专利名称：用于组合式eas/rfid标签去激活的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及物品查询系统，并且更具体地涉及用于在超高频(“UHF”)或其它类型的查询系统中去激活组合式电子商品防盗(EAS)和射频识别(RFID)装置的方法和系统，而无需用去激活装置物理地接触标签。
背景技术：
混合式签条或混合式标签用于超高频(“UHF”)电子商品防盗(“EAS”)查询系统中并且基于混频原理。通常，混合式标签包括与双极天线附接的二极管。标签被调整到特定微波频率(f*)处，例如915MHz。通过调节天线的双极长度和二极管的结电容，频率范围可从数百兆赫兹至几千兆赫进行选择。工作微波频率越低，所需的双极长度越长，并且最终的电容越大。然而，当必须去激活具有二极管的标签时，去激活装置存在固有的局限性。例如， 美国专利No. 4，318，090和4，574，274提供了 UHF混合式标签，其使用用于直接接触或非直接接触但是具有受限范围的二极管非线性元件和器件。二极管的击穿特性需要通过二极管来驱动大的电流以便于实现去激活，这样使得与标签直接接触以便于将足够的电能供给二极管以使二极管被破坏，从而去激活标签。这得到了不可实现的去激活系统，因为该系统不总是可行或经济上可行而限制于这种类型的“接触”去激活。因此，这种类型的标签设计在标签的去激活发生于一定距离处，即去激活装置不与标签相接触的情形下是无效的。其它现有技术的去激活系统(例如，美国专利No. 5，608，379中公开的系统)已经试图通过将开关或其它硬件装置添加到去激活系统中来避免该问题。这样做被证实代价高昂、繁琐且导致对于相当大的磁场源具有相对短的去激活距离。上述尝试性方案中没有一种解决了这样的问题如何在远距离处有效地去激活组合式EAS标签，而不需去激活装置与EAS/RFID标签直接接触并且无需将额外的去激活元件设置到EAS标签中。具有可预测非线性表现的二极管的固有特性产生了当从一定距离处去激活标签时使这些类型的标签无效的EAS去激活系统。图1示出了通常用于电子商品防盗(“EAS”)系统的混合式标记2或混合式标签的现有技术设计。由于破坏通常被设计成稳固以及调整和控制电压的二极管所需的能量， 该类型的混合式标记在标签去激活系统中本身是有缺陷的。在这点上，内在电容的非线性以及MOS电容器的相对低压的击穿特性比二极管更加期望。在图1中，二极管4出现在天线6的两个部分之间。这些类型的标签设计在标签的去激活发生于一定距离处，即去激活装置不与标签相接触的情形下是无效的。上述去激活EAS标签的不足方法也能够适用于组合式EAS/RFID标签。随着RFID 技术的出现，许多零售商正在考虑用RFID标签为商品(例如，每个品项、每个箱包、每个货板)装标签。同时，电子商品防盗(EAS)技术和装置已经证明对于减少偷窃以及所谓的“收缩”是至关重要的。可构思，RFID装置还能够提供许多公知的与EAS技术相同的优点，与额外的优点或能力(例如，库存控制、搁架读取、视觉读取的非直线性等)相耦合。因此，所需要的是去激活组合式EAS/RFID标签的方法，其中，组合式标签并入了呈现出极低水平的击穿特性的非线性元件，从而实现在相当大距离处的可靠去激活。
发明内容
本发明有利地提供了通过在标签中并入例如线性电容器或非线性MOS电容器的元件而便于在UHF查询系统中去激活组合式EAS/RFID标签的系统、方法和装置。在本发明的一个方案中，提供组合式电子商品防盗/射频识别(“EAS/RFID”)装置。EAS/RFID装置包括半导体器件，所述半导体器件具有EAS电路和RFID电路。所述装置还包括与所述半导体器件电连通的天线电路，以及电容器，其中所述电容器包括绝缘层。施加预定电压到电容器使得绝缘层电击穿，以使得EAS/RFID装置永久性去激活。在另一方案中，提供组合式电子商品防盗/射频识别(“EAS/RFID”)去激活系统。 所述系统包括组合式EAS/RFID标签，其中所述标签包括具有EAS电路和RFID电路的半导体器件，以及天线单元。所述天线单元与所述半导体器件电连通。所述系统还包括电容器， 其中所述电容器包括绝缘层。施加预定电压到所述电容器使得绝缘层电击穿，使得EAS/ RFID装置永久性去激活。所述系统进一步包括去激活装置，所述去激活装置适于当组合式 EAS/RFID标签与去激活装置非接触接近放置时使得预定电压施加到电容器。在本发明的另一方案中，提供在不物理地接触标签的情况下去激活组合式电子商品防盗/射频识别(“EAS/RFID”)标签的方法。所述方法包括提供半导体器件，所述半导体器件具有EAS电路和RFID电路；提供与所述半导体器件电连通的天线电路；提供电容器，所述电容器包括绝缘层；以及施加预定电压到电容器，使得绝缘层电击穿，以使EAS/ RFID装置永久性去激活。本发明的另外的方案部分在随后的说明书中进行阐述，并且部分从说明书中显知，或者可通过实践本发明而获知。通过尤其在随附的权利要求中指出的元件和组合来实现并获得本发明的方案。应当理解的是，前述一般性描述和随后的详细描述均仅为示例性和说明性的并且不是对如权利要求的本发明的限制。
当结合附图考虑时，通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中图1为图示使用二极管和双极天线的现有技术标签设计的UHF混合式标签的布局；
图2为并入本发明的原理的集成EAS/RFID装置的框图；图3为依据本发明的原理构造的集成EAS/RFID装置的图，所述EAS/RFID装置具有内置式前端电路，所述前端电路通过谐振电容器与UHF双极天线连接；图4为依据本发明的原理构造的集成EAS/RFID装置的图，所述EAS/RFID装置具有内置式前端电路，所述前端电路通过低击穿电压电容器与UHF双极天线连接；以及图5为与组合式EAS/RFID标签一起使用并且依据本发明的原理构造的非线性MOS 电容器的侧视图。
具体实施例方式在详细描述依据本发明的示例性实施方案之前，注意的是，实施方案主要涉及装置部件的组合和处理步骤，其涉及实现通过在标签内包含适于用低压击穿的非线性器件而便于在接近的去激活环境中去激活组合式EAS/RFID标签的系统、装置和方法。如本文使用的，术语“低压”通常是指近似低于10伏特的电压。然而，应当理解的是，当在击穿电压的背景下使用时，本发明不仅仅局限于必须具有这样的值的器件。根据标签的设计，可以使用大于10伏特的值。本公开的组合式EAS/RFID装置能够执行双EAS/RFID功能，即，RFID功能提供与装有标签的品项有关的广泛信息，而所附接的EAS功能提供与品项有关的有限信息(激活/去激活)。因此，在附图中已经通过常规符号在适当之处表示了系统和方法的要件，附图仅示出对理解本发明实施方案有关的那些具体细节，以便不会以对于阅读本文说明书的本领域的普通技术人员来说将容易明了的细节来混淆本发明。本文使用的相关术语，比如“第一”和“第二”与“顶部”和“底部”等，可以仅用于将一个实体或元件与另一实体或元件区分开，而不是必定要求或暗示任何物理或逻辑关系或者这些实体或元件之间的次序。现在详细参照附图，在附图中相同的部分可由相同的附图标记表示，如图2中所示，本公开的组合式EAS/RFID标签或标记8的部件包括天线10，天线10为设计成从智能半导体器件14接收能量和信号12以及重新发射能量和信号12的能量耦合器件。天线10 可专用于接收和反向散射发射与标签或标记8有关的能量和信号。天线10可以为用于超高频(UHF)应用的双极天线并且可以为用于高频(HF)应用的环形天线。在该背景下实施方案不受限制。半导体14被设计成执行分析和计算的功能。天线10经由信号12与半导体器件14可操作地耦合并且用作EAS和RFID这两个功能的收发器件。尽管显示的是天线 10与半导体器件14分离，在一个实施方案中，天线10还可以形成在半导体器件14上作为集成的单元。在该背景下实施方案不受限制。半导体器件14包括分别用于控制EAS和RFID功能的内置式双功能电路。可行的是，控制EAS/RFID功能的电路系统可以共享相同电路系统(或相同电路系统的部分)或者与例如天线10的共用部件耦合。读取器还可被设计成与任一(或两个)EAS或RFID装置/ 功能协作。这种读取器公开在于2004年11月18日提交的标题为“INTEGRATED 13.56MHz EAS/RFID DEVICE”共同所有的美国临时专利申请No. 60/629，571、于2005年11月18日提交并且标题为 “EAS READER DETECTING EAS FUNCTION FROM RFID DEVICE” 的现在同时提交的PCT专利申请No. PCT/US2005/041680中，这两个申请的全部内容通过引用并入本文。
6
半导体器件14必须被满额供电以便于执行用于各种RFID应用所需的逻辑操作， 例如，访问控制、文件跟踪、家畜跟踪、产品鉴定、零售任务以及供应链任务。EAS装置的主要功能是响应于系统查询而生成唯一签名(优选地实现不需完全激活附近的RFID标签或标记的RFID逻辑功能)结果是，有效的EAS读取范围大于有效的RFID读取范围，并且EAS装置/功能趋于对屏蔽和解调效应更具弹性。图3和图4示出了集成EAS/RFID装置8的典型结构，由于其中的非线性前端电路， 该装置还可用作EAS标记。装置8的前端电路包括用于能量获取的整流二极管16和18，以及对于EAS功能引起微波混合表现的可控阻抗器件20。EAS/RFID装置8包括功率接收前端部22，功率接收前端部22还可用作EAS/RFID 装置8的电压调整前端部。前端部22在端子Tl和T2处与天线10耦合。端子Tl将天线 10与源极M耦合，而端子T2将天线10与漏极沈耦合。可控阻抗器件20分别在结观和 30处与电极M和沈并联地耦合。二极管16分别在结32和34处与电极M和沈并联地耦合。类似地，电容器36和38分别在结40和42以及44和46处与电极M和沈并联地耦合。在结40处的源电压Vss和在结42处的漏电压Vdd通过电容器36通过用于存储的能量。在一个实施方案中，装置8的前端部22基于集成EAS/RFID装置8的前端22的非线性将UHF(超高频)信号与射频(RF)电场混合。更特别地，该实施方案在于2005年 6 月 3 日提交的标题为 “TECHNIQUES FOR DETECTING RFID TAGS IN ELECTRONIC ARTICLE SURVEILLANCE SYSTEMS USING FREQUENCY MIXING”的共同所有的共同代决美国专利申请系列No. 11/144，883中被详细描述，该申请的全部内容通过引用并入本文。装置8的编程功能经由功率控制器50由RFID后端部48提供，所述功率控制器50 至少包括状态机52、存储器M、调制器56和解调器58，其中状态机52为执行逻辑操作的切换装置。存储器M可包括例如程序存储器、数据存储器或这些存储器的任何组合。存储器M还可包括例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PR0M)、 可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、或这些存储器的组合等。调制器56与调制阻抗器件20耦合。漏极沈在结60处与解调器58耦合。状态机52确定调制阻抗器件20的工作状态并且控制调制阻抗器件20。工作状态被存储在存储器讨中。状态机52还通过调制器56来控制调制阻抗装置20。能量通常经由电容器 36和38提供给功率控制器50。如上所述，EAS/RFID装置8与谐振天线结构10(即，具有低击穿电压线性电容器64的UHF双极天线)电耦合，用于有效吸收或反射微波能量，如图 3所示。通过改变低击穿电压电容器64的介电层的厚度，能够在一定距离并且无需去激活装置和装置8之间的物理接触来实现装置8的去激活。在去激活时，能够从RFID过程感应出升压电压，从而击穿薄的介电层并且使薄的介电层短路。可选择地，能够通过与相邻的天线耦合来引起高电压。在可选实施方案中，低击穿电压电容器64为低击穿非线性MOS电容器。除了二极管16和18之外，由于MOS电容器的固有非线性，MOS电容器的使用可进一步增强混合性能。 这就允许天线10的击穿和短路，使得EAS/RFID装置8去激活。在另一实施方案中，RFID电路固有的且提供反向散射的调制元件20可以为具有低压击穿特性的金属氧化物半导体场效应晶体管(“M0SFET”)。参照图3，MOSFET的导电性由栅极电压控制。通过施加二元控制电压，MOSFET的电阻在高值和低值之间变动。将具有低击穿电压的MOSFET器件用作调制元件20得到薄弱的栅极绝缘。为了去激活EAS/RFID 装置8，去激活电压施加到栅极。随着栅极绝缘层的击穿，如果该元件为增强模式的FET，则元件将保持在高阻抗状态。使用耗尽模式的 Τ，器件将具有低阻抗。参照图4，示出了本发明的另一实施方案。在该实施方案中，低压电容器64位于半导体器件8中，而不是天线结构10中。电容器64可与电容器38并联，如图所示，或者在可选实施方案中，电容器64可与电容器38结合。对于HF频率，电容器38被包含以便更易于调整天线10以与EAS/RFID装置8谐振。对于UHF频率，电容器38通常不存在。在任一情况下，通过如上所述的改变低击穿电压电容器64的介电层的厚度来实现击穿，并且可在一定距离处并且无需去激活装置和装置8之间的物理接触来实现装置8的去激活。为了有利于去激活的简易性，可使EAS/RFID装置8的MOS电容器的击穿电压进一步最小化。图5示出了集成EAS/RFID标签8的部件。图5中描绘的设计为一个实施方案， 并且在本发明的范围之内从而改进该设计以使其适合现有的制造技术并且与现有制造技术相容。装置8包括上电极层65、下电极层66、半导体区域68和绝缘层70。由于结构内的绝缘层70，装置的表现类似于电容器。因此，能够通过减小绝缘/介电层70的厚度来实现去激活。通过较薄的层，能够产生高E场以引发击穿。可选择地，可以选择具有较低击穿电压的不同种类的绝缘体。在又一实施方案中，杂质或缺陷中心可在介电层沉积期间被包含以促进击穿。因此，MOS电容器具有确定装置8的去激活特性的内置式击穿电压特性。去激活装置在确定工作频率处提供规定限制内的E场源。E场与装置8耦合以提供MOS装置电容器的薄氧化物层的必要击穿。在该击穿阈值下，MOS装置作为非线性电容器工作。然而，在实现击穿之后，MOS装置逆向地作为线性电容器工作，具有稍低的电容值。缺少非线性特性使得在EAS混合系统中不能够检测混合装置。本发明可应用于UHF RFID系统以及在高频(HF)(例如，13. 56MHz)处工作的任何装置。在高频处，使用具有近似7至10匝并且具有4cm乘7cm的表面积的环形天线。本发明提供去激活组合式EAS/RFID装置8的能力，而无需标签去激活装置与装置 8相接触。如上所述，这能够以多种方式完成。当穿过端子的感应电压或施加电压达到临界低压击穿水平时，每种方式获得穿过天线端子的极低阻抗。在一个实施方案中，用低击穿电压电容器64替代谐振电容器62。电容器64横穿天线的端子放置作为天线结构10的部分如图3所示，或者可以与电容器38并联或作为电容器38的部分放置到半导体器件8内，如图4所示。在一个实施方案中，低压电容器64为低击穿MOS器件。除了改变天线10中的电容器之外，还可以改变装置8的电路系统来提供远程去激活能力。例如，可由MOSFET来替代EAS/RFID装置8内的调制元件20。MOS电容器的CV特性取决于半导体的掺杂浓度、绝缘层70的厚度以及用于电极层 65和66的材料的类型。还可以改变本发明的设计以使非线性程度能够超过二极管(如现有技术中使用)的非线性程度，从而进一步增强UHF系统的性能。此外，MOS电容器可在距去激活装置超过使用二极管的EAS/RFID装置的距离处被去激活。当使用一次性EAS/RFID 装置8时，这种布置是有利的。与二极管相反，通过施加穿过电极的足够高的电压(Ve)，能够破坏MOS器件电容器。电容对电压在阈值电压以下为非线性，而超过阈值击穿电压装置可逆低作为线性电容器工作，从而永久性地消除任何混合信号。结果，EAS功能可被有效地消除和/改变，使得停止混合信号的产生，即发生去激活。通过MOS电容器的低击穿电压电容器的相对低的击穿电压，可以在不向EAS/RFID装置8的非线性元件增加附加特征的情况下形成去激活距离。为了便于去激活的简易性，可使装置8的电容器的击穿电压进一步最小化。这可通过例如减少绝缘/介电层70的厚度来实现。通过较薄的层，可以产生高的E场以引发击穿。可选择地，可以选择具有较低击穿电压的不同种类的绝缘体。在又一实施方案中，杂质或缺陷中心可在介电层沉积期间被包含以促进击穿。本发明有利地提供并且限定了通过包括低击穿电压电容器(例如，MOS电容器)或通过在RFID芯片电路系统内把汗具有低击穿电压的MOSFET用于便于在接近的去激活环境中去激活组合式EAS/RFID标签的装置、系统和方法。另外，除非以上做了相反陈述，应当注意所有附图没有按照比例绘制。有意义地， 在不脱离本发明精神或本质属性的情况下可以以其它特定形式来体现本发明，并且相应地，必须参照所附权利要求而非前述说明书来指示本发明的范围。
权利要求
1.一种组合式电子商品防盗/射频识别(“EAS/RFID”)装置，包括半导体器件，所述半导体器件具有EAS电路和RFID电路；天线电路，所述天线电路与所述半导体器件电连通；以及电容器，所述电容器包含绝缘层，其中施加预定电压到所述电容器死的所述绝缘层电击穿，以使所述EAS/RFID装置永久性去激活。
2.如权利要求1所述的组合式EAS/RFID装置，其中，所述电容器为线性电容器和非线性MOS电容器中的一个并且作为所述天线电路的部分。
3.如权利要求1所述的组合式EAS/RFID装置，其中，所述电容器为线性电容器并且作为所述半导体器件的部分。
4.如权利要求1所述的组合式EAS/RFID装置，其中，所述电容器为非线性MOS电容器并且作为所述半导体器件的部分。
5.如权利要求1所述的组合式EAS/RFID装置，其中，所述预定电压基本上不大于10伏特。
6.如权利要求1所述的组合式EAS/RFID装置，其中，所述半导体器件包括调制元件。
7.如权利要求6所述的组合式EAS/RFID装置，其中，所述调制元件为M0SFET。
8.如权利要求7所述的组合式EAS/RFID装置，其中，所述MOSFET具有栅极绝缘层，在施加所述预定电压时，所述栅极绝缘层能够被击穿。
9.如权利要求4所述的组合式EAS/RFID装置，其中，施加所述预定电压到所述MOS电容器使得所述MOS电容器破坏，从而使得EAS查询系统不能够检测到所述组合式EAS/RFID直ο
10.如权利要求4所述的组合式EAS/RFID装置，进一步包括与所述MOS电容器电耦合的升压电路，所述升压电路升高施加到所述MOS电容器的电压。
11.如权利要求10所述的组合式EAS/RFID装置，其中，所述升压电路包括开关，所述开关在预定电压处被激活，使得升高的电压可用于所述MOS电容器。
12.如权利要求1所述的组合式EAS/RFID装置，其中，所述EAS/RFID装置为通过高频信号和低频信号的组合调制的混合式标签。
13.—种组合式电子商品防盗/射频识别(“EAS/RFID”)去激活系统，包括组合式EAS/RFID标签，所述标签包括半导体器件，所述半导体器件具有EAS电路和RFID电路；天线电路，所述天线电路与所述半导体器件电连通；以及电容器，所述电容器包含绝缘层，其中施加预定电压到所述电容器使得所述绝缘层电击穿，以使所述EAS/RFID装置永久性去激活；以及去激活装置，所述去激活装置适于当所述组合式EAS/RFID标签与所述去激活装置接近非接触放置时使所述预定电压施加到所述电容器。
14.如权利要求13所述的组合式EAS/RFID系统，其中，所述电容器为所述天线电路的部分。
15.如权利要求13所述的组合式EAS/RFID系统，其中，所述电容器为所述半导体器件的部分。
16.如权利要求13所述的组合式EAS/RFID系统，其中，所述电容器为MOS电容器。
17.如权利要求13所述的组合式EAS/RFID系统，其中，所述预定电压基本上低于10伏特。
18.如权利要求13所述的组合式EAS/RFID系统，其中，所述半导体器件包括调制元件。
19.如权利要求18所述的组合式EAS/RFID系统，其中，所述调制元件为M0SFET。
20.一种去激活组合式电子商品防盗/射频识别(“EAS/RFID”)标签而不物理地接触所述标签的方法，所述方法包括提供具有EAS电路和RFID电路的半导体器件； 提供与所述半导体器件电连通的天线电路； 提供电容器，所述电容器包含绝缘层，以及施加预定电压到所述电容器，这使得所述绝缘层电击穿，以使得所述EAS/RFID装置永久性去激活。
全文摘要
组合式电子商品防盗/射频识别(“EAS/RFID”)标签以及用于去激活所述组合式EAS/RFID标签而不需用去激活装置物理地接触所述标签的方法和系统。EAS/RFID标签替代具有非线性器件(例如，具有既定击穿电压阈值的电容器)的常规二极管。穿过电容器导入预定电压使得电容器破坏，以使得在查询系统中不能够检测到EAS/RFID标签。
文档编号G06K19/077GK102439609SQ201080021949
公开日2012年5月2日 申请日期2010年3月16日 优先权日2009年5月21日
发明者R·L·科普兰, 连明仁 申请人:传感电子有限责任公司