[發(fā)明專利]基于復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器的2×2陣列布局及工作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711458300.4
• 申請(qǐng)日: 2017-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN109979930B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬浩文;黃枝建;施毅;閆鋒;張麗敏;卜曉峰;李煜乾;李張南;孔祥順;毛成;楊程;曹旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L27/02
• 分類號(hào): H01L27/02;H01L27/146
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 李媛媛

1.基于復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器的2×2陣列布局，其特征在于，陣列由四個(gè)像元組成，每個(gè)像元包括一個(gè)感光晶體管和一個(gè)讀取晶體管，感光晶體管和讀取晶體管形成在同一P型半導(dǎo)體襯底上方，兩者均采用復(fù)合介質(zhì)柵的結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合介質(zhì)柵自下而上依次為底層絕緣介質(zhì)層、電荷耦合層、頂層絕緣介質(zhì)層和控制柵極，其中，四個(gè)感光晶體管的電荷耦合層之間互不相連，四個(gè)感光晶體管的控制柵極之間互不相連；

四個(gè)所述讀取晶體管的有源區(qū)連成正八邊環(huán)形結(jié)構(gòu)，并位于2×2陣列的中心位置；正八邊環(huán)形結(jié)構(gòu)的四條邊中，未覆蓋復(fù)合介質(zhì)柵的襯底中通過N+離子注入形成四個(gè)重?fù)诫sN+區(qū)，四個(gè)重?fù)诫sN+區(qū)兩兩相對(duì)且互呈直角，其中，兩個(gè)相對(duì)的重?fù)诫sN+區(qū)互連構(gòu)成共享的N+源極，另外兩個(gè)相對(duì)的重?fù)诫sN+區(qū)互連構(gòu)成共享的N+漏極；

四個(gè)所述感光晶體管位于正八邊環(huán)形結(jié)構(gòu)的外側(cè)且處于四個(gè)未進(jìn)行N+重?fù)诫s區(qū)域的一側(cè)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器的2×2陣列布局，其特征在于，每個(gè)像元中，所述感光晶體管和讀取晶體管在襯底中通過淺槽隔離區(qū)隔開；所述感光晶體管的電荷耦合層和讀取晶體管的電荷耦合層相連，所述感光晶體管的控制柵極和讀取晶體管的控制柵極相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器的2×2陣列布局，其特征在于，四個(gè)所述感光晶體管之間在P型半導(dǎo)體襯底中使用淺槽隔離區(qū)隔開。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器的2×2陣列布局，其特征在于，所述感光晶體管的控制柵極面和襯底至少有一處為探測器所探測波長透明或半透明窗口。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的基于復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器的2×2陣列布局，其特征在于，四個(gè)所述感光晶體管的控制柵極分別構(gòu)成字線WL0、字線WL1、字線WL2和字線WL3，四個(gè)所述讀取晶體管的漏極構(gòu)成漏線DL，四個(gè)所述讀取晶體管的源極構(gòu)成源線SL。

6.如權(quán)利要求5所述的基于復(fù)合介質(zhì)柵光敏探測器的2×2陣列布局的工作方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)光電子的收集：

在光敏探測器的襯底加負(fù)偏壓，字線WL0、字線WL1、字線WL2和字線WL3同時(shí)加相同的零偏壓或正偏壓，讀取晶體管漏線DL和源線SL接地；

(2)光電子的讀取：

保持襯底的負(fù)偏壓，保持字線WL0、字線WL1、字線WL2和字線WL3上所加的偏壓，讀取晶體管漏線DL加正偏壓，讀取晶體管源線SL接地，在需要讀取的感光晶體管的字線上加一斜波電壓，通過讀取晶體管導(dǎo)通時(shí)的斜波電壓值推算光電子信號(hào)；讀取結(jié)束后，讀取晶體管漏線DL和源線SL接地，在已讀取的感光晶體管的控制柵極上保持曝光時(shí)所加的偏壓，按照上述方式依次讀取四個(gè)感光晶體管中的光電子信號(hào)；

(3)光電子的復(fù)位：

字線WL0、字線WL1、字線WL2和字線WL3加與襯底所加負(fù)偏壓相同的負(fù)偏壓，讀取晶體管漏線DL和源線SL接地，光電子通過復(fù)合消失。