[發(fā)明專利]基于雙控制柵的復合介質(zhì)柵可控自增益光敏探測器件

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910966070.5
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110828605A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設計）人: 馬浩文
• 申請（專利權(quán)）人: 南京威派視半導體技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01L31/113
• 分類號: H01L31/113
• 代理公司: 江蘇法德東恒律師事務所 32305
• 代理人: 李媛媛

本發(fā)明公開了一種基于雙控制柵的復合介質(zhì)柵可控自增益光敏探測器件。該器件包括復合介質(zhì)柵、MOS電容和感光晶體管，復合介質(zhì)柵的P型基底上方依次設有底層介質(zhì)層、浮柵和頂層介質(zhì)層，頂層介質(zhì)層上方設有MOS電容的控制柵極和感光晶體管的控制柵極，感光晶體管的控制柵極通過互連導線和P型基底連接；MOS電容和感光晶體管設置在P型基底內(nèi)，并通過淺槽隔離；感光晶體管設有源極和漏極；MOS電容和感光晶體管之間通過浮柵相連。本發(fā)明的器件能實現(xiàn)低功耗的感光自增益功能和增益控制功能，同時滿足對強光和弱光的探測需求，實現(xiàn)高動態(tài)范圍的光敏探測。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及光敏探測器件，尤其是可控自增益光敏探測器件的結(jié)構(gòu)、工作機制，具體涉及一種基于雙控制柵的復合介質(zhì)柵的可控自增益光敏探測器件。

背景技術(shù)

半導體光敏器件在日常生活和國防領域發(fā)揮著極其重要的作用，如圖像傳感器、光敏開關、光功率計等。目前，大多數(shù)半導體光敏器件都是應用在光照下，光子被半導體吸收而產(chǎn)生電子空穴對，通過電子空穴對的分離和移動產(chǎn)生電流。當然，其中多數(shù)都是需要有外加電壓的，并且一般來說其光電轉(zhuǎn)換的增益都是固定值，難以在需要進行高動態(tài)范圍的光敏探測并且低功耗的條件下應用。

公開號CN102938409A專利所示的光敏器件可以將光信號轉(zhuǎn)換為電流信號，但是其前提是必須在柵端或襯底端加上一定的電壓，不能做到無外加電壓下的光電轉(zhuǎn)換，無法實現(xiàn)低功耗的感光自增益功能。

公開號CN103137775A專利所示的光敏可控器件雖然可以實現(xiàn)低功耗的感光自增益功能，并在一定程度上可以調(diào)節(jié)光電轉(zhuǎn)換的增益，但其是通過FN隧穿的編程或擦除來實現(xiàn)抑制和放大兩種工作態(tài)，而FN隧穿除了會對器件造成損傷外，還難以精確控制，所以并不能完成真正意義上的增益控制功能，不能實現(xiàn)高動態(tài)范圍的光敏探測。

因此，現(xiàn)有的光敏探測器件都不能同時滿足增益控制功能和低功耗的感光自增益功能，而實際的需求對高集成度、多功能的光敏探測器件提出了要求，低功耗的感光自增益并且增益可控的光敏探測器件更可以在諸多領域發(fā)揮作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是基于復合介質(zhì)柵MOSFET光敏探測器，提供一種雙控制柵的復合介質(zhì)柵可控自增益光敏探測器件。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

基于雙控制柵的復合介質(zhì)柵可控自增益光敏探測器件，包括復合介質(zhì)柵、MOS電容和感光晶體管，所述復合介質(zhì)柵的P型基底上方依次設有底層介質(zhì)層、浮柵和頂層介質(zhì)層，頂層介質(zhì)層上方設有MOS電容的控制柵極和感光晶體管的控制柵極，感光晶體管的控制柵極通過互連導線和P型基底連接；所述MOS電容和感光晶體管設置在P型基底內(nèi)，并通過淺槽隔離；所述感光晶體管設有源極和漏極；所述MOS電容和感光晶體管之間通過浮柵相連。

進一步地，所述浮柵是電子導體或半導體。

進一步地，所述MOS電容和感光晶體管共用浮柵。

進一步地，所述MOS電容的控制柵極和感光晶體管的控制柵極為多晶硅、金屬或透明導電電極。

進一步地，所述感光晶體管的控制柵極或P型基底至少有一處為對探測器探測波長透明或半透明的窗口。

進一步地，所述底層介質(zhì)層和頂層介質(zhì)層均為絕緣材料。

進一步地，位于所述MOS電容和感光晶體管上方的底層介質(zhì)層和頂層介質(zhì)層的厚度相同或者不同。

進一步地，所述底層介質(zhì)層和頂層介質(zhì)層的厚度均大于6nm。

進一步地，所述感光晶體管的控制柵極和P型基底保持浮空，感光晶體管的源極接地，其漏極加上0.1V～3V的固定電壓；所述MOS電容的控制柵極在初始條件下接地，在強光照條件下，給所述MOS電容的控制柵極加上-3V～0V的固定電壓。