輻射探測(cè)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種輻射探測(cè)電路，包括：用于感測(cè)待測(cè)輻射的第一PMOS晶體管；與第一PMOS晶體管連接的第一放大器；不感測(cè)待測(cè)輻射的第二PMOS晶體管；與第二PMOS晶體管相連的第二放大器；以及比較模塊，用于將第一放大器和第二放大器的輸出進(jìn)行比較，并將其差值進(jìn)行放大輸出。本發(fā)明簡(jiǎn)化了輻射探測(cè)電路的結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比極大地降低了功耗。
【專利說明】輻射探測(cè)電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種輻射探測(cè)電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 在太空中，很多電子設(shè)備都會(huì)暴露在一定的輻射環(huán)境下。為了保證這些電子設(shè)備 的可靠性，對(duì)總劑量輻射的檢測(cè)很有必要。因?yàn)橐坏┹椛淇倓┝砍^某一額度，就會(huì)導(dǎo)致電 子系統(tǒng)的失效。
[0003] PMOS總劑量輻射探測(cè)器主要包括由特定工藝制成的輻射敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管。由于 輻射后產(chǎn)生的氧化物陷阱與界面陷阱電荷使得MOSFET閾值電壓發(fā)生漂移。通過標(biāo)定閾值 電壓漂移量與輻照劑量的關(guān)系，測(cè)出閾值電壓漂移量得到輻射劑量的大小。一般說來，NMOS 輻射后，氧化物陷阱電荷使其閾值電壓發(fā)生負(fù)向漂移，但是界面電荷使其閾值電壓發(fā)生正 向漂移；PMOS輻射后產(chǎn)生的氧化物陷阱電荷和界面電荷都使得其閾值電壓負(fù)向漂移，因此 大部分的總劑量輻射探測(cè)電路一般采用PMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為總劑量輻射探測(cè)器。
[0004] 由上述原理可知，可以根據(jù)pMOS晶體管閾值電壓產(chǎn)生的變化設(shè)計(jì)出電路，使之能 夠反映出所受總劑量輻射環(huán)境的大小。如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)的探測(cè)電路示意圖，該讀出 電路由四個(gè)主要的模塊構(gòu)成，能夠?qū)⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸出。因此這個(gè)探測(cè)電路為 了滿足某些數(shù)字自動(dòng)化系統(tǒng)而過于復(fù)雜。但是在一般的應(yīng)用中，并不需要AD轉(zhuǎn)換。
[0005] 因此，希望提出一種能應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室中，較為簡(jiǎn)單的pMOS總劑量輻射監(jiān)測(cè)電路。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、功耗更低的輻射探測(cè)電路。
[0007] 本發(fā)明提供了一種一種輻射探測(cè)電路，包括：用于感測(cè)待測(cè)輻射的第一PMOS晶體 管；與第一PMOS晶體管連接的第一放大器；不感測(cè)待測(cè)輻射的第二PMOS晶體管；與第二 PMOS晶體管相連的第二放大器；以及比較模塊，用于將第一放大器和第二放大器的輸出進(jìn) 行比較，并將其差值進(jìn)行放大輸出。
[0008] 可選地，第一放大器是運(yùn)算放大器，所述第一PMOS晶體管的源極接電源電壓，漏 極連接第一放大器的共模輸入端，柵極連接所述第一放大器的差模輸入端，所述第一放大 器的輸出連接所述比較模塊的共模輸入端。
[0009] 可選地，所述第一PMOS晶體管的柵極和第一放大器的差模輸入端之間存在第一 穩(wěn)流電阻。
[0010] 可選地，第二放大器是運(yùn)算放大器，所述第二PMOS晶體管的源極接電源電壓，漏 極連接第二放大器的差模輸入端，柵極連接所述第二放大器的共模輸入端，所述第二放大 器的輸出連接所述比較模塊的差模輸入端。
[0011] 可選地，所述第二PMOS晶體管的柵極和第二放大器的共模輸入端之間存在第二 穩(wěn)流電阻。
[0012] 可選地，第一PMOS晶體管和第二PMOS晶體管配置完全相同，第一放大器和第二放 大器的配置完全相同。
[0013] 可選地，所述第一、第二PMOS晶體管工作于飽和區(qū)。
[0014] 可選地，所述比較模塊包括第三放大器，其輸出信號(hào)反映待測(cè)輻射的大小。
[0015] 可選地，所述輻射探測(cè)電路還包括穩(wěn)流模塊，所述穩(wěn)流模塊用于為第一PMOS晶體 管和第二PMOS晶體管的漏極提供相等的穩(wěn)定電流。
[0016] 可選地，所述穩(wěn)流模塊包括：恒定電壓源，其正極連接所述第一放大器的共模輸入 端和第二放大器的差模輸入端，負(fù)極接地；第三穩(wěn)流電阻，其一端接恒定電壓源的正極，一 端接地；第四穩(wěn)流電阻，其一端接恒定電壓源的正極，一端接地；所述第三穩(wěn)流電阻和第四 穩(wěn)流電阻阻值相等。
[0017] 現(xiàn)有技術(shù)的輻射探測(cè)電路采用AD轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，不用AD轉(zhuǎn)換，采 用模擬器件，同樣能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的輻射探測(cè)，這樣結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、功耗更低。本發(fā)明利用PMOS輻 射后產(chǎn)生的氧化物陷阱電荷和界面電荷都使得閾值電壓負(fù)向漂移的特點(diǎn)，利用閾值電壓漂 移量與輻照劑量的關(guān)系，用第一PMOS晶體管感測(cè)待測(cè)輻射。由于待測(cè)輻射的影響，使第一 PMOS晶體管的輸出偏移，經(jīng)第一放大器放大。而第二PMOS晶體管是未經(jīng)受輻射的，它的輸 出也經(jīng)第二放大器放大。第一放大器和第二放大器放大的信號(hào)再經(jīng)比較模塊比較，這個(gè)輸 出就能夠反映由于輻射的影響造成的第一PMOS晶體管的輸出電壓的偏移，該偏移反映了 輻射量。通過這種方式，采用簡(jiǎn)單的模擬電路，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)探測(cè)待測(cè)輻射的目的，達(dá)到了 以更簡(jiǎn)單的輻射、更低的功耗探測(cè)輻射的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 通過閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它 特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。
[0019] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)的輻射探測(cè)電路示意圖；
[0020] 圖2根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的輻射探測(cè)電路的結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0022] 所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類 似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅 用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或 例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè) 置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。
[0023] 本發(fā)明提供了一種基于運(yùn)算放大器的PMOS輻射探測(cè)電路。下面，將通過本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例對(duì)圖2所示的輻射探測(cè)電路進(jìn)行具體描述。如圖2所示，本發(fā)明所提供的輻射 探測(cè)電路包括以下結(jié)構(gòu)：
[0024] 用于感測(cè)待測(cè)輻射的第一PMOS晶體管Ml;
[0025] 與第一PMOS晶體管Ml連接的第一放大器Al;
[0026] 不感測(cè)待測(cè)輻射的第二PMOS晶體管M2;
[0027] 與第二PMOS晶體管M2相連的第二放大器A2;以及
[0028] 比較模塊，用于將第一放大器Al和第二放大器A2的輸出進(jìn)行比較，并將其差值進(jìn) 行放大輸出。
[0029] 可選地，第一放大器Al是運(yùn)算放大器，所述第一PMOS晶體管Ml的源極接電源電 壓，漏極連接第一放大器Al的共模輸入端，柵極連接所述第一放大器Al的差模輸入端，所 述第一放大器Al的輸出連接所述比較模塊的共模輸入端。但第一放大器也可以采用其它 放大器，只要能對(duì)第一PMOS管輸出的信號(hào)放大即可。由于第一PMOS輸出的信號(hào)太小，無法 直接測(cè)量或進(jìn)入比較模塊比較，因此要經(jīng)過第一放大器。采用運(yùn)算放大器有利于結(jié)構(gòu)進(jìn)一 步簡(jiǎn)單、進(jìn)一步降低功耗。
[0030] 可選地，所述第一PMOS晶體管Ml的柵極和第一放大器Al的差模輸入端之間存在 第一穩(wěn)流電阻R3。它有利于穩(wěn)定所述第一PMOS晶體管Ml的柵極和第一放大器Al的差模 輸入端之間的電流。
[0031] 優(yōu)選地，第二放大器A2是運(yùn)算放大器，所述第二PMOS晶體管M2的源極接電源電 壓，漏極連接第二放大器A2的差模輸入端，柵極連接所述第二放大器A2的共模輸入端，所 述第二放大器A2的輸出連接所述比較模塊的差模輸入端。但第二放大器也可以采用其它 放大器，只要能對(duì)第二PMOS管輸出的信號(hào)放大即可。由于第二PMOS輸出的信號(hào)太小，無法 直接測(cè)量或進(jìn)入比較模塊比較，因此要經(jīng)過第二放大器。采用運(yùn)算放大器有利于結(jié)構(gòu)進(jìn)一 步簡(jiǎn)單、進(jìn)一步降低功耗。
[0032] 可選地，所述第二PMOS晶體管M2的柵極和第二放大器A2的共模輸入端之間存在 第二穩(wěn)流電阻R4。它的作用與R3類似。
[0033] 其中，第一PMOS晶體管Ml和第二PMOS晶體管M2配置完全相同，第一放大器Al 和第二放大器A2的配置完全相同。
[0034] 其中，所述第一、第二PMOS晶體管Ml、M2工作于飽和區(qū)。
[0035] 可選地,所述比較模塊包括第三放大器A3,，其輸出信號(hào)反映待測(cè)輻射的大小。但 也可以采用其它比較模塊，如搭建的比較電路。
[0036] 其中，所述輻射探測(cè)電路還包括穩(wěn)流模塊，所述穩(wěn)流模塊用于為第一PMOS晶體管 Ml和第二PMOS晶體管M2的漏極提供相等的穩(wěn)定電流。
[0037] 其中，所述穩(wěn)流模塊包括：
[0038] 恒定電壓源V，其正極連接所述第一放大器Al的共模輸入端和第二放大器A2的差 模輸入端，負(fù)極接地；
[0039] 第三穩(wěn)流電阻R1，其一端接恒定電壓源的正極，一端接地；
[0040] 第四穩(wěn)流電阻R2,其一端接恒定電壓源的正極，一端接地；
[0041] 所述第三穩(wěn)流電阻Rl和第四穩(wěn)流電阻R2阻值相等。
[0042] 下面對(duì)詳細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體介紹。
[0043] 所述輻射感應(yīng)探測(cè)器主要是由特定工藝制成的輻射敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管。由于輻射 后產(chǎn)生的氧化物陷阱與界面陷阱電荷使得MOSFET閾值電壓發(fā)生漂移。通過標(biāo)定閾值電壓 漂移量與輻照劑量的關(guān)系，測(cè)出閾值電壓漂移量得到輻射劑量的大小。一般說來，NMOS輻 射后，氧化物陷阱電荷使其閾值電壓發(fā)生負(fù)向漂移，但是界面電荷使其閾值電壓發(fā)生正向 漂移；PMOS輻射后產(chǎn)生的氧化物陷阱電荷和界面電荷都使得其閾值電壓負(fù)向漂移，這就是 一般采用PMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為總劑量輻射探測(cè)器的原因。
[0044] 輻射后，處于飽和區(qū)的PMOS的閾值電壓產(chǎn)生負(fù)向漂移，根據(jù)PMOS晶體管飽和區(qū)的 電流公式：
[0045] 根據(jù)PMOS晶體管飽和區(qū)的電流公式：
[0046]

【權(quán)利要求】
1. 一種福射探測(cè)電路，包括： 用于感測(cè)待測(cè)福射的第一 PMOS晶體管（Ml); 與第一 PMOS晶體管（Ml)連接的第一放大器（A1); 不感測(cè)待測(cè)福射的第二PMOS晶體管（M2); 與第二PMOS晶體管（M2)相連的第二放大器（A2) 及 比較模塊，用于將第一放大器（A1)和第二放大器（A2)的輸出進(jìn)行比較，并將其差值進(jìn) 行放大輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的福射探測(cè)電路，其特征在于，第一放大器（A1)是運(yùn)算放大器， 所述第一 PMOS晶體管（Ml)的源極接電源電壓，漏極連接第一放大器（A1)的共模輸入端， 柵極連接所述第一放大器（A1)的差模輸入端，所述第一放大器（A1)的輸出連接所述比較 模塊的共模輸入端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的福射探測(cè)電路，其特征在于，所述第一 PMOS晶體管（Ml)的柵 極和第一放大器（A1)的差模輸入端之間存在第一穩(wěn)流電阻化3)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的福射探測(cè)電路，其特征在于，第二放大器（A2)是運(yùn)算放大器， 所述第二PMOS晶體管（M2)的源極接電源電壓，漏極連接第二放大器（A2)的差模輸入端， 柵極連接所述第二放大器（A2)的共模輸入端，所述第二放大器（A2)的輸出連接所述比較 模塊的差模輸入端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的福射探測(cè)電路，其特征在于，所述第二PMOS晶體管（M2)的柵 極和第二放大器（A2)的共模輸入端之間存在第二穩(wěn)流電阻（R4)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任何一項(xiàng)所述的福射探測(cè)電路，其特征在于，第一 PMOS晶 體管（Ml)和第二PMOS晶體管（M2)配置完全相同，第一放大器（A1)和第二放大器（A2)的 配置完全相同。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的福射探測(cè)電路，其特征在于，所述第一、第二PMOS晶體管 (Ml、M2)工作于飽和區(qū)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的福射探測(cè)電路，其特征在于，所述比較模塊包括第H放大器 (A3)，其輸出信號(hào)反映待測(cè)福射的大小。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的福射探測(cè)電路，其特征在于，所述福射探測(cè)電路還包括穩(wěn)流 模塊，所述穩(wěn)流模塊用于為第一 PMOS晶體管（Ml)和第二PMOS晶體管（M2)的漏極提供相 等的穩(wěn)定電流。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的福射探測(cè)電路，其特征在于，所述穩(wěn)流模塊包括： 恒定電壓源（V)，其正極連接所述第一放大器（A1)的共模輸入端和第二放大器（A2)的 差模輸入端，負(fù)極接地； 第H穩(wěn)流電阻巧1)，其一端接恒定電壓源的正極，一端接地； 第四穩(wěn)流電阻巧2)，其一端接恒定電壓源的正極，一端接地； 所述第H穩(wěn)流電阻巧1)和第四穩(wěn)流電阻巧2)阻值相等。
【文檔編號(hào)】G01T1/02GK104345328SQ201410594524
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】劉夢(mèng)新, 劉鑫, 趙發(fā)展, 韓鄭生 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所