[發(fā)明專利]一種適應(yīng)亞微米像素的UTBB光電探測元件及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810102547.0
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108493202B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉曉彥;沈磊;杜剛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L27/148
• 代理公司: 北京辰權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11619
• 代理人: 劉廣達(dá)

一種適應(yīng)亞微米像素的UTBB光電探測元件及裝置，其中，所述UTBB光電探測元件包括：UTBB結(jié)構(gòu)與設(shè)置在所述UTBB結(jié)構(gòu)上表面的場效應(yīng)晶體管，其特點是具有不對稱的源端、漏端區(qū)域，通過光生載流子對所述場效應(yīng)晶體管的閾值電壓產(chǎn)生的影響，從而根據(jù)漏端電流間接評估光照強度。本發(fā)明的優(yōu)點為，在微觀結(jié)構(gòu)上，單個像素單元內(nèi)僅包括一個晶體管，減小了單個像素單元的體積，像素單元采用“槽”隔離方式，降低了串?dāng)_，襯底結(jié)構(gòu)可采用均勻摻雜，簡化了工藝和注入工藝所引起的元件損傷。在宏觀結(jié)構(gòu)上，探測元件陣列的組成方式與現(xiàn)有SOI MOSFET工藝相兼容，便于陣列化時序設(shè)計，使其更適合于亞微米像素。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硅基光電探測領(lǐng)域，特別是涉及一種適應(yīng)亞微米像素的UTBB光電探測元件及裝置，用于軍事、醫(yī)療、汽車移動設(shè)備等領(lǐng)域的光電成像。

背景技術(shù)

目前主流光電成像探測裝置的探測元件一般采用電荷耦合元件(CCD Charge-coupled Device)或互補金屬氧化物半導(dǎo)體元件(CMOS Complementary Metal OxideSemiconductor)作為探測裝置的主要探測元件，其中CCD光電探測元件直接通過電荷轉(zhuǎn)移進(jìn)行光電探測，而CMOS光電探測元件需通過光電二極管收集電荷后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栐俳?jīng)過CMOS電路放大從而進(jìn)行光電探測。兩種光電探測元件具有各自的優(yōu)勢和不足，CCD是以行為單位的電流信號，CMOS則是以點為單位的電荷信號，CCD每曝光一次，在快門關(guān)閉后即進(jìn)行像素轉(zhuǎn)移處理，將每一行中的每一個像素單元的電荷信號依序傳入緩沖器中，并由底端的線路引導(dǎo)輸出至CCD旁的放大器進(jìn)行放大。相對的，CMOS的設(shè)計中每個像素單元旁就是放大器，這樣一來，CMOS的像素結(jié)構(gòu)較CCD更為復(fù)雜，且由于每個放大器具有差異，導(dǎo)致其噪點較多。但是相對的，由于CMOS感光二極管的旁邊就是放大器，所以其電荷驅(qū)動方式可采用主動驅(qū)動方式，不需要額外的驅(qū)動電壓。而CCD的電荷驅(qū)動卻為被動式，需加施加額外的電壓使得每個像素單元中的電荷移動至傳輸通道，并且外加電壓需達(dá)到12V以上水平，這樣一來導(dǎo)致CCD必須有更加精密的電源線路設(shè)計和耐壓強度，使得其耗電量和工藝水平遠(yuǎn)高于CMOS。此外由于器件本身結(jié)構(gòu)限制，兩種光電探測元件單個像素單元內(nèi)均包含有多個晶體管等元件結(jié)構(gòu)，使得像素尺寸局限在微米量級以上而無法進(jìn)一步縮小。

除上述外，目前還有采用UTBB(Ultra-Thin Box and Body超薄體及埋氧)結(jié)構(gòu)作為圖像傳感器的方案，方案中使用UTBB結(jié)構(gòu)結(jié)合p-n節(jié)型光電二極管或p-i-n節(jié)型光電二極管作為光電吸收區(qū)襯底結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行光電探測。但是該方案中像素間的隔離采用絕緣墊片進(jìn)行隔離，導(dǎo)致其串?dāng)_較大，且襯底進(jìn)為非均勻式摻雜，需要額外的注入工藝，工藝難度較大。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述情況，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，公開了一種適應(yīng)亞微米像素的UTBB光電探測元件，包括：UTBB結(jié)構(gòu)與設(shè)置在所述UTBB結(jié)構(gòu)上表面的場效應(yīng)晶體管。

優(yōu)選的，所述場效應(yīng)晶體管，包括：柵端、源端與漏端，所述源端和漏端被隔離在溝道的兩側(cè)，所述柵端位于所述溝道上方并通過絕緣氧化物與溝道隔開。

更優(yōu)選的，所述漏端結(jié)構(gòu)在水平方向上的寬度大于所述源端結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述UTBB結(jié)構(gòu)包括：埋氧層和與所述埋氧層相接觸的襯底。

優(yōu)選的，所述元件的兩端具有隔離區(qū)。

更優(yōu)選的，所述元件通過在漏端與襯底施加相反的電位，使得光生載流子聚集在漏端下方的襯底中，其后將柵端施加與漏端相同的電位，從而使得柵端下方的襯底中同樣聚集有光生載流子，柵端下方的光生載流子對場效應(yīng)晶體管的閾值電壓產(chǎn)生影響，從而根據(jù)漏端電流間接評估光照強度。

更優(yōu)選的，所述元件通過將源端與漏端置零電位，襯底置正電位，從而使得聚集的光生載流子在電場作用下通過襯底漂移出去，完成光電探測器的復(fù)位過程。