[發明專利]基于復合介質柵MOSFET光敏探測器源漏浮空編程方法

有效

• 申請號: 201210004076.2
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN102544039A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 閆鋒;馬浩文;吳福偉;夏好廣;卜曉峰
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明涉及成像探測器件，尤其是基于復合介質柵MOSFET關于紅外、可見光波段至紫外波段的成像探測器件工作機制，是一種基于復合介質柵MOSFET光敏探測器源漏浮空編程方法。

背景技術

???成像探測器在軍事民用等各個領域都有很大的應用，當前發展的主要成像探測器是CCD和CMOS-APS，CCD出現較早，技術相對比較成熟，它的基本結構是一列列MOS電容串聯，通過電容上面電壓脈沖時序控制半導體表面勢阱產生和變化，進而實現光生電荷信號的存儲和轉移讀出，也正是由于這個信號轉移特點，電荷轉移速度很受限制，所以成像速度不高，另外由于是電容串聯，一個電容有問題會影響整行信號的傳輸，所以對工藝要求極高，成品率和成本不夠理想。CMOS-APS每個像素采用二極管和晶體管組成，的每個像素都是相互獨立的，在整個信號傳輸過程中不需要串行移動電荷，某一個像素出現問題不影響其他像素性能，所以克服了CCD在此方面的缺點，所以對工藝要求也不是那么苛刻，COMS?由于采用單點信號傳輸，通過簡單的X-Y?尋址技術，允許從整個排列、部分甚至單元來讀出數據，從而提高尋址速度，實現更快的信號傳輸。不過CMOS-APS每個像素由多個晶體管與一個感光二極管構成（含放大器與A/D?轉換電路），使得每個像素的感光區域只占據像素本身很小的表面積，靈敏度和分辨率相對較小。

????通過比較發現兩種傳統成像探測技術各有優劣，CMOS-APS近年來伴隨著CMOS工藝的不斷進3步取得了迅速的發展，向我們展現了他的巨大前景，可見提出一種基于CMOS工藝并能夠盡量克服傳統CMOS-APS的缺點的成像探測器意義重大。因此本發明人于專利WO2010/094233中提出了一種基于CMOS工藝的復合介質柵光敏探測器。

發明內容

本發明的目的是，提出一種基于復合介質柵MOSFET光敏探測器提出一種源漏浮空編程工作方法，通過控制柵2電壓和襯底1電壓的調節使器件能夠收集并儲存光電子。

本發明的技術方案復合介質柵MOSFET光敏探測器源漏浮空編程方法，復合介質柵MOSFET光敏探測器單元結構包括：半導體襯底（P型）1，半導體襯底正上方依次設有底層絕緣介質5，電荷存儲層4，頂層絕緣介質3，控制柵2；半導體襯底中（靠近疊層介質兩側）通過離子注入摻雜形成N型源極6和漏極7；

所述光電子存儲層是多晶硅、Si₃N₄或其它電子導體或半導體；控制柵2是多晶硅、金屬或透明導電電極，控制柵極面或基底層至少有一處為對探測器探測波長透明或半透明的窗口。兩層絕緣介質有效隔離電荷存儲區，使電荷限制的電荷存儲層4內實現存儲功能，一般為寬帶半導體，以保證電子可以從襯底1穿越勢壘而進入電荷存儲層4。底層介質材料可以采用氧化硅、SiON或其它高介電常數介質；頂層介質的材料可以采用氧化硅/氮化硅/氧化硅、氧化硅/氧化鋁/氧化硅、氧化硅、氧化鋁或其它高介電常數介質材。

基于復合介質柵MOSFET光敏探測器源漏浮空編程方法，曝光編程過程步驟?：

1）曝光過程中源極6和漏極7浮空，襯底1加一負偏壓脈沖Vb，同時控制柵2要加一正向偏壓脈沖Vg；

2）上述曝光過程中，源極和漏極浮空，襯底1加一個兩段的負偏壓脈沖，兩段電壓分別為Vb1、Vb2，同時控制柵2加一個兩段的正偏壓脈沖，兩段電壓分別為Vg1、Vg2；?

3）上面所述1)和2）中Vg數值范圍0~15V,Vb數值范圍-15~0V，Vg1數值范圍0~10V，Vg2數值范圍0~15V，Vb1數值范圍-10~0V,?Vb2數值范圍-15~0V；兩段電壓的范圍可不一樣，典型的操作條件是控制柵7至12V，襯底-9至-5V。

所述襯底1加一個兩段的負偏壓脈沖，兩段電壓分別為Vb1、Vb2，控制柵2加一個兩段的正偏壓脈沖，是指使用前段時間較長電壓較小的脈沖和后段時間極短電壓稍大的脈沖相結合的方法來實現曝光編程；用前段時間較長電壓較小的脈沖來產生光電子并將光電子收集到P型半導體襯底1和底層絕緣層5的界面處，而后段時間極短電壓稍大的脈沖使得P型半導體襯底1中的光電子通過F-N隧穿進入電荷存儲層。