專利名稱：用在電子商品防盜系統(tǒng)中的金屬氧化物半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及商品詢問系統(tǒng)，更具體地說，涉及用于在無需將標簽與去激活裝置物理接觸的情況下在超高頻(“UHF”)詢問系統(tǒng)中使標簽去激活的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在超高頻(“UHF”)電子商品防盜(“EAS”)詢問系統(tǒng)中使用混合標志或混合標簽，并且混合標志或混合標簽基于混頻原理。通常，混合標簽包括附著于偶極天線的二極管。在例如915MHz這樣的特定微波頻率(f*)下調(diào)諧標簽?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)天線的偶極長度和二極管的結(jié)電容來從幾百兆赫到幾千兆赫選擇頻率范圍。工作微波頻率越低，需要的偶極長度越長，并且電容越大。然而，當(dāng)必須使具有二極管的標簽去激活時對去激活裝置存在固有限制。例如，美國專利第4，318，090號和第4，574，274號提供了 UHF混合標簽，其使用二極管非線性元件和用于僅與有限范圍直接接觸或非直接接觸的裝置。二極管的擊穿特性要求通過二極管驅(qū)動大量電流，以便實現(xiàn)去激活，從而導(dǎo)致與標簽的直接接觸以將足夠的電能供給二極管而使其毀壞，從而使標簽去激活。由于限制為“接觸”去激活的這種類型不總是可能的或者在經(jīng)濟上不總是可行的，因此，這導(dǎo)致去激活系統(tǒng)不實用。因此，這種類型的標簽設(shè)計在標簽的去激活相隔一定距離發(fā)生的情況下(即，在去激活裝置沒有與標簽接觸的情況下)是無效的?，F(xiàn)有技術(shù)的其他去激活系統(tǒng)(諸如，美國專利第5，608，379號中所公開的系統(tǒng))已嘗試通過將開關(guān)和其他硬件器件添加到去激活系統(tǒng)中來避免這種問題。這經(jīng)證明是昂貴且麻煩的，并且導(dǎo)致對于相當(dāng)大的磁場源而言去激活距離較小。所嘗試的上述解決方案均不能解決如何在無需去激活裝置與EAS標簽直接接觸并且無需向EAS標簽提供額外的去激活元件情況下在相當(dāng)大的距離處有效地去激活EAS標簽的問題。具有可預(yù)測的非線性性能的二極管的固有特性使利用這些類型的EAS標簽的 EAS去激活系統(tǒng)在其相隔一定距離使標簽去激活時變得無效。因此，需要一種新的EAS標簽，其使用展現(xiàn)非常低電平擊穿特性的非線性元件，使得在相當(dāng)大的距離處實現(xiàn)可信賴的去激活。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有利地提供了一種用于通過將非線性MOS器件(諸如，MOS電容器)結(jié)合在標簽中來利于在UHF詢問系統(tǒng)中使標簽去激活的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。在本發(fā)明的一方面， 提供了一種電子商品防盜(“EAS”)標簽，其中，該標簽包括天線電路以及電耦接至天線電路的非線性部件。非線性部件對于小于擊穿電壓閾值的電壓表現(xiàn)出非線性電容，并且對于大于擊穿電壓閾值的電壓表現(xiàn)出線性電容。在另一方面，提供了一種電子商品防盜(“EAS”)標簽去激活系統(tǒng)，并且該電子商品防盜(“EAS”)標簽去激活系統(tǒng)包括EAS標簽，其中，該標簽包括天線電路以及電耦接至天線電路的非線性部件。非線性部件對于小于擊穿電壓閾值的電壓表現(xiàn)出非線性電容，并且對于大于擊穿電壓閾值的電壓表現(xiàn)出線性電容。該系統(tǒng)還包括適于使EAS標簽去激活而不與該EAS標簽接觸的去激活裝置。在本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于使電子商品防盜(“EAS”)標簽去激活的方法。該方法包括提供具有天線電路和電耦接至天線電路的非線性部件的EAS標簽，其中，非線性部件對于小于擊穿電壓閾值的電壓表現(xiàn)出非線性電容，并且對于大于擊穿電壓閾值的電源表現(xiàn)出線性電容。該方法還包括感應(yīng)非線性部件上的電壓以擊穿非線性部件，其中，所感應(yīng)的電壓大于擊穿閾值。將在以下描述中部分地闡述本發(fā)明的其他方面，并且本發(fā)明的其他方向?qū)⒉糠值貜拿枋鲋酗@而易見，或者可以通過實踐本發(fā)明來了解。將通過在所附權(quán)利要求書中具體指出的元件和組合實現(xiàn)并獲得本發(fā)明的各方面。應(yīng)該理解，上述概括描述和以下詳細描述都只是示例性和說明性的，并且不限制如權(quán)利要求書所要求的本發(fā)明。附圖簡述當(dāng)結(jié)合考慮附圖時，通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點和特征，其中

圖1是示出利用二極管和偶極天線的現(xiàn)有技術(shù)的標簽設(shè)計的UHF混合標簽的布局；圖2是結(jié)合本發(fā)明的原理的UHF混合EAS系統(tǒng)的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的原理所構(gòu)造的利用非線性MOS元件和偶極天線的EAS標簽設(shè)計的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的原理所構(gòu)造并與EAS標簽一起使用的非線性MOS電容器的側(cè)視圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的原理所構(gòu)造的ρ型MOS電容器的非線性電容特性的曲線圖；和圖6是用于提高根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的EAS標簽的去激活特性的電路圖。發(fā)明詳述在詳細描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例之前，應(yīng)當(dāng)注意，實施例主要屬于涉及實現(xiàn)如下系統(tǒng)、裝置和方法的設(shè)備部件和處理步驟，所述系統(tǒng)、裝置和方法用于通過將適合于利用低電壓擊穿的非線性MOS器件包括在EAS標簽內(nèi)來利于在毗鄰的去激活環(huán)境下使EAS 標簽去激活。相應(yīng)地，在附圖中已經(jīng)通過常規(guī)符號恰當(dāng)表示了系統(tǒng)和方法的要件，僅示出對理解本發(fā)明實施例有關(guān)的那些具體細節(jié)，以便不會以對于閱讀本文說明書的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說將容易明了的細節(jié)來模糊本發(fā)明。本文使用的相關(guān)術(shù)語，比如“第一”和“第二”、“頂部”和“底部”等，可以僅用于將一個實體或元件與另一實體或元件區(qū)分開，而不是必定要求或暗示這些實體或元件之間的任何物理或邏輯關(guān)系或者次序。圖1示出通常在電子商品防盜(“EAS”)系統(tǒng)中所使用的現(xiàn)有技術(shù)的混合標記2 或混合標簽的設(shè)計。由于毀壞通常被設(shè)計成堅固的并且調(diào)整并控制電壓的二極管所需的能量，這種類型的混合標記在標簽去激活系統(tǒng)中存在固有缺陷。在這方面，與二極管相比，MOS 電容器的本征電容的非線性和相對低的電壓擊穿特性更加理想。在圖1中，二極管4在天線6的兩個部分之間。在標簽的去激活相隔一定距離發(fā)生的情況下，即，在去激活裝置沒有與標簽接觸的情況下，這種類型的標簽設(shè)計是無效的?，F(xiàn)在參考附圖(其中相似參考標號指代相似元件)，在圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的原理所構(gòu)造的并且一體表示為“10”的EAS詢問系統(tǒng)。圖2示出了與本發(fā)明結(jié)合使用的超高頻(“UHF”)EAS系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，除了 UHF載波電磁場外，還需要低頻(flf)場(諸如，電場或磁場)。低頻(“LF”)E場發(fā)生器12將低頻能量提供給混合標簽14。使用UHF 電磁信號以及LF調(diào)制信號來為混合標簽14提供場源12。標簽14包括非線性元件(在下文中將更詳細討論)和偶極天線。由于標簽的二極管結(jié)電容隨著電壓而變化，因此，標簽14 一旦在UHF和低LF能量這兩者的照射下將產(chǎn)生互調(diào)成分(f-ifj。接收并處理這樣的互調(diào)成分，以確定是否存在EAS器件。圖3示出本發(fā)明的混合標簽14的布局設(shè)計。本發(fā)明提供了在無需EAS標簽去激活器與標簽14接觸的情況下使EAS標簽14去激活的能力。如在圖3中可以看出，標簽14 包括具有固有的低擊穿電壓的非線性元件(諸如，金屬氧化物半導(dǎo)體(“M0S”)器件16)以及偶極天線18。在一個實施例中，MOS器件16位于偶極天線18的各側(cè)之間，并且與該偶極天線電接觸。MOS器件16的低閾值擊穿電壓允許更容易地進行包括遠程去激活的去激活并且沒有將額外的去激活元件添加到EAS標簽14。另外，與傳統(tǒng)的二極管相比，這種MOS器件 16的固有非線性可以更高，從而提供改善的檢測性能。將天線18近似地調(diào)諧至UHF電磁信號(例如，915MHz)。例如，LF調(diào)制頻率可以是lllKHz。LF電場對MOS器件16的非線性電容進行調(diào)制，并且以f\±NXf2為頻率周期的 UHF信號為中心產(chǎn)生一系列混合信號，其中，f1是UHF信號頻率，調(diào)制信號頻率，以及N是邊帶數(shù)?；旌闲盘栯娖绞荱HF共振場、LF調(diào)制場、混合標簽天線18和MOS器件16的非線性特性的函數(shù)。影響該混合信號的MOS器件16特征如下所述。檢測系統(tǒng)包括UHF和調(diào)制天線以及提供場源的電子器件與檢測電路。因此，用使用MOS器件16的本發(fā)明的EAS標簽替代諸如在現(xiàn)有技術(shù)中的具有非線性二極管元件的EAS標簽。圖4示出了混合EAS標簽14的部件。圖4中所示的設(shè)計是一個實施例，并且改進該設(shè)計在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該改進的步驟使其適合現(xiàn)有制造技術(shù)并與現(xiàn)有制造技術(shù)兼容。標簽14包括頂部電極層20、底部電極層22、半導(dǎo)體區(qū)域24和絕緣層 26。由于該結(jié)構(gòu)內(nèi)存在絕緣層26，導(dǎo)致該器件的作用就像電容器一樣。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的器件14的C_V(電容與電壓)特性。隨著端電壓(在這種情況下，還稱為柵極電壓Ve)增大，產(chǎn)生了另外的空間電荷區(qū)域。這相當(dāng)于與基本本征電容(Ci)串聯(lián)連接的第二電容。該器件的最大結(jié)電容是Ci,其呈現(xiàn)出電極之間具有薄絕緣體26的電容器的值，并且可以表示如下，其中，ε、A、d表示絕緣體的介電常數(shù)、
電容器的面積和厚度，其中，C = S^。利用ρ型半導(dǎo)體，隨著柵極電極從負電壓增大至正電
α
壓，從絕緣器/半導(dǎo)體界面推開空穴，從而留下大量不能移動的負離子。這有效地增大了間隙，并因此減小了總的凈電容。電容最終達到最小值。另外，增大電壓不會增大耗盡區(qū)的尺寸。柵極電壓的進一步增大會產(chǎn)生反轉(zhuǎn)，其中，大量電子會被吸引至界面，結(jié)果，有效電容將回復(fù)至Ci值。然而，這僅在低頻(< 100Hz)區(qū)發(fā)生。在常規(guī)的高頻條件下，將測量出凈電容為Cmin，如圖5所示，這是因為電荷不能快速地對AC場(其與反轉(zhuǎn)層中的少數(shù)載流子的發(fā)生-復(fù)合比率有關(guān))作出響應(yīng)。
MOS器件16的CV特性取決于半導(dǎo)體的摻雜濃度、絕緣體26的厚度、以及用于電極20和22的材料的類型?？梢愿淖儽景l(fā)明的設(shè)計，以使非線性程度可以超過二極管(如在現(xiàn)有技術(shù)中所使用的)的非線性程度，從而進一步增強UHF EAS系統(tǒng)特性。另外，可以以超過使用二極管的那些EAS器件的距去激活器的一定距離處使MOS器件16去激活。當(dāng)使用一次性EAS標簽14時，該布置是有利的。與二極管相反，可能通過在電極上施加足夠高的電壓(Ve)來毀壞MOS器件16。結(jié)果，可以有效地消除和/或改變EAS功能，從而導(dǎo)致停止產(chǎn)生混合信號，即，去激活發(fā)生。利用MOS器件16的較低擊穿電壓，可以在不用將其他特征添加到EAS混合標簽14的非線性元件(S卩，MOS器件16)中的情況下產(chǎn)生去激活距離。為了利于便利地去激活，可以進一步使EAS標簽14的MOS器件16的擊穿電壓最小。這可以通過例如減小絕緣/介電層26的厚度來實現(xiàn)。利用更薄的層，可以產(chǎn)生高E場， 以引起擊穿?？蛇x地，可以選擇具有較低擊穿電壓的不同種類的絕緣體。在又一個實施例中，可以在沉積介電層期間包括雜質(zhì)或缺陷中心，以激勵擊穿。因此，MOS器件16具有確定混合標簽14的去激活特性的內(nèi)置擊穿電壓特性。去激活器裝置在所確定的工作頻率下提供了在規(guī)定限制內(nèi)的E場源。E場耦合至混合標簽14， 以提供MOS器件16的薄氧化物層必需的擊穿。在該擊穿閾值以下，MOS器件16作為非線性電容器工作。然而，在實現(xiàn)擊穿后，MOS器件16作為具有稍微低的電容值的線性電容器工作。不存在非線性特性使得在EAS混合系統(tǒng)中不能檢測混合標簽14。圖6示出本發(fā)明的可供選擇的實施例。在該實施例中，添加升壓電路，以放大MOS 器件16上的去激活場感應(yīng)的電壓，以便增強去激活性能。在這種情況下，可以連同MOS器件 16 一起增加某些電子部件。如前所述，將諸如偶極天線或環(huán)形天線的天線附著于點A和點 B，以與非線性MOS電容器器件16連接。在圖6的示例性實施例中，Cockroft Walton倍壓器用于將DC電壓升到Vin峰值電壓的幾倍。應(yīng)該注意，還可以使用用于增大MOS裝置16上的電壓的其他類型的升壓電路。在該實例中，電容器28(C1-C6)和二極管30(D1-D6)的梯形網(wǎng)絡(luò)用于放大MOS器件16上的電壓。然后，通過MOSFET開關(guān)32將最后一級的電壓輸出反饋至MOS器件16。隨著電壓增大至預(yù)定量，接通MOSFET開關(guān)32，并且可利用高電壓來毀壞MOS器件16?？梢园ㄆ渌娐?，以通過升高MOS器件16上的電壓來改進去激活性能。因此，天線18電連接至點A和點B，并且MOS器件16可以包括圖6中所描繪的電路，其通過在將足夠的去激活E場施加至天線18時升高所施加的電壓來增強去激活性能。 在正常檢測模式下，由于無源二極管和晶體管器件處于激活升壓電路所需的接通的要求范圍下，因此升壓電路作為開路出現(xiàn)。本發(fā)明有利地提供并限定了一種裝置、系統(tǒng)和方法，其用于通過將適合于利用低電壓擊穿的非線性MOS器件包括在EAS標簽內(nèi)來利于在毗鄰去激活環(huán)境下使EAS標簽去激活。另外，除非以上做了相反陳述，應(yīng)當(dāng)注意所有附圖沒有按照比例繪制。明顯地，在不脫離本發(fā)明精神或本質(zhì)屬性的情況下可以以其它特定形式來實現(xiàn)本發(fā)明，并且相應(yīng)地， 必須參照所附權(quán)利要求而非前述說明書來指示本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電子商品防盜(“EAS”)標簽，包括天線電路；以及非線性部件，其電耦接至所述天線電路，所述非線性部件對于小于擊穿電壓閾值的電壓表現(xiàn)出非線性電容，并且對于大于所述擊穿電壓閾值的電壓表現(xiàn)出線性電容。
2.如權(quán)利要求1所述的電子商品防盜(“EAS”)標簽，其中，所述非線性部件是金屬氧化物半導(dǎo)體(“M0S”)器件。
3.如權(quán)利要求1所述的電子商品防盜(“EAS”)標簽，其中，所述天線電路包括偶極天線。
4.如權(quán)利要求1所述的電子商品防盜(“EAS”)標簽，其中，所述天線電路包括第一部分和第二部分，并且所述非線性部件位于所述天線電路的所述第一部分與所述天線電路的所述第二部分之間。
5.如權(quán)利要求2所述的電子商品防盜(“EAS”)標簽，其中，向所述MOS器件施加預(yù)定電壓導(dǎo)致所述MOS器件被毀壞，從而使得通過EAS詢問系統(tǒng)不能檢測所述EAS標簽。
6.如權(quán)利要求5所述的電子商品防盜(“EAS”)標簽，其中，所述MOS器件包括絕緣層， 其中，向所述MOS器件施加所述預(yù)定電壓導(dǎo)致所述絕緣層被擊穿。
7.如權(quán)利要求5所述的電子商品防盜(“EAS”)標簽，還包括電耦接至所述MOS器件的升壓電路，所述升壓電路增大施加至所述MOS器件的電壓。
8.如權(quán)利要求7所述的電子商品防盜(“EAS”)標簽，其中，所述升壓電路包括以預(yù)定電壓激活的開關(guān)，從而使得所述MOS器件能夠利用增大后的電壓。
9.如權(quán)利要求1所述的電子商品防盜(“EAS”)標簽，其中，所述EAS標簽是通過結(jié)合高頻信號與低頻信號來調(diào)制的混合標簽。
10.一種電子商品防盜(“EAS”)標簽去激活系統(tǒng)，包括EAS標簽，所述EAS標簽包括天線電路；以及非線性部件，其電耦接至所述天線電路，所述非線性部件對于小于擊穿電壓閾值的電壓表現(xiàn)出非線性電容，并且對于大于所述擊穿電壓閾值的電壓表現(xiàn)出線性電容；以及去激活器件，其適于使所述EAS標簽去激活而不與所述EAS標簽接觸。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述非線性部件是金屬氧化物半導(dǎo)體(“M0S”) 器件。
12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述天線電路包括偶極天線。
13.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述天線電路包括第一部分和第二部分，并且所述非線性部件位于所述天線電路的所述第一部分與所述天線電路的所述第二部分之間。
14.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述去激活器件在所述MOS器件上施加預(yù)定電壓，從而導(dǎo)致所述MOS器件被毀壞，由此使得通過EAS詢問系統(tǒng)不能檢測所述EAS標簽。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述MOS器件包括絕緣層，其中，向所述MOS器件施加所述預(yù)定電壓導(dǎo)致所述絕緣層被擊穿。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括電耦接至所述MOS器件的升壓電路，所述升壓電路增大施加至所述MOS器件的電壓。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述升壓電路包括以預(yù)定電壓激活的開關(guān)，從而使得所述MOS器件能夠利用增大后的電壓。
18.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述EAS標簽是通過結(jié)合高頻信號與低頻信號來調(diào)制的混合標簽。
19.一種用于使電子商品防盜(“EAS”)標簽去激活的方法，所述方法包括提供具有天線電路和電耦接至所述天線電路的非線性部件的EAS標簽，所述非線性標簽對于小于擊穿電壓閾值的電壓表現(xiàn)出非線性電容，并且對于大于所述擊穿電壓閾值的電壓表現(xiàn)出線性電容；以及感應(yīng)所述非線性部件上的電壓以擊穿所述非線性部件，其中，所感應(yīng)的電壓大于所述擊穿閾值。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述非線性部件是金屬氧化物半導(dǎo)體(“M0S”) 器件。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于在無需將電子商品防盜(“EAS”)標簽與去激活裝置物理接觸的情況下使標簽去激活的電子商品防盜(“EAS”)標簽、方法和系統(tǒng)。EAS標簽用具有給定擊穿電壓閾值的諸如金屬氧化物半導(dǎo)體(“MOS”)電容器的非線性器件替代傳統(tǒng)二極管。感應(yīng)MOS電容器上的預(yù)定電壓導(dǎo)致MOS電容器被毀壞，從而使得在EAS詢問系統(tǒng)中不能檢測EAS標簽。
文檔編號G08B13/24GK102246214SQ200980149483
公開日2011年11月16日 申請日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日
發(fā)明者R·L·科普蘭, 連明仁 申請人:傳感電子有限責(zé)任公司