活,从而激活奇数子阵列中的阵点。被激活的奇数字阵列中的阵点可以进行测量。测量完成后,字线136说明书CN102360545ACN102360562A4/7页7被转换到非激活状态,奇数字阵列中的阵点从而处于非激活状态。这种时间域的分割消除了最近邻阵点相邻的奇数和偶数位上的阵点间的信号耦合和干扰,从而提升了测量精度。0024图4所示的字阵列空间套构和多字线连接在原理上可以应用到其它形式的字阵列结构和字阵列的空间套构形式。比如如图4所示的偶数子阵列。

22、和奇数子阵列形式的字阵列套构可以消除最近邻阵点间的信号耦合,次近邻阵点间的信号耦合也可以通过子阵列套构和多字线形式消除。具体来说,阵列中一行可以分为三个子阵列。子阵列1包含位置为3I2,I1,N的阵点,其中3N为该行中阵点的总数目;子阵列2包含位置为3I1,I1,N的阵点,子阵列3包含位置为3I,I1,N的阵点。子阵列1,2和3分别连接到三个独立的字线。在对该行阵点的操作中,操作周期包含三个非并行的子周期比如连续的。每个子阵列对应于一个子周期。当一个子阵列在一个子周期中操作的时候,其它子阵列处于非激活状态。值得指出的是,三个子阵列的操作可以以任何顺序进行。比如,三个子阵列可以按照3,1,2的顺。

23、序或其它顺序进行操作。0025在实际应用中,磁性生物阵列往往使用多个磁场测量单元对单个目标磁场进行测量仪提高精度。具体的说,阵列中的一个阵点可以包含参考单元和信号单元。参考单元和信号单元都可以对磁场进行测量。所不同的是,在一个特定的测量时间,信号单元测量目标磁场,而参考单元为信号单元的测量提供参考信号以校准信号单元的测量。一个普遍使用的实例是,参考单元和信号单元连接在一个惠斯通电桥WHEATSTONEBRIDGE。参考单元可以被覆盖软磁薄膜来磁屏蔽参考单元,而信号单元暴露在目标磁场中直接测量目标磁场。参考单元在一些实例中也可以和信号单元一样暴露在目标磁场中。在这些实例中,参考单元和信号单元的具。

24、体功能由电路的时序决定和控制。比如,在一个特定时刻,信号单元测量目标磁场而参考单元测量环境中的附加磁场如激发磁场。在另一个特定时刻,信号单元测量附加磁场而参考单元测量目标磁场。目标磁场的测量值根据两次测量结果决定。不管参考单元和信号单元如何在单个阵点上具体实施,一个阵点可以包含参考单元和信号单元测量目标磁场以提高精度。作为一个实例,图5示意性地展示了一个阵点。0026参考图5,该阵点包含放置在衬底152上的参考单元148和信号单元150。衬底152中包含控制电路以及数据控制数据和测量数据等传输电路。参考单元148上覆盖生物绝缘薄膜144,该生物绝缘薄膜144不能固定生物分子,换句话说,在该生物。

25、绝缘薄膜144上的生物分子可以通过清洗被去除或者无法在该生物绝缘薄膜上驻留。信号单元150上覆盖生物薄膜146,该生物薄膜可以固定生物分子。该阵点还包含一个激发磁场单元用来产生继发磁场HEXT,这种激发磁场单元可以有多种选择实现,比如一段导线比如在衬底表面的一段平直的导线,或者两段平直且相互平行的导线组或者垂直放置的线圈等。参考单元148和信号单元150的操作时序电路被包含在衬底电路中。0027当一个阵列包含的阵点中同时具有参考单元和信号单元的时候如图5所示,一种简单的电路寻址和控制方法凯已采用如图6所示的电路。当然,也可以采用更复杂的寻址和控制电路。参照图6,最近邻的阵点连接到不同的字线,比。

26、如阵点141连接到字线136,而阵点142连接到字线134。同一阵点中的参考单元和信号单元连接到不同的位线,比如阵点142中的参考单元148连接到位线162,而信号单元150连接到位线164。字线和位线分别汇集到字线选择器132和位线选择器140。说明书CN102360545ACN102360562A5/7页80028以上所描述的寻址方式可以被应用到多种磁性生物阵列中。作为一个实例,图7示意性地展示了磁性生物阵列的一个阵点,该阵点基于磁性隧穿效应MAGNETICTUNNELJUNCTION。参考图7,该阵点包含衬底184和在衬底184上的传感层123。传感层123包含自由层174,空间层176。

27、,钉扎层178,反铁磁层182,生物薄膜146以及隧穿电流电极172和180。0029自由层174是一个磁性层,其磁化方向在磁场测量的过程中可以随目标磁场变化。空间层176是一个介电层,其厚度大约为1纳米。钉扎层178是一个磁性层,其磁化方向由反铁磁层182固定,因此在测量过程中恒定。在本例中,隧穿电流电极172和180按照CPPCURRENTPERPENDICULARTOTHEPLANE的方式放置,也就是说,隧穿电流电极172和180的放置使得隧穿电流IS沿垂直于薄膜平面沿垂直于自由层174、空间层176和钉扎层178平面的方向的方向贯穿至少自由层174、空间层176和钉扎层178。隧穿电流。

28、电极172和180也可以按照CIPCURRENTINPLANES的方式放置,即隧穿电流电极172和180的放置使得隧穿电流IS沿平行于自由层174、空间层176和钉扎层178平面的方向流过至少自由层174、空间层176和钉扎层178。在CIP的方式下,空间层176是一个非磁性导电层。这种结构被称为自旋阀结构SPINVALVE。0030在CIP和CPP或者其它结构下,该阵点可以并非一定要求包含硬磁层168。硬磁层168的阻隔温度BLOCKINGTEMPERATURE等于或大于该阵点的正常工作温度比如室温。在一些实例中,硬磁层168具有等于或者高于200,比如250或300的阻隔温度。一般情况下,。

29、硬磁层168的阻隔温度在150到350之间。硬磁层168连接到一个加热电流源,该加热电流源为硬磁层168在操作过程中提供加热电流IH。该加热电流可以沿硬磁层168平面的方向流过硬磁层,也可以沿硬磁层168平面的法线方向流过硬磁层168。0031作为一个选择,当该阵点包含硬磁层168的时候,该阵点也可以包含热阻层170,该热阻层170可以放置在硬磁层168的上表面和/或者下表面。热阻层具有较低的热导率比如等于或小于20WM1K1和较高的电导率比如在温度为20时的电导率为378106S/M或者更高。热阻层170一方面可以起到热绝缘的作用,使得硬磁层168在加热的过程中不至于影响其它功能薄膜层。另一。

30、方面,热阻层170可以使得用较小的加热电流IH使硬磁层168达到预定的温度。比如,如果不用热阻层170,使硬磁层168达到预定的温度高于室温需要加热电流IH1,而使用热阻层170后,硬磁层168达到相同的预定温度高于室温需要加热电流IH2,而IH2IH1。0032作为另一个实例,图8示意性地展示了磁性生物阵列的一个阵点,该阵点基于磁性隧穿效应MAGNETICTUNNELJUNCTION。参考图8,该阵点包含衬底184和在衬底184上的传感层125。传感层125包含生物薄膜146,自由层188,空间层190,钉扎层178,反铁磁层182以及隧穿电流电极172和180。0033与图7中所示的自由层。

31、174不同,图8中的自由层188具有和图7中硬磁层168类似的磁性特点。图8中的自由层188具有高于阵点正常工作温度比如室温的阻隔温度。该自由层188的阻隔温度等于或者高于200,比如250或300的阻隔温度。一般情况下,自由层188的阻隔温度在150到350之间。自由层188连接到一个加热电流源,该加热电流源为自由层188在操作过程中提供加热电流IH。该加热电流可以沿自由层188平面的方向流过自由层,也可以沿自由层188平面的法线方向流过自由层188。说明书CN102360545ACN102360562A6/7页90034空间层190是一个介电层,其厚度大约为1纳米。钉扎层178是一个磁性层。

32、,其磁化方向由反铁磁层182固定,因此在测量过程中恒定。在本例中,隧穿电流电极172和180按照CPPCURRENTPERPENDICULARTOTHEPLANE的方式放置,也就是说,隧穿电流电极172和180的放置使得隧穿电流IS沿垂直于薄膜平面沿垂直于自由层188、空间层190和钉扎层178平面的方向的方向贯穿至少自由层188、空间层190和钉扎层178。隧穿电流电极172和180也可以按照CIPCURRENTINPLANES的方式放置,即隧穿电流电极172和180的放置使得隧穿电流IS沿平行于自由层188、空间层190和钉扎层178平面的方向流过至少自由层188、空间层190和钉扎层17。

33、8。在CIP的方式下,空间层190是一个非磁性导电层。0035在CIP和CPP或者其它结构下,该阵点可以并非一定要求包含热阻层170,该热阻层170可以放置在自由层188的上表面和/或者下表面。热阻层170具有较低的热导率比如等于或小于20WM1K1和较高的电导率比如在温度为20时的电导率为378106S/M或者更高。热阻层170一方面可以起到热绝缘的作用,使得自由层188在加热的过程中不至于影响其它功能薄膜层。另一方面,热阻层170可以使得用较小的加热电流IH使自由层188达到预定的温度。比如,如果不用热阻层170,使自由层188达到预定的温度高于室温需要加热电流IH1,而使用热阻层170后。

34、,自由层188达到相同的预定温度高于室温需要加热电流IH2,而IH2IH1。0036本领域技术人员能够理解,以上的讨论的目的是为了介绍,上面所举的例子是许多可能的例子中的一部份,其他的变型也是可行的。0037本说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等,其含义是,结合该实施例描述的具体特性、结构或特征包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书各处出现的这种短语不一定是指同一个实施例。另外,当结合任何实施例描述具体特性、结构或特征时,这意味着本领域技术人员能够该特性、结构或特征应用于其他的实施例中。而且,为了易于理解,一些方法步骤被描述为独立的步骤;但是,这些独立描述的步骤不应被。

35、认为必须按照一定的顺序执行。也就是说,一些步骤同时也可以按照另外的顺序执行。此外,示例性的示图显示了根据本发明实施例的各种方法。这里的这种示例性方法实施例是利用相应的装置实施例来描述的,并可以应用于这些相应的装置实施例。但是,这些方法实施例不是为了限制本发明。0038的虽然这里展示和说明了本发明的几个实施例,但本领域技术人员能理解,可以对这些实施例进行改变而不脱离本发明的原则和精神。因此,以上的各实施例从任何意义上讲都应被认为是说明性的而不是对这里所描述的本发明的限制。本发明的范围由所附的权利要求书而不是上述说明书限定。在说明书的等价描述的含义和范围内的所有变化都包含在本发明的范围中。在本说明。

36、书中使用的术语“优选”不是排它的,其含义是“优选为但并不限于”。权利要求书中的术语,在与说明书所描述的本发明的一般概念一致的情况下,应按照它们的最宽范围解释。例如,术语“连接”和“耦合”及其派生词汇意味着直接和间接的连接/耦合。作为另一个例子,“具有”和“包括”及其派生词和变异词或词组都和“包含”具有相同的意思即,都是“开放式”术语只有词组“由构成”和“实质上由构成”应被认为是“关闭式”的。不应按照112条第6款解释权利要求书,除非词组“意味着”和相关的功能出现在某项权利要求中,并且该权利要求没有描述充分的结构来执行该说明书CN102360545ACN102360562A7/7页10功能。说明书CN102360545ACN102360562A1/3页11图1现有技术图2现有技术图3现有技术说明书附图CN102360545ACN102360562A2/3页12图4图5图6说明书附图CN102360545ACN102360562A3/3页13图7图8说明书附图CN102360545A。

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