[發明專利]一種固態成像探測器

有效

• 申請號: 201210384337.8
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN102916025A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 徐躍;趙菲菲;岳恒
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術領域

本發明涉及一種固態成像探測器件，尤其是基于CMOS工藝制造的非揮發性存儲器結構的固態成像探測器件，可應用于攝像機、數碼相機、掌上電腦、手機、PDA等產品中作為圖像傳感器。?

背景技術

現在廣泛運用的固態成像器件主要有兩類：電荷耦合器件（CCD）和CMOS?有源像素傳感器(APS)。雖然CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優于CMOS傳感器，但存在成本高、集成度低、功耗大且需要多種電源的缺點；而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的優點，但也存在靈敏度不高和噪聲較大的問題。由此可見CCD和CMOS?APS成像器件都各有優缺點。除了CCD和CMOS?APS以外，基于非揮發性存儲器結構的固態成像器件也已經被提出。該器件的工作原理是在利用MOSFET結構的存儲器的溝道區域形成光電轉換區，當光照射到光電轉換區產生光生電子和空穴對，產生的光電子在柵極電場的作用下注入到存儲器的存儲層中并存儲起來，使存儲型成像器件的閾值電壓發生變化，最后通過讀出器件的電流大小判定光照的大小。與CCD和CMOS-APS相比，存儲器結構的成像器件兼具CCD和CMOS-APS的優點，但又克服了它們的很多弱點，其特點和優越性包括：器件面積小；生產工藝與CMOS工藝兼容，成本低；漏電流低，成像速度比CCD快；對工藝缺陷不敏感；動態范圍大；支持多次讀出。然而提出的這些存儲器結構的成像器件主要都是利用柵極下方的源、漏極之間的溝道區域作為光電子的產生和收集區。當入射光子的能量很大比如在紫外光波段，器件存儲層上的電荷可能會獲得足夠的能量而從存儲層中逃逸，或者器件襯底或柵極的電子會直接進入存儲層，改變存儲層中的電荷量和電荷分布，從而影響了探測精度。?

發明內容

技術問題：本發明提出一種基于MOSFET存儲器結構的固態成像探測器，尤其是利用MOSFET存儲器的源區作為光電轉換區，并將產生的光電子轉移到柵極下方的溝道區域，并進一步將轉移來的光電子注入到存儲器的存儲層中而改變器件的閾值電壓，最后讀出探測器的漏極電流來確定所探測到的光的強度。?

技術方案：本發明的固態成像探測器是一種共用源區的雙MOSFET存儲器結構的成像探測器，探測器單元的構成是：在基底P型半導體硅材料上方的兩側設有重摻雜的N型半導體區域，分別構成探測器的兩個漏區，基底P型半導體硅材料上方的中央設有重摻雜的N型半導體區域，構成探測器的源區，上述兩個漏區和共用的源區之間基底的正上方依次分別設有隧穿氧化層、光電子存儲層、阻擋絕緣介質層和控制柵極，控制柵極的上方覆蓋有光阻擋層；探測器的源區和漏區的大小不對稱，漏區面積相對源區較小，且漏區表面被金屬硅化物所覆蓋，防止光照入漏區；探測器的源區面積較大，為探測器的光電轉換區；探測器的源區采用N+注入形成的埋層構成，源區半導體表面沒有被金屬硅化物所覆蓋；探測器的兩個漏區和共用的源區之間分別形成兩個MOSFET結構的存儲管；從控制柵極往下到基底層沒有對探測光波透明的或半透明的窗口，而在源區的上方設有對光波透明的或半透明的窗口。?

探測器的光電子存儲層是多晶硅、Si₃N₄；隧穿氧化層是SiO₂、Al₂O₃，等效SiO₂的厚度為4～7nm；阻擋絕緣介質層是SiO₂、SiO₂/?Si₃N₄/SiO₂復合層、Al₂O₃，等效SiO₂的厚度為8～20nm；控制柵極是多晶硅、金屬。?

所述探測器單元采用多個，以典型的NOR型存儲陣列架構構成大規模成像陣列，一個NOR陣列上相鄰的兩個存儲管單元共用一個源區，構成一個探測器單元；源區面積較大，由N+注入的埋層構成，源區作為每個探測器單元的光電轉換區。?