太赫兹生物特征成像封装的制作方法

1.本发明涉及太赫兹生物特征成像封装、电子装置以及用于制造太赫兹生物特征成像封装的图像传感器的方法。


背景技术：

2.生物特征系统被广泛地用作用于增加个人电子装置(例如，移动电话等)的便利性和安全性的装置。特别是，指纹感测系统现在被包括在大部分全新发行的消费电子装置(例如，移动电话)中。
3.光学指纹传感器已经被知晓一段时间，并且在某些应用中可以是例如电容式指纹传感器的可行替选。例如，光学指纹传感器可以基于针孔成像原理和/或可以采用微通道，即准直器或微透镜，以将入射光聚焦到图像传感器上。电容式指纹传感器依赖于手指的指纹特征与传感器的电容板之间的电容耦合。
4.通常，希望以制造高效且成本高效的方式将指纹感测系统集成在电子装置或其他装置中。
5.尽管光学指纹传感器和电容传感器两者都提供了有前景的集成解决方案，但是关于指纹感测系统集成仍然存在改进的空间。


技术实现要素：

6.鉴于现有技术的上述和其他缺点，本发明的目的是提供一种基于太赫兹成像技术的生物特征传感器，其被提供为与现有技术指纹感测系统相比具有改进的集成可能性的封装。
7.根据本发明的第一方面，提供了一种太赫兹生物特征成像封装，该太赫兹生物特征成像封装包括图像传感器，该图像传感器包括天线像素阵列，该天线像素阵列被布置成检测从被照明的对象发射的太赫兹辐射以用于捕获图像。每个天线像素包括功率检测器，该功率检测器包括用于接收太赫兹辐射的天线结构，其中，该功率检测器被配置成将检测到的太赫兹辐射转换成频率比太赫兹辐射的频率低的感测信号。
8.此外，太赫兹生物特征成像封装包括封装顶盖，该封装顶盖被布置成覆盖天线像素阵列，其中，该图像传感器被配置成捕获位于封装顶盖的相对侧上的对象的太赫兹图像。
9.此外，封装包括封装底部，该封装底部被布置在天线像素阵列的与封装顶盖相对的另一侧上，其中，天线像素阵列被封装在该封装顶盖与该封装底部之间。
10.本发明至少部分基于实现太赫兹图像传感器可以提供紧凑的整体成像封装，其提供了在大量应用中的集成。与其他感测技术相比，太赫兹传感器在封装部件材料和设计两个方面以及在总封装的尺寸方面在传感器配置中提供了新的可能性。例如，如下所述，该封装底部或该封装顶盖本身可以用作图像传感器像素的衬底。
11.本发明还至少部分基于以下的认识，即在毫米和亚毫米波长，例如在“太赫兹间隙”中的频率下进行成像提供了增加检测指纹的最外组织层之下的结构的能力。换句话说，
可以检测指纹的亚真皮层。已经认识到，太赫兹间隙中的波长足够长到使用例如rf电路设计被检测到，但是也足够低以在它到达在一些实施方式中实现的光束成形光学器件时被认为是光。此外，光子能量足够低，使得光子不被大多数材料吸收，即辐射可以穿透皮肤例如高达0.2mm，从而增加了检测到指纹仿冒的概率。
12.此外，通过要求保护的本发明，可以在不需要皮肤与图像传感器之间的直接接触的情况下检测指纹，并且这种能力通过辐射的穿透而被改进，从而提供了比例如在光的可见范围中操作的光学传感器或需要与传感器表面物理接触的电容传感器更多的集成可能性。
13.太赫兹在本文中优选地意在包括低于红外光频率且高于微波频率的辐射频率范围，例如，太赫兹的范围在本文中可以是约100ghz至约10thz。
14.通过提供天线像素作为功率检测器，获得了允许简单读出的紧凑天线像素，因为已经在芯片上适于针对模数转换器(adc)接收信号输出而不需要附加的ac至dc转换电路。因此，天线像素包括用于收集太赫兹辐射的天线本身和用于将检测到的太赫兹信号转换成可由例如adc检测的信号的频率转换元件两者。因此，发明人实现了用于太赫兹范围中的图像捕获的这样的紧凑功率检测器的阵列，用于空间通常受限的应用。
15.功率检测器用作传感器，以检测太赫兹辐射并提供dc信号，该dc信号的电平取决于所检测的太赫兹辐射的功率。换句话说，天线像素可以适用于感测进入的太赫兹辐射，并且适用于基于所检测的进入的太赫兹辐射的功率输出低频信号或dc电压电平或dc电流电平。因此，从天线像素输出的dc电压或电流的电平可以基于检测的太赫兹辐射的功率。
16.此外，功率检测器可以有利地由二维材料制成。这样的二维材料优选地适合于高频应用。二维材料通常仅包括一个或几个原子层。
17.例如，二维材料可以是石墨烯。更具体地，天线像素阵列可以由石墨烯制成。石墨烯是示例的二维材料，并且包括一层或几层碳原子。此外，石墨烯特别适合于天线和/或功率检测器，因为石墨烯具有高电迁移率，这意味着其允许由石墨烯制成的晶体管结构的快速操作。这样的晶体管可以是石墨烯场效应晶体管。此外，石墨烯的电特性能够调节石墨烯结构的栅极中的电导率，这有利地使得能够进行频率转换以用于如上所述的简单读出。
18.此外，石墨烯是二维材料，当石墨烯布置在柔性或可弯曲衬底上时，其是柔性的或可弯曲的，这为大量应用提供了安装优势。
19.与大体积的半导体晶体管相反，石墨烯是二维材料，并且与常规体晶体管相比提供改进的灵敏度。例如，石墨烯fet晶体管的栅极、漏极和源极结构可以用作天线，由此从源极到漏极的电流流动受到在栅极/天线上阻碍的太赫兹辐射的影响。
20.另外，使用石墨烯用于天线像素使得能够实现至少接近光学透明的天线像素阵列。这有利地允许图像传感器的安装位置几乎任意在期望视觉上不妨碍其他部件的外观的位置中。
21.尽管石墨烯是本文实施方式的有利替选，但也可以设想其他二维材料，例如硅烯、锗烯和磷烯，以及过渡金属二硫属化物(tmd)，例如mos2、ws2、wse2。
22.在一些可行的实现方式中，可以想到非柔性且不透明图像传感器，诸如inp和gan的材料可以用于产生诸如基于hemt晶体管的功率检测器的高频器件。
23.天线可以是例如采用领结天线配置的偶极天线。领结天线通常采用至少部分圆形
的几何形状，与采用更直的几何形状的偶极天线相比，这有利地提供了更极化独立的天线。由此，使用领结天线提供了增加所检测的太赫兹辐射的信号强度。
24.功率检测器由此可以是电连接至像素的天线的片上晶体管结构。优选地，天线结构是晶体管结构的一部分。
25.晶体管结构和天线结构可以制作在单个部件中，即，作为一个部件功率检测器。因此，像素本身可以包括用于对检测的信号进行整流以提供感测信号的晶体管和天线两者。
26.感测信号可以从图像传感器提取，以便重新导向到读出电路的模数转换器。
27.如上所述，本发明的实施方式中的图像传感器在安装位置和材料选择以及封装部件(即封装顶盖和封装底部)的设计方面提供了改进的灵活性。
28.因此，在实施方式中，封装底部可以被配置为用于天线像素阵列的衬底。例如，天线像素阵列可以有利地在封装底部上制造，从而减少封装的部件数量和封装的尺寸
29.类似地，在其他实施方式中，封装顶盖可以被配置为用于天线像素阵列的衬底。例如，天线像素阵列可以有利地在封装顶盖上制造，从而减少封装的部件数量和封装的尺寸。
30.在图像传感器包括支承天线像素阵列的衬底的情况下，其中，衬底可以有利地由柔性材料制成。
31.优选地，天线像素阵列是天线像素的二维阵列。
32.在实施方式中，封装顶盖可以是柔性透明膜。这有利地允许在弯曲或曲折的表面上或者在包括应当可见的特征的表面上的宽范围的安装位置，例如，使用用于图像传感器的二维材料，如果底盖部分也是透明的，则封装可以是透明的。
33.因此，在实施方式中，封装底部可以是柔性透明膜。例如，将提供的图像传感器布置为由二维材料制成的像素天线阵列实现了光学透明且紧凑的生物特征成像封装。这样的生物特征成像封装由于其是柔性且透明的，因此几乎可以安装在任何表面上，并且可以是薄的，其主要受柔性透明膜的厚度限制，。例如，生物特征成像封装可以直接附接至用户装置的表面。一种可行的实现方式是将生物特征成像封装附接至显示器盖玻璃的外表面。换句话说，显示器可以几乎独立于生物特征成像封装而制造，该生物特征成像封装可以安装在显示器的外表面上，即，在盖玻璃的面向用户的一侧上。
34.为了提供容易安装和紧凑的生物特征成像封装，该封装顶盖和该封装底部可以彼此附接，其中该天线像素阵列位于该封装顶盖与该封装底部之间。
35.生物特征成像封装的图像传感器可以适于被动地检测由对象本身产生的太赫兹辐射，而不需要辅助照明对象的照明。这消除对足够快以在覆盖太赫兹频率的频率处，优选地在以上讨论的太赫兹间隙中产生足够功率的源的需要。此外，通过消除该源，获得了更紧凑的生物特征成像装置，其在各种位置安装不太复杂。
36.然而，同样，生物特征成像封装的图像传感器可以适于检测从对象反射的辐射。在这样的情况下，发射太赫兹辐射以照明对象，并且图像传感器被布置成检测从对象反射的太赫兹辐射。
37.因此，太赫兹生物特征成像封装可以包括被布置成发射太赫兹辐射以用于照明对象的发射器元件。
38.该发射器元件和该天线像素阵列可以有利地布置在相同的衬底上。如上所述，衬底可以是封装顶盖或封装底部。
39.例如，发射器元件阵列可以与该天线像素阵列交错地布置在相同的衬底表面上。换句话说，天线像素和发射器元件的混合阵列可以被布置在同一平面中的衬底上。这提供了从天线像素阵列看的对象的均匀照明，从而改善了图像质量。
40.可以想到各种类型的发射器元件。例如，该发射器元件可以包括热发射灯丝，其可以被提供为灯丝黑体辐射层，发射太赫兹范围内的辐射。该黑体辐射层可以与反射体层组合，以将辐射导向将出现手指的反射的手指。例如，使用锁定技术或类似技术，可以对黑体灯丝辐射体层的输入功率进行脉冲调制，以有助于检测器电路中的噪声抑制。
41.在其他可行的实施方式中，该发射器元件可以包括至少一个非线性器件二极管或晶体管。一个示例是所谓的负电阻振荡器。
42.图像传感器可操作以检测在排除可见光的范围的频率范围中的太赫兹辐射。可见光范围被理解为是对于人类的，并且在约400nm至700nm的范围内。
43.因此，图像传感器包括被设计成耦合至太赫兹频率的辐射的天线。图像传感器可以在太赫兹范围内的频率下(例如，10ghz至100thz)工作。由图像传感器获取的图像可以被认为是太赫兹图像。
44.天线是微型天线，例如，在微米范围内，从而在天线像素阵列中安装大量天线。此外，天线和相关电路的尺寸和设计提供了针对特定太赫兹频率范围调谐天线像素。示例天线像素的尺寸可以在约15微米至约150微米的范围内。
45.优选地，图像传感器在10ghz至100thz的频率范围内工作，优选地，在100ghz至50thz的频率范围内工作，更优选地，在300ghz至30thz的频率范围内工作。
46.在一些实现方式中，封装顶盖的外表面还可以被称为感测表面。所描述的生物特征成像装置的操作原理是，由发射器元件发射的辐射将被放在感测表面上的手指反射，并且反射的辐射被天线像素阵列中的天线接收，该天线像素阵列产生指示检测的太赫兹辐射的感测信号。替选地，对于无源检测原理，由手指本身产生的太赫兹辐射由天线接收。通过组合来自所有天线的信号，可以形成表示指纹的图像，并且可以执行随后的生物特征验证。
47.根据本发明的第二方面，提供了一种电子装置，该电子装置包括根据实施方式的太赫兹生物特征成像封装以及处理电路，该处理电路被配置成：从太赫兹生物特征成像装置接收指示接触透明显示面板的生物特征对象的信号，基于检测的指纹执行生物特征认证过程。
48.诸如指纹认证过程的生物特征认证过程本身是已知的，并且通常包括将基于所获取的指纹图像构建的验证表示的特征与在用户注册期间构建的注册表示的特征进行比较。如果出现具有足够高得分的匹配，则用户被成功认证。
49.生物特征对象可以是手指，由此信号指示手指的指纹。
50.电子装置是移动装置，例如，移动电话(例如，智能电话)、平板电脑、膝上型计算机、智能卡或任何其他便携式装置。
51.本发明的第二方面的其他效果和特征很大程度上类似于以上结合本发明的第一方面描述的那些效果和特征。
52.根据本发明的第三方面，提供了一种制造用于太赫兹生物特征成像封装的图像传感器的方法，该方法包括：提供用于太赫兹生物特征成像封装的封装底部和封装顶盖；在封装底部或封装顶盖的表面上提供二维材料层；对二维材料层进行图案化以形成被配置成检
测太赫兹辐射的天线像素阵列。
53.在表面上提供二维材料层可以包括在表面上沉积二维材料。可用于沉积二维材料的技术包括标准薄膜技术，例如，用于石墨烯的化学气相沉积、或溅射、脉冲激光沉积、物理气相沉积、电子束光刻或光刻、蚀刻等。
54.在实施方式中，封装底部和封装顶盖可以是柔性且透明的膜，由此该方法可以包括将柔性且透明的膜彼此层压，使得天线像素阵列被封闭在柔性且透明的膜之间。
55.二维材料可以直接沉积在封装底部或顶部上，或者二维材料可以从衬底转移到封装底部或顶部上。天线像素所需的其他材料(例如金属线和介电材料)可以使用已知的微制造技术直接沉积在封装底部或顶部。
56.本发明的第三方面的其他效果和特征很大程度上类似于以上结合本发明的第一方面和第二方面描述的那些效果和特征。
57.当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的其他特征和优点将变得明显。本领域技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征以创建除了下面描述的那些实施方式之外的实施方式。
附图说明
58.现在将参照示出本发明的示例实施方式的附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，其中：
59.图1概念性地示出根据本发明的实施方式的生物特征太赫兹成像封装；
60.图2a概念性地示出了根据本发明的实施方式的天线像素阵列和单独的天线像素；
61.图2b概念性地示出了根据本发明的实施方式的示例天线像素；
62.图3a概念性地示出了根据本发明的实施方式的具有布置在底盖部分上的天线像素的生物特征太赫兹成像封装；
63.图3b概念性地示出了根据本发明的实施方式的具有布置在顶盖上的天线像素的生物特征太赫兹成像封装；
64.图4a概念性地示出根据本发明的优选实施方式的太赫兹生物特征成像封装的侧视图；
65.图4b是根据本发明的优选实施方式的太赫兹生物特征成像封装的透视图；
66.图5概念性地示出了根据本发明的实施方式的太赫兹生物特征成像封装的可行实现方式；
67.图6a概念性地示出根据本发明的实施方式的太赫兹生物特征成像封装的可行实现方式；
68.图6b概念性地示出根据本发明的实施方式的太赫兹生物特征成像封装的可行实现方式的侧视图；
69.图6c概念性地示出根据本发明的实施方式的太赫兹生物特征成像封装的可行实现方式的侧视图；
70.图7概念性地示出根据本发明的实施方式的生物特征太赫兹成像封装；
71.图8概念性地示出了用于从天线像素阵列中的天线读出感测信号的感测电路；
72.图9概念性地示出了用于从天线像素阵列中的天线读出感测信号的感测电路；
73.图10概念性地示出了用于从天线像素阵列中的天线读出感测信号的感测电路；
74.图11概念性地示出了黑体辐射元件形式的发射器元件；
75.图12概念性地示出了负电阻振荡器形式的发射器元件；
76.图13是根据本发明的实施方式的电子装置的示意框图；以及
77.图14是根据本发明的实施方式的方法步骤的流程图。
78.示例实施方式的详细描述
79.在本详细描述中，这里参照具体实现方式描述根据本发明的太赫兹生物特征成像封装的各种实施方式。然而，应当注意的是，所描述的太赫兹生物特征成像封装也可以用于其他生物特征成像实现方式。
80.图1概念性地示出了根据本发明的实施方式的生物特征太赫兹成像封装100。生物特征太赫兹成像封装100包括图像传感器102，该图像传感器102包括天线像素阵列104，该天线像素阵列104被布置成检测从对象105发射的太赫兹辐射以用于捕获图像。
81.每个天线像素106包括功率检测器，该功率检测器包括用于接收太赫兹辐射的天线结构，其中，该功率检测器被配置成将检测到的太赫兹辐射转换成频率比太赫兹辐射的频率低的感测信号。较低频率可以是dc。
82.此外，封装顶盖108被布置成覆盖天线像素阵列104，其中，该图像传感器被配置成捕获位于封装顶盖108的相对侧上的对象105的太赫兹图像。
83.封装底部110被布置在天线像素阵列104的与封装顶盖108相对的另一侧上。以这种方式，天线像素阵列104被封装在封装顶盖108与封装底部110之间。
84.封装顶盖108和封装底部110彼此附接，其中天线像素阵列104在封装顶盖108与封装底部110之间。
85.封装100可以包括侧壁113，侧壁113是单独的侧壁或者是封装底部110的一部分，或者是顶盖108的一部分，尽管如本文将描述的，可以想到其他可能性。
86.使用太赫兹成像技术使得能够在封装和成像性能方面实现新的可能性。首先，图2a概念性地示出了天线像素106的二维阵列104形式的示例天线像素阵列104。每个天线像素106包括天线结构202和晶体管204。天线结构202可以是晶体管204的栅极g和源极s。在该特定示例实施方式中，天线像素106为偶极天线传感器。晶体管204可以由例如标准半导体si晶体管、inp晶体管、inasp晶体管、gan晶体管、sige晶体管或类似的晶体管等制成。
87.在一个有利的实施方式中，天线结构202和晶体管204在单层中以二维材料制成。例如，二维材料可以是石墨烯，但是也可以设想其他二维材料。在一些实施方式中，晶体管204可以是石墨烯场效应晶体管(gfet)。
88.在该实施方式中，天线像素阵列104可以使用标准薄膜技术(例如，用于石墨烯的化学气相沉积、或溅射、脉冲激光沉积、物理气相沉积、电子束光刻或光刻、蚀刻等)来制造。
89.晶体管和天线一起用于通过天线进行检测，并且通过晶体管将撞击在天线上的检测到的太赫兹辐射转换成频率比太赫兹辐射的频率低的信号。有利地，天线结构202和晶体管204集成在单个片上部件中。
90.天线像素106被配置为功率检测器，该功率检测器适于检测太赫兹辐射并且输出与进入的太赫兹辐射的功率相关的dc信号或低频信号。晶体管204用作功率检测器106的整流元件。换句话说，天线，即栅极和源极，被配置成接收太赫兹辐射，并且晶体管被配置成将
接收的信号转换和整流成dc信号或低频信号。dc信号或低频信号可以由adc读取。
91.换句话说，现在再次转到图1，图像传感器108连接至模数转换器120，模数转换器120用于采样直接源自天线像素110的模拟信号s并将其转换成手指104的指纹图案的数字表示。此外，如箭头所概念性地示出的，图像传感器108连接至例如包括专用集成电路(asic)和现场可编程门阵列(fpga)以及复用器的适当的列和行控制和定时电路122。
92.因此，感测信号s可从图像传感器102提取，例如，通过封装顶盖或封装底部中的适当馈通，以便重导向至读出电路的模数转换器120。
93.天线结构202和晶体管结构204可以被制成单层，从而提供制造相对简单的天线像素阵列104。天线可以是平面天线，从而提供有利地几乎不引起生物特征成像传感器的堆叠的图像传感器，从而提供薄的图像传感器。
94.图2b概念性地示出了另一示例天线像素210，例如，领结构造的功率检测器。功率检测器210包括栅极g、源极s和漏极d。栅极g和源极s的几何形状至少部分地确定功率检测器所调谐的谐振频率。更准确地说，功率检测器的谐振频率由漏极d和源极s与栅极g之间的电耦合以及功率检测器的各个部分的几何形状来限定。优选地，天线像素的工作频率范围包括在10ghz至100thz的范围内，优选地在100ghz至50thz的范围内，更优选地在300ghz至30thz的范围内。
95.这里，领结状的功率检测器210的栅极g和源极s每个分别包括弯曲的远侧边缘212和214。换句话说，栅极g和源极s每个都包括一个端部，该端部从上面看时是具有预定的曲率半径的形状。远端212和214的形状可以适于调谐功率检测器210的操作频率。此外，与采用更直的几何形状的偶极天线相比，由弯曲远端212、214提供的至少部分圆形的几何形状有利地提供了与偏振更无关的天线。
96.在图1中，天线像素106被布置在附接至盖底部分110的单独的衬底112上。这是许多可能的实现方式之一。在优选实施方式中，省略了衬底，并且天线像素阵列直接在封装底部上或者直接在封装顶盖上制造。因此，封装顶盖108或封装底部110可以用作天线像素106、210的衬底。
97.图3a示出了布置在用作天线像素104的衬底的底盖部分110上的天线像素106。
98.图3b示出了布置在用作天线像素104的衬底的顶盖108上的天线像素106。
99.图3a至图b中所示的实施方式提供了紧凑的太赫兹生物特征成像封装100，其中可以省略用于天线像素的专用衬底。太赫兹生物特征成像封装的制造因此包括用于直接在封装的其他部分，即底盖部分110或顶盖108上制造天线像素和信号路由线的处理步骤。例如，底盖部分110或顶盖108可以由柔性材料制成，在选择用于天线像素阵列的合适材料时，这允许将太赫兹生物特征成像封装布置在弯曲表面上。
100.如果用于功率检测器的衬底是柔性衬底，则由诸如石墨烯的二维材料制造功率检测器有利地使得能够提供柔性图像传感器。柔性衬底可以包括例如pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、pen(聚萘二甲酸乙二醇酯)或任何其他类似材料。在实施方式中，顶部封装盖或底盖部分适于作为用于功率检测器的衬底。
101.图4a概念性地示出了根据本发明的另一优选实施方式的太赫兹生物特征成像封装300。在该实施方式中，封装顶盖是柔性透明膜308。此外，封装底部是柔性透明膜310。天线像素106的阵列被布置成夹在顶柔性膜308与底柔性膜310之间。顶柔性膜308和底柔性膜
310在它们的边缘部分处彼此附接，从而完全包围顶柔性膜308与底柔性膜310之间的天线像素106。更准确地说，顶柔性膜308的第一边缘部分308a附接至底柔性膜的第一边缘部分310a，并且顶柔性膜308的第二边缘部分308b附接至底柔性膜310的第二边缘部分310b。边缘部分是当边缘部分彼此附接时围绕天线像素阵列的膜308和310的外围部分。膜可以在边缘部分彼此胶合或热密封，尽管可以想到将膜彼此附接的其他可行方案。注意，天线像素和柔性膜的尺寸是出于说明性目的而选择的，并且不是按比例的。
102.优选地，图4a中所示的实施方式中的天线像素106由如上所述的二维材料制成，例如，参照图2a至图2b。二维材料是可弯曲的和光学透明的，也参见图4b。因此，太赫兹生物特征成像封装300既是柔性的，或可弯曲的，又是光学透明的。此外，太赫兹生物特征成像封装300的厚度主要是膜310和308的厚度，因为二维材料极薄。太赫兹生物特征成像封装300的总厚度可以被制成小于100μm。由此，太赫兹生物特征成像封装300的厚度有利地提供了在许多不同位置的安装，而不增加显著的堆叠高度。另外，由于太赫兹生物特征成像封装300可以被制成光学透明的，因此其几乎可以被安装在任何地方而不会妨碍安装表面上的视觉外观。例如，太赫兹生物特征成像封装300可以附接至用户装置的外表面，例如，在诸如移动电话、平板电脑的移动装置的显示器上，或者在智能卡上等。
103.图4b概念性地示出了图4a所示的太赫兹生物特征成像封装300的透视图。图4b概念性地示出了太赫兹生物特征成像封装300是可弯曲的，这进一步提供了在各种形状的表面上的简单性安装。
104.太赫兹生物特征成像封装300的弯曲能力主要取决于沉积有形成天线像素的二维材料的衬底的柔性。对于一些衬底，弯曲角甚至可以大到约90度或更大。
105.图5概念性地示出了太赫兹生物特征成像封装300的可行实现方式。这里，由其间包围二维天线像素106的两个膜308和310形成的太赫兹生物特征成像封装300附接至显示器的外表面502，例如，在盖玻璃504上。由于太赫兹生物特征成像封装300是光学透明的，它将不会阻止用户看到，如由例如布置在显示器的盖玻璃504下面的诸如led、lcd、oled或类似物的显示装置506产生的显示器上正在显示的内容。此外，由于太赫兹生物特征成像封装300是柔性的或可弯曲的，所以它可以被形成为与盖玻璃504的外表面502共形地成形。
106.图6a概念性地示出了太赫兹生物特征成像封装300的可行实现方式。这里，由其间包围二维天线像素106的两个膜308和310形成的太赫兹生物特征成像包300附接至智能卡604的外表面602。通常，智能卡604包括制成包括多个层608、610、612的层压结构的可弯曲的主体606。透明太赫兹生物特征成像封装300可以布置在智能卡604的最外层612上，甚至在装饰和印刷时，看见通过透明太赫兹生物特征成像封装300可见的层612中的“文本”。
107.主体606适于承载太赫兹生物特征成像封装300外部的电路。层610是嵌体层，其可以包括用作天线并且用于连接可以包括在卡604中的电子部件的各种导电迹线。层608和612是保护嵌体层610的外层，并且可以包括由位于透明太赫兹生物特征成像封装300下面的印刷“文本”指示的装饰性装饰和印刷。层608、610、612可以由pvc制成并层压在一起。由于太赫兹辐射的穿透特性，太赫兹生物特征成像封装300可以布置在任何两层之间，并且仍然能够捕获接触智能卡的外表面的对象的图像。
108.可弯曲且透明的太赫兹生物特征成像封装300可以同样良好地被布置在智能卡604的最上面的层压层612之下，如同在层612之上一样。无论如何，透明太赫兹生物特征成
像封装300有利地不妨碍智能卡604的视觉外观。
109.图6b是概念性地示出了例如通过将封装300胶合到顶表面而布置在智能卡604的顶层612上的太赫兹生物特征成像封装300的剖视图。电连接引线616被布置成穿过顶层612并且到达嵌体层610，其中导电线被配置成将太赫兹生物特征成像封装300电连接至太赫兹生物特征成像封装300外部的电路。
110.图6c是概念性地示出了被布置成夹在智能卡604的嵌体层610与顶层612之间的太赫兹生物特征成像封装300的剖视图。经由嵌体层610中的导电线将太赫兹生物特征成像封装300相对直接地电连接至太赫兹生物特征成像封装300外部的电路。此外，太赫兹生物特征成像封装300有利地完全集成在智能卡604内，这为太赫兹生物特征成像封装300提供保护。
111.本文所示的一些实施方式涉及无源传感器，其不需要对要进行成像的对象的任何辅助太赫兹照明。在其他实施方式中，太赫兹生物特征成像封装包括发射器元件，该发射器元件被布置成发射太赫兹辐射以用于照明对象。在这样的实施方式中，发射的太赫兹辐射被对象反射，并且随后被图像传感器检测。
112.图7示出了太赫兹生物特征成像封装700，该太赫兹生物特征成像封装700包括发射器元件702，该发射器元件702被布置在与天线像素阵列相同的衬底112上。因此，该天线像素和该发射器单元被并排交错地布置在同一阵列704中。与图1所示的实施方式一样，该实施方式也包括封装顶盖108和封装底部110，这里它们包围天线像素106和发射器元件702的阵列704。天线像素106和发射器元件702的组合阵列704适用于在此描述的实施方式和实现方式中的每一个中示出的实施方式。
113.转到图8，其示出了用于被配置成检测进入的太赫兹辐射801的功率检测器500的示例读出电路800。漏电极d经由读出线路804连接至多路复用器802，并且另一个多路复用器806可以与第一多路复用器802串联连接，以便处理来自阵列104中的功率检测器的行和列的信号。来自功率检测器500的信号是低频信号或dc信号。多路复用器806的输出串联连接至模数转换器808，用于采样源自功率检测器500的模拟信号并将其转换成例如手指105的指纹图案的数字表示。在一些实现方式中，放大器电路810被插入在第二多路复用器806与adc 808之间，但这不是严格要求的。
114.直流电源812通过线路814和816分别连接至栅极g和源极s。dc源812被布置成向功率检测器500馈送dc电压。栅极g和源极s通过电容器818连接，有效地提供了在高频处的二极管连接的晶体管，即，栅极g和源极s通过电容器818在由电容器定制的足够高的频率处，优选地在超过期望针对成像进行检测的太赫兹频率的较低范围的频率处，电短路。
115.通常，通过半波整流和低通滤波来检测进入的太赫兹辐射。更具体地，当辐射801撞击在用作功率检测器500的天线502的栅极g和源极s上时，栅极g和源极s的电势在进入的太赫兹辐射801的频率下被调制，由此dc电压馈送被传递到漏极d。然而，由于二极管联结的晶体管配置，漏极d处的输出是半波整流信号。该半波整流信号通过例如电容器和/或电感部件(未示出)如线圈进行滤波，从而向复用器802提供dc信号或低频感测信号。例如，电容器可以并联地插入在漏极d和地之间，以及/或者电感部件可以与功率检测器500的漏极d串联连接。因此，功率检测器500作为整流晶体管和天线工作。
116.图9示出了另一个示例读出电路900，其中第二多路复用器806的输出连接至锁定
放大器902。锁定放大器902被配置成从发射器元件904接收参考信号。发射器元件904适于产生由对象反射的太赫兹辐射，例如，导致辐射901被检测到的对象。所产生的太赫兹辐射以设定的频率进行脉冲。设定的频率用作锁定放大器的参考，锁定放大器以这种方式通过在与由发射器元件904产生的太赫兹辐射的脉冲频率相同的频率下进行调谐来选择性地测量从对象发射的太赫兹辐射。
117.图10示出了本发明概念的另一可能实现方式，其中，具有连接在接收器天线1002a至1002b之间的整流二极管1001的偶极天线传感器形式的功率检测器1000。在该实现方式中读出电路800与参照图8描述的读出电路相同。
118.各种类型的发射器元件都是可应用的，并且图11和图12概念性地示出了可想到的发射器元件。
119.图11概念性地示出了可以实现为丝膜的黑体发射器形式的示例发射器元件。示例黑体发射器1300包括电阻元件1302和晶体管1304。晶体管的源极连接至可控脉冲发生器1306，该可控脉冲发生器还连接至晶体管1304的栅极。电源1308被连接以向源级提供电流。当可控脉冲发生器向栅极提供脉冲时，通过晶体管的电阻减小，由此来自电源1308的电流通过晶体管并到达电阻元件1302，从该电阻元件产生太赫兹辐射1310。
120.图12概念性地示出了负阻振荡器1400形式的示例发射器元件，该负阻振荡器1400包括连接在诸如隧道二极管或impatt二极管的负阻器件上并且与谐振电路1406并联的电源1402。输出v是太赫兹辐射源。
121.图13是根据本发明的实施方式的电子装置的示意框图。电子装置2000包括太赫兹生物特征成像封装100。此外，电子装置2000包括诸如控制单元2002的处理电路。控制单元2002可以是电子装置2002的独立控制单元，例如装置控制器。替选地，控制单元202可以被包括在太赫兹生物特征成像封装100中。
122.图14是用于制造太赫兹生物特征成像封装的图像传感器的方法步骤的流程图。该方法包括步骤s102，提供用于太赫兹生物特征成像封装的封装底部和封装顶盖。步骤s104包括在封装底部或在封装顶盖的表面上提供二维材料层。在随后的步骤s106中，对二维材料层进行图案化以形成被配置成检测太赫兹辐射的天线像素阵列。
123.在实施方式中，封装底部和封装顶盖可以是柔性且透明的膜，该方法包括将柔性且透明的膜彼此层压，使得天线像素阵列被封闭在柔性且透明的膜之间。
124.注意，为了清楚起见，而选择天线像素、柔性膜、封装顶盖、封装底部、发射器元件和封装的其他部件的尺寸，并且不一定按比例。
125.控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程装置。控制单元还可以或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件或数字信号处理器。在控制单元包括诸如上述微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器的可编程装置的情况下，处理器还可以包括控制可编程装置的操作的计算机可执行代码。应当理解的是，借助于控制单元(或一般地讨论为“处理电路”)提供的功能的全部或一些部分可以至少部分地与生物特征成像封装集成。
126.尽管已经参照本发明的特定示例性实施方式描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说，许多不同的改变、修改等将变得明显。而且，应当注意的是，生物特征成像封装的部分可以被省略、互换或以各种方式布置，成像装置仍然能够执行本发明的功能。
127.另外，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施方式的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些方案的事实不指示这些方案的组合不能被有利地使用。