專利名稱：一種固態(tài)成像探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)成像探測(cè)器件，尤其是基于CMOS工藝制造的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像探測(cè)器件，可應(yīng)用于攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、掌上電腦、手機(jī)、PDA等產(chǎn)品中作為圖像傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在廣泛運(yùn)用的固態(tài)成像器件主要有兩類電荷耦合器件(CXD)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(yōu)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(diǎn)；而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的優(yōu)點(diǎn)，但也存在靈敏度不高和噪聲較大的問(wèn)題。由此可見(jiàn)CCD和CMOSAPS成像器件都各有優(yōu)缺點(diǎn)。除了 C⑶和CMOS APS以外，基于非揮發(fā)性存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像器件也已經(jīng)被提出。該器件的工作原理是在利用MOSFET結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器的溝道區(qū)域形 成光電轉(zhuǎn)換區(qū)，當(dāng)光照射到光電轉(zhuǎn)換區(qū)產(chǎn)生光生電子和空穴對(duì)，產(chǎn)生的光電子在柵極電場(chǎng)的作用下注入到存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)層中并存儲(chǔ)起來(lái)，使存儲(chǔ)型成像器件的閾值電壓發(fā)生變化，最后通過(guò)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(chǔ)器結(jié)構(gòu)的成像器件兼具CCD和CMOS-APS的優(yōu)點(diǎn)，但又克服了它們的很多弱點(diǎn)，其特點(diǎn)和優(yōu)越性包括器件面積小；生產(chǎn)工藝與CMOS工藝兼容，成本低；漏電流低，成像速度比CXD快；對(duì)工藝缺陷不敏感；動(dòng)態(tài)范圍大；支持多次讀出。然而提出的這些存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)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(qū)域作為光電子的產(chǎn)生和收集區(qū)。當(dāng)入射光子的能量很大比如在紫外光波段，器件存儲(chǔ)層上的電荷可能會(huì)獲得足夠的能量而從存儲(chǔ)層中逃逸，或者器件襯底或柵極的電子會(huì)直接進(jìn)入存儲(chǔ)層，改變存儲(chǔ)層中的電荷量和電荷分布，從而影響了探測(cè)精度。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明提出一種基于MOSFET存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像探測(cè)器，尤其是利用MOSFET存儲(chǔ)器的源區(qū)作為光電轉(zhuǎn)換區(qū)，并將產(chǎn)生的光電子轉(zhuǎn)移到柵極下方的溝道區(qū)域，并進(jìn)一步將轉(zhuǎn)移來(lái)的光電子注入到存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)層中而改變器件的閾值電壓，最后讀出探測(cè)器的漏極電流來(lái)確定所探測(cè)到的光的強(qiáng)度。技術(shù)方案本發(fā)明的固態(tài)成像探測(cè)器是一種共用源區(qū)的雙MOSFET存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的成像探測(cè)器，探測(cè)器單元的構(gòu)成是在基底P型半導(dǎo)體硅材料上方的兩側(cè)設(shè)有重?fù)诫s的N型半導(dǎo)體區(qū)域，分別構(gòu)成探測(cè)器的兩個(gè)漏區(qū)，基底P型半導(dǎo)體硅材料上方的中央設(shè)有重?fù)诫s的N型半導(dǎo)體區(qū)域，構(gòu)成探測(cè)器的源區(qū)，上述兩個(gè)漏區(qū)和共用的源區(qū)之間基底的正上方依次分別設(shè)有隧穿氧化層、光電子存儲(chǔ)層、阻擋絕緣介質(zhì)層和控制柵極，控制柵極的上方覆蓋有光阻擋層；探測(cè)器的源區(qū)和漏區(qū)的大小不對(duì)稱，漏區(qū)面積相對(duì)源區(qū)較小，且漏區(qū)表面被金屬硅化物所覆蓋，防止光照入漏區(qū)；探測(cè)器的源區(qū)面積較大，為探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換區(qū)；探測(cè)器的源區(qū)采用N+注入形成的埋層構(gòu)成，源區(qū)半導(dǎo)體表面沒(méi)有被金屬硅化物所覆蓋；探測(cè)器的兩個(gè)漏區(qū)和共用的源區(qū)之間分別形成兩個(gè)MOSFET結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)管；從控制柵極往下到基底層沒(méi)有對(duì)探測(cè)光波透明的或半透明的窗口，而在源區(qū)的上方設(shè)有對(duì)光波透明的或半透明的窗口。探測(cè)器的光電子存儲(chǔ)層是多晶硅、Si3N4 ;隧穿氧化層是Si02、Al2O3，等效SiO2的厚度為4 7nm ;阻擋絕緣介質(zhì)層是Si02、Si02/ Si3N4/Si02復(fù)合層、Al2O3，等效SiO2的厚度為8 20nm ;控制柵極是多晶娃、金屬。所述探測(cè)器單元采用多個(gè)，以典型的NOR型存儲(chǔ)陣列架構(gòu)構(gòu)成大規(guī)模成像陣列，一個(gè)NOR陣列上相鄰的兩個(gè)存儲(chǔ)管單元共用一個(gè)源區(qū)，構(gòu)成一個(gè)探測(cè)器單元；源區(qū)面積較大，由N+注入的埋層構(gòu)成，源區(qū)作為每個(gè)探測(cè)器單元的光電轉(zhuǎn)換區(qū)。工作過(guò)程依次為光電子產(chǎn)生和收集，光電子轉(zhuǎn)移、注入和存儲(chǔ)，光電子讀出和復(fù)位操作。在光電子產(chǎn)生和收集階段，探測(cè)器的兩個(gè)控制柵極上同時(shí)施加一個(gè)電壓為5 10V， 時(shí)間為10 IOOms的正脈沖，襯底接地，源極和漏極浮空，則源區(qū)和襯底之間的PN結(jié)處于反偏，形成耗盡層。當(dāng)光照射到源區(qū)耗盡層上，有光生電子和空穴對(duì)產(chǎn)生。產(chǎn)生的光電子存儲(chǔ)在源區(qū)與襯底構(gòu)成的光電二極管內(nèi)，產(chǎn)生的空穴流向襯底。在光電子轉(zhuǎn)移、注入和存儲(chǔ)階段，一個(gè)電壓為10 20V,時(shí)間為5 20us的正脈沖施加在探測(cè)器的兩個(gè)柵極和襯底之間，而源極和漏極浮空，則源區(qū)光電二極管耗盡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生和收集的光電子轉(zhuǎn)移到源區(qū)左右兩邊柵極下的溝道耗盡區(qū)勢(shì)阱內(nèi)。隨著兩個(gè)控制柵極下襯底耗盡區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移來(lái)的光電子增多，襯底耗盡區(qū)勢(shì)阱內(nèi)的電勢(shì)逐漸降低，導(dǎo)致探測(cè)器隧穿氧化層中的電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)一步增大。當(dāng)器件隧穿氧化層中的電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)，從源區(qū)轉(zhuǎn)移到兩個(gè)存儲(chǔ)管耗盡區(qū)內(nèi)的光電子通過(guò)FN隧穿效應(yīng)穿過(guò)隧穿氧化層到達(dá)兩個(gè)存儲(chǔ)管的電荷存儲(chǔ)層，使兩個(gè)存儲(chǔ)管的閾值電壓同時(shí)增高。在光電子讀出階段，探測(cè)器的兩個(gè)控制柵極同時(shí)接一個(gè)正偏電壓3 6V，漏極接一個(gè)正偏電壓O. I O. 5V，源極和襯底接地，調(diào)節(jié)漏極電壓使探測(cè)器單元的兩個(gè)存儲(chǔ)管工作在線性區(qū)或亞閾區(qū)，對(duì)組成探測(cè)器單元的兩個(gè)存儲(chǔ)管分別讀出漏極電流，并與無(wú)光探測(cè)讀出時(shí)的漏極電流進(jìn)行比較，確定兩個(gè)存儲(chǔ)管所存儲(chǔ)的光電子數(shù)目。最后對(duì)每個(gè)探測(cè)器單元包含的兩個(gè)存儲(chǔ)管所存儲(chǔ)的光電子數(shù)目相加得到每個(gè)探測(cè)單元所探測(cè)到的總的光電子數(shù)目。在復(fù)位階段，探測(cè)器單元的兩個(gè)控制柵極和襯底之間施加一個(gè)-10 -20V脈沖，將存儲(chǔ)層上存儲(chǔ)的電荷抽回襯底，使探測(cè)器單元兩個(gè)存儲(chǔ)管的閾值電壓恢復(fù)到初始狀態(tài)，為下一次工作做準(zhǔn)備。需要說(shuō)明的是
(一)所述探測(cè)器的光電子存儲(chǔ)層是多晶硅、Si3N4或其它電子導(dǎo)體或半導(dǎo)體；隧穿氧化層是Si02、Al2O3或其他高k絕緣介質(zhì)層，等效SiO2的厚度為4 7nm ;阻擋絕緣介質(zhì)層是Si02、SiO2/ Si3N4/ SiO2復(fù)合層、Al2O3或其他高k絕緣介質(zhì)層，等效SiO2的厚度為8 20nm ;控制柵極是多晶硅、金屬或其他導(dǎo)電電極。所述探測(cè)器的典型結(jié)構(gòu)是基于Metal-SiO2-Si3N4-SiO2-Si (MNOS)、Polysilicon-SiO2-Si3N4-SiO2-Si (SONOS)或者浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。(二)所述多個(gè)探測(cè)器單管能以NOR存儲(chǔ)陣列架構(gòu)形成大規(guī)模成像陣列。一個(gè)NOR陣列上相鄰的兩個(gè)存儲(chǔ)器單元共用一個(gè)源區(qū)，構(gòu)成一個(gè)探測(cè)器單元。源區(qū)面積較大，由N+注入的埋層構(gòu)成，無(wú)需接觸孔，源區(qū)表面沒(méi)有被金屬硅化物覆蓋，源區(qū)作為每個(gè)探測(cè)器單元的光電轉(zhuǎn)換區(qū)。
(三)所述探測(cè)器是按照以下機(jī)制進(jìn)行工作的。(I)光電子產(chǎn)生和收集。探測(cè)器的源區(qū)與襯底之間形成光電二極管，作為光電轉(zhuǎn)換區(qū)。當(dāng)探測(cè)器的兩個(gè)柵極同時(shí)施加一個(gè)正偏電壓，襯底接地，源極和漏極浮空時(shí)，由于源區(qū)電容和柵極電容的耦合作用，源區(qū)和襯底之間的PN結(jié)處于反偏，形成耗盡層。當(dāng)光照射到源區(qū)的耗盡層上，有光生電子和空穴對(duì)產(chǎn)生。產(chǎn)生的空穴流向襯底，而產(chǎn)生的光電子存儲(chǔ)在源區(qū)構(gòu)成的光電二極管耗盡層內(nèi)。(2)光電子轉(zhuǎn)移、注入和存儲(chǔ)。當(dāng)光電子產(chǎn)生和收集后，一個(gè)更高的正電壓脈沖同時(shí)施加在探測(cè)器的兩個(gè)控制柵極和襯底之間，兩個(gè)存儲(chǔ)管控制柵極正下方的溝道表面被深耗盡并形成勢(shì)阱，于是源區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的光電子通過(guò)戽鏈器件(BBD)工作模式轉(zhuǎn)移到左、右兩個(gè)存儲(chǔ)管柵極正下方溝道的耗盡層內(nèi)。電荷的轉(zhuǎn)移會(huì)一致持續(xù)，直到源區(qū)的電勢(shì)和溝道表面耗盡層的電勢(shì)達(dá)到平衡。當(dāng)柵極下方耗盡層內(nèi)轉(zhuǎn)移得到的光電子逐漸增多，電勢(shì)也隨之降低，導(dǎo)致探測(cè)器隧穿氧化層中的電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)一步增大。當(dāng)探測(cè)器隧穿氧化層中的電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)，從源區(qū)轉(zhuǎn)移到兩個(gè)存儲(chǔ)管耗盡區(qū)內(nèi)的光電子通過(guò)FN隧穿效應(yīng)穿過(guò)隧穿氧化層到達(dá)兩個(gè)存儲(chǔ)管的電荷存儲(chǔ)層，使兩個(gè)存儲(chǔ)管的閾值電壓同時(shí)增高?！?3)光電子讀出。當(dāng)探測(cè)器的柵極同時(shí)接一個(gè)正偏電壓，漏極接一個(gè)正偏電壓，源極和襯底接地，使探測(cè)器的兩個(gè)存儲(chǔ)管工作在線性區(qū)或亞閾區(qū)，對(duì)探測(cè)器的兩個(gè)存儲(chǔ)管分別讀出漏極電流并確定光電子數(shù)目。然后進(jìn)行相加最后得到每個(gè)探測(cè)器單元所探測(cè)到的總的光電子數(shù)目。(4)復(fù)位。在探測(cè)器的兩個(gè)控制柵和襯底之間或者兩個(gè)控制柵和源極之間施加一個(gè)負(fù)偏壓脈沖，將存儲(chǔ)層上存儲(chǔ)的電荷抽回襯底或源極上，使探測(cè)器兩個(gè)存儲(chǔ)管的閾值電壓恢復(fù)到初始狀態(tài)。有益效果本發(fā)明的工藝完全和浮柵型存儲(chǔ)器、SONOS存儲(chǔ)器等CMOS非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的制造工藝兼容，無(wú)需修改工藝，制造工藝成熟，成本低，容易實(shí)現(xiàn)；探測(cè)器利用MOSFET存儲(chǔ)器的源區(qū)作為光電轉(zhuǎn)換區(qū)使光電轉(zhuǎn)換區(qū)面積大，產(chǎn)生的光電子數(shù)目多，且不會(huì)隨著存儲(chǔ)器件柵極尺寸的縮小而導(dǎo)致收集的電子急劇減小的問(wèn)題；探測(cè)器的柵極上方設(shè)有光阻擋層，不會(huì)使探測(cè)器存儲(chǔ)層中的電荷受紫外光的照射發(fā)生流失而影響探測(cè)精度。


圖I是本發(fā)明探測(cè)器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是基于SONOS存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的探測(cè)器實(shí)施例。圖3是基于浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的探測(cè)器實(shí)施例。圖4是本發(fā)明探測(cè)器單管組成陣列時(shí)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5a、圖5b、圖5c、圖5d、圖5e是本發(fā)明探測(cè)器工作原理示意圖。
具體實(shí)施例方式(一)探測(cè)器結(jié)構(gòu)
所發(fā)明探測(cè)器結(jié)構(gòu)的剖面示意圖如圖I所示。由兩個(gè)共用一個(gè)源區(qū)的MOSFET結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)管構(gòu)成一個(gè)探測(cè)器單元。在基底P型半導(dǎo)體硅材料I上方的兩側(cè)設(shè)有重?fù)诫s的N型半導(dǎo)體區(qū)域，分別構(gòu)成探測(cè)器的兩個(gè)漏區(qū)2，基底P型半導(dǎo)體硅材料上方的中央設(shè)有重?fù)诫s的N型半導(dǎo)體區(qū)域，構(gòu)成探測(cè)器的源區(qū)3。兩個(gè)漏區(qū)和共用的源區(qū)之間基底的正上方依次分別設(shè)有隧穿氧化層4、光電子存儲(chǔ)層5、阻擋絕緣介質(zhì)層6和控制柵極7，控制柵極的正上方覆蓋有光阻擋層8。探測(cè)器的源區(qū)和漏區(qū)的大小不對(duì)稱，漏區(qū)2面積較小，且漏區(qū)表面被金屬硅化物9所覆蓋，防止光照入漏區(qū)。探測(cè)器的源區(qū)3面積較大，為探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換區(qū)。探測(cè)器的源區(qū)采用N+注入形成的埋層構(gòu)成，源區(qū)半導(dǎo)體表面沒(méi)有被金屬硅化物所覆蓋。探測(cè)器的兩個(gè)漏區(qū)和共用的源區(qū)之間分別形成兩個(gè)MOSFET結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)管MTl和MT2。從控制柵往下到基底層沒(méi)有對(duì)探測(cè)光波透明的或半透明的窗口，而在源區(qū)的上方設(shè)有對(duì)光波透明的或半透明的窗口。所述探測(cè)器的光電子存儲(chǔ)層5是多晶硅、Si3N4或其它電子導(dǎo)體或半導(dǎo)體；隧穿氧化層4是SiO2、Al2O3或其他高k絕緣介質(zhì)層，等效SiO2的厚度為4 7nm ;阻擋絕緣介質(zhì)層6是Si02、SiO2/ Si3N4/Si02復(fù)合層、Al2O3或其他高k絕緣介質(zhì)層，等效SiO2的厚度為8 20nm ;控制柵極7是多晶娃、金屬或其他導(dǎo)電電極。
所述探測(cè)器結(jié)構(gòu)的一個(gè)典型的實(shí)施例是共用源區(qū)的雙SONOS存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，如圖2所示。它的隧穿氧化層4是SiO2，光電子存儲(chǔ)層5是Si3N4,阻擋絕緣介質(zhì)層6是SiO2，控制柵極7是多晶硅，控制柵極正上方是對(duì)光不透明的光阻擋層8。漏區(qū)2面積較小，且漏區(qū)表面被金屬硅化物所覆蓋9，防止光照入漏區(qū)。源區(qū)3面積較大，為探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換區(qū)。探測(cè)器的源區(qū)采用N+注入形成的埋層構(gòu)成，源區(qū)半導(dǎo)體表面沒(méi)有被金屬硅化物所覆蓋。從控制柵極往下到基底層沒(méi)有對(duì)探測(cè)光波透明的或半透明的窗口，而在源區(qū)的上方設(shè)有對(duì)光波透明的或半透明的窗口。所述探測(cè)器結(jié)構(gòu)的另一個(gè)典型的實(shí)施例是共用源區(qū)的雙浮柵存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，如圖3所示。它的隧穿氧化層4是SiO2，光電子存儲(chǔ)層5是多晶硅，阻擋絕緣介質(zhì)層6是SiO2/Si3N4/Si02復(fù)合層，控制柵極7是多晶硅，控制柵極的正上方是對(duì)光不透明的光阻擋層8。漏區(qū)2面積較小，且漏區(qū)表面被金屬硅化物所覆蓋9，防止光照入漏區(qū)。源區(qū)3面積較大，為探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換區(qū)。探測(cè)器的源區(qū)采用N+注入形成的埋層構(gòu)成，源區(qū)半導(dǎo)體表面沒(méi)有被金屬硅化物所覆蓋。從控制柵極往下到基底層沒(méi)有對(duì)探測(cè)光波透明的或半透明的窗口，而在源區(qū)的上方設(shè)有對(duì)光波透明的或半透明的窗口。(二)探測(cè)器單元組成的成像陣列
所述眾多相同的探測(cè)器單管能以典型的NOR型存儲(chǔ)陣列架構(gòu)成大規(guī)模成像陣列，如圖4所示。一個(gè)陣列上相鄰的兩個(gè)存儲(chǔ)管共用一個(gè)公共的源區(qū)，一個(gè)源區(qū)(Common source)和它兩邊的兩個(gè)漏區(qū)(Bit line，位線)組成的兩個(gè)存儲(chǔ)單元構(gòu)成一個(gè)探測(cè)器單元。同時(shí)該探測(cè)器單元的漏區(qū)又是下一個(gè)相鄰探測(cè)器單元的漏區(qū)，Word line (字線)為探測(cè)器單元的控制柵極。因此所述的探測(cè)器單元具有很高的陣列密度。探測(cè)器單元的源區(qū)面積較大，由N+注入的埋層構(gòu)成，源區(qū)上無(wú)需接觸孔，源區(qū)表面沒(méi)有被金屬硅化物覆蓋，源區(qū)的上方設(shè)有對(duì)光波透明的或半透明的窗口，源區(qū)作為每個(gè)探測(cè)器單元的光電轉(zhuǎn)換區(qū)。探測(cè)器單元的漏區(qū)面積較小，且漏區(qū)表面被金屬硅化物所覆蓋，防止光照入漏區(qū)。探測(cè)器單元的控制柵極上方設(shè)有光阻擋層，從控制柵極往下到基底層沒(méi)有對(duì)探測(cè)光波透明的或半透明的窗口。(三)探測(cè)器工作原理和過(guò)程
I)光電子產(chǎn)生和收集
當(dāng)探測(cè)器的兩個(gè)控制柵極上同時(shí)施加一個(gè)電壓為5 10V,時(shí)間為10 IOOms的正脈沖，襯底接地，源極和漏極浮空，由于源區(qū)電容和控制柵極電容的耦合作用，源區(qū)和襯底之間的PN結(jié)處于反偏，形成耗盡層。當(dāng)光照射到源區(qū)耗盡層上，有光生電子和空穴對(duì)產(chǎn)生。在電荷積分時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生的光電子數(shù)目與光照積分時(shí)間成正比，產(chǎn)生的光電子存儲(chǔ)在源區(qū)與襯底構(gòu)成的光電二極管的耗盡區(qū)內(nèi)，產(chǎn)生的空穴流向襯底。具體操作示意如圖5(a)所示。2)光電子轉(zhuǎn)移
當(dāng)光電子產(chǎn)生控制和收集后，一個(gè)電壓為10 20V，時(shí)間為5 20US的正脈沖施加在探測(cè)器的兩個(gè)柵極和襯底之間，源極和漏極浮空，探測(cè)器兩個(gè)柵極下面的襯底表面溝道區(qū)被深耗盡，于是源區(qū)光電二極管內(nèi)產(chǎn)生和收集的光電子通過(guò)BBD模式轉(zhuǎn)移到源區(qū)左右兩邊柵極下的溝道耗盡區(qū)勢(shì)阱內(nèi)。電荷的轉(zhuǎn)移會(huì)一致持續(xù)，直到源區(qū)光電二極管內(nèi)的電勢(shì)和柵極下襯底耗盡區(qū)勢(shì)阱表面的電勢(shì)達(dá)到平衡。具體操作示意如圖5(b)所示。3)光電子注入和存儲(chǔ)
隨著兩個(gè)控制柵極下襯底耗盡區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移來(lái)的光電子數(shù)目增多，襯底耗盡區(qū)勢(shì)阱內(nèi)的電 勢(shì)逐漸降低，導(dǎo)致探測(cè)器隧穿氧化層中的電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)一步增大。當(dāng)器件隧穿氧化層中的電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)，從源區(qū)轉(zhuǎn)移到兩個(gè)存儲(chǔ)管耗盡區(qū)內(nèi)的光電子通過(guò)FN隧穿效應(yīng)穿過(guò)隧穿氧化層到達(dá)兩個(gè)存儲(chǔ)管的電荷存儲(chǔ)層，使兩個(gè)存儲(chǔ)管的閾值電壓同時(shí)增高。具體操作示意圖如圖5(c)所示。3)光電子讀出
當(dāng)探測(cè)器的兩個(gè)控制柵極同時(shí)接一個(gè)正偏電壓3 6V，漏極接一個(gè)正偏電壓O. I
O.5V，源極和襯底接地，調(diào)節(jié)漏極電壓使探測(cè)器單元的兩個(gè)存儲(chǔ)管工作在線性區(qū)或亞閾區(qū)，對(duì)組成探測(cè)器單元的兩個(gè)存儲(chǔ)管分別讀出漏極電流，并與無(wú)光探測(cè)讀出時(shí)的漏極電流進(jìn)行比較，確定兩個(gè)存儲(chǔ)管所存儲(chǔ)的光電子數(shù)目。最后對(duì)每個(gè)探測(cè)器單元包含的兩個(gè)存儲(chǔ)管所存儲(chǔ)的光電子相加得到每個(gè)探測(cè)單元所探測(cè)到的總的光電子數(shù)目。具體操作如圖示意圖5(d)所示。

4)復(fù)位
在探測(cè)器單元的兩個(gè)控制柵極和襯底之間施加一個(gè)-10 -20V脈沖，將存儲(chǔ)層上存儲(chǔ)的電荷抽回襯底，使探測(cè)器單元兩個(gè)存儲(chǔ)管的閾值電壓恢復(fù)到初始狀態(tài)，為下一次工作做準(zhǔn)備。具體操作如圖示意圖5(e)所示。也可在兩個(gè)控制柵極和源極之間施加一個(gè)-10 -20V脈沖，將存儲(chǔ)層上存儲(chǔ)的電荷抽回源區(qū)，使探測(cè)器的閾值電壓恢復(fù)到初始狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像探測(cè)器，其特征是該探測(cè)器是一種共用源區(qū)的雙MOSFET存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的成像探測(cè)器，探測(cè)器單元的構(gòu)成是在基底P型半導(dǎo)體硅材料(I)上方的兩側(cè)設(shè)有重?fù)诫s的N型半導(dǎo)體區(qū)域，分別構(gòu)成探測(cè)器的兩個(gè)漏區(qū)(2)，基底P型半導(dǎo)體硅材料(I)上方的中央設(shè)有重?fù)诫s的N型半導(dǎo)體區(qū)域，構(gòu)成探測(cè)器的源區(qū)(3)，上述兩個(gè)漏區(qū)和共用的源區(qū)之間基底的正上方依次分別設(shè)有隧穿氧化層(4)、光電子存儲(chǔ)層(5)、阻擋絕緣介質(zhì)層(6)和控制柵極(7)，控制柵極的上方覆蓋有光阻擋層(8);探測(cè)器的源區(qū)和漏區(qū)的大小不對(duì)稱，漏區(qū)(2)面積相對(duì)源區(qū)較小，且漏區(qū)表面被金屬硅化物所覆蓋(9)，防止光照入漏區(qū)；探測(cè)器的源區(qū)(3)面積較大，為探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換區(qū)；探測(cè)器的源區(qū)采用N+注入形成的埋層構(gòu)成，源區(qū)半導(dǎo)體表面沒(méi)有被金屬硅化物所覆蓋；探測(cè)器的兩個(gè)漏區(qū)和共用的源區(qū)之間分別形成兩個(gè)MOSFET結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)管；從控制柵極往下到基底層沒(méi)有對(duì)探測(cè)光波透明的或半透明的窗口，而在源區(qū)的上方設(shè)有對(duì)光波透明的或半透明的窗口。
2.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)成像探測(cè)器，其特征是探測(cè)器的光電子存儲(chǔ)層(5)是多晶硅、Si3N4 ;隧穿氧化層(4)是Si02、Al2O3，等效SiO2的厚度為4 7nm;阻擋絕緣介質(zhì)層(6)是Si02、SiO2/ Si3N4/Si02復(fù)合層、Al2O3,等效SiO2的厚度為8 20nm ;控制柵極(7)是多晶硅或金屬。
3.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)成像探測(cè)器，其特征是所述探測(cè)器單元采用多個(gè)，以典型的NOR型存儲(chǔ)陣列架構(gòu)構(gòu)成大規(guī)模成像陣列，一個(gè)NOR陣列上相鄰的兩個(gè)存儲(chǔ)管單元共用一個(gè)源區(qū)，構(gòu)成一個(gè)探測(cè)器單元；源區(qū)面積較大，由N+注入的埋層構(gòu)成，源區(qū)作為每個(gè)探測(cè)器單元的光電轉(zhuǎn)換區(qū)。
全文摘要
一種固態(tài)成像探測(cè)器，探測(cè)器每個(gè)單元的構(gòu)成是在基底P型半導(dǎo)體硅材料1上方的兩側(cè)設(shè)有重?fù)诫s的N型半導(dǎo)體區(qū)域，分別構(gòu)成探測(cè)器的兩個(gè)漏區(qū)2，在基底P型半導(dǎo)體硅材料上方的中央設(shè)有重?fù)诫s的N型半導(dǎo)體區(qū)域，構(gòu)成探測(cè)器的源區(qū)3。兩個(gè)漏區(qū)和共用源區(qū)之間基底的正上方依次分別設(shè)有隧穿氧化層4、光電子存儲(chǔ)層5、阻擋絕緣介質(zhì)層6和控制柵極7，控制柵極的上方覆蓋有光阻擋層8。探測(cè)器的兩個(gè)漏區(qū)和共用的源區(qū)之間分別形成兩個(gè)MOSFET結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)管。探測(cè)器的源區(qū)和漏區(qū)的大小不對(duì)稱，漏區(qū)2面積較小，且漏區(qū)表面被金屬硅化物所覆蓋9，防止光照入漏區(qū)。探測(cè)器的源區(qū)3面積較大，為探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換區(qū)。探測(cè)器的源區(qū)采用N+注入形成的埋層構(gòu)成，源區(qū)半導(dǎo)體表面沒(méi)有被金屬硅化物所覆蓋。從控制柵極往下到基底層沒(méi)有對(duì)探測(cè)光波透明的或半透明的窗口，而在源區(qū)的上方設(shè)有對(duì)光波透明的或半透明的窗口。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102916025SQ20121038433
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者徐躍, 趙菲菲, 岳恒 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)