一种适应亚微米像素的UTBB光电探测元件及装置制造方法及图纸

一种适应亚微米像素的UTBB光电探测元件及装置，其中，所述UTBB光电探测元件包括：UTBB结构与设置在所述UTBB结构上表面的场效应晶体管，其特点是具有不对称的源端、漏端区域，通过光生载流子对所述场效应晶体管的阈值电压产生的影响，从而根据漏端电流间接评估光照强度。本发明专利技术的优点为，在微观结构上，单个像素单元内仅包括一个晶体管，减小了单个像素单元的体积，像素单元采用“槽”隔离方式，降低了串扰，衬底结构可采用均匀掺杂，简化了工艺和注入工艺所引起的元件损伤。在宏观结构上，探测元件阵列的组成方式与现有SOI MOSFET工艺相兼容，便于阵列化时序设计，使其更适合于亚微米像素。

UTBB photoelectric detector and device suitable for sub micron pixel

A UTBB photoelectric detection element and device adapted to sub-micron pixels, wherein the UTBB photoelectric detection element comprises a UTBB structure and a field effect transistor arranged on the surface of the UTBB structure, characterized by an asymmetrical source-drain region and a threshold voltage of the field effect transistor through a photogenerated carrier. The influence of light intensity is evaluated indirectly based on leakage current. The invention has the advantages that, in microstructure, only one transistor is included in a single pixel unit to reduce the volume of a single pixel unit, the pixel unit adopts a \slot\ isolation mode to reduce crosstalk, and the substrate structure can be uniformly doped to simplify the component damage caused by the process and injection process. In macrostructure, the array of detectors is compatible with the existing SOI MOSFET process, which makes it more suitable for sub-micron pixels.

【技术实现步骤摘要】
一种适应亚微米像素的UTBB光电探测元件及装置
本专利技术涉及硅基光电探测领域，特别是涉及一种适应亚微米像素的UTBB光电探测元件及装置，用于军事、医疗、汽车移动设备等领域的光电成像。
技术介绍
目前主流光电成像探测装置的探测元件一般采用电荷耦合元件(CCDCharge-coupledDevice)或互补金属氧化物半导体元件(CMOSComplementaryMetalOxideSemiconductor)作为探测装置的主要探测元件，其中CCD光电探测元件直接通过电荷转移进行光电探测，而CMOS光电探测元件需通过光电二极管收集电荷后转变为电压信号再经过CMOS电路放大从而进行光电探测。两种光电探测元件具有各自的优势和不足，CCD是以行为单位的电流信号，CMOS则是以点为单位的电荷信号，CCD每曝光一次，在快门关闭后即进行像素转移处理，将每一行中的每一个像素单元的电荷信号依序传入缓冲器中，并由底端的线路引导输出至CCD旁的放大器进行放大。相对的，CMOS的设计中每个像素单元旁就是放大器，这样一来，CMOS的像素结构较CCD更为复杂，且由于每个放大器具有差异，导致其噪点较多。但是相对的，由于CMOS感光二极管的旁边就是放大器，所以其电荷驱动方式可采用主动驱动方式，不需要额外的驱动电压。而CCD的电荷驱动却为被动式，需加施加额外的电压使得每个像素单元中的电荷移动至传输通道，并且外加电压需达到12V以上水平，这样一来导致CCD必须有更加精密的电源线路设计和耐压强度，使得其耗电量和工艺水平远高于CMOS。此外由于器件本身结构限制，两种光电探测元件单个像素单元内均包含有多个晶体管等元件结构，使得像素尺寸局限在微米量级以上而无法进一步缩小。除上述外，目前还有采用UTBB(Ultra-ThinBoxandBody超薄体及埋氧)结构作为图像传感器的方案，方案中使用UTBB结构结合p-n节型光电二极管或p-i-n节型光电二极管作为光电吸收区衬底结构，从而进行光电探测。但是该方案中像素间的隔离采用绝缘垫片进行隔离，导致其串扰较大，且衬底进为非均匀式掺杂，需要额外的注入工艺，工艺难度较大。
技术实现思路
针对上述情况，根据本专利技术的一个方面，公开了一种适应亚微米像素的UTBB光电探测元件，包括：UTBB结构与设置在所述UTBB结构上表面的场效应晶体管。优选的，所述场效应晶体管，包括：栅端、源端与漏端，所述源端和漏端被隔离在沟道的两侧，所述栅端位于所述沟道上方并通过绝缘氧化物与沟道隔开。更优选的，所述漏端结构在水平方向上的宽度大于所述源端结构。优选的，所述UTBB结构包括：埋氧层和与所述埋氧层相接触的衬底。优选的，所述元件的两端具有隔离区。更优选的，所述元件通过在漏端与衬底施加相反的电位，使得光生载流子聚集在漏端下方的衬底中，其后将栅端施加与漏端相同的电位，从而使得栅端下方的衬底中同样聚集有光生载流子，栅端下方的光生载流子对场效应晶体管的阈值电压产生影响，从而根据漏端电流间接评估光照强度。更优选的，所述元件通过将源端与漏端置零电位，衬底置正电位，从而使得聚集的光生载流子在电场作用下通过衬底漂移出去，完成光电探测器的复位过程。根据本专利技术的另一个方面，公开了一种适应亚微米像素的UTBB光电探测装置，包括：由M×N个上述权利要求1-7所述的元件组成的像素单元阵列，其中M、N为大于等于2的自然数。优选的，所述装置进一步包括M行字线、N列位线、公共源极端与公共衬底端，其中每行元件的栅极与所述字线相连，每列元件的漏极与所述位线相连，所有元件的源极与公共源极端相连、所有元件的衬底均与公共衬底端相连。更优选的，所述元件间的隔离方式为槽隔离。本专利技术的优点为，在微观结构上，单个像素单元内仅包括一个晶体管，有效的减小了单个像素单元的体积，像素单元的隔离方式采用“槽”隔离方式，有效的降低了串扰，扩大了漏端结构，探测元件在光生载流子的收集阶段可以通过漏端对衬底施加偏置电压形成电场，使得光生载流子漂移并聚集在埋氧层下方，更大的漏端结构提高了光电转化效率，衬底结构采用均匀掺杂，不需额外注入工艺，简化了工艺，降低了生产难度和注入工艺所引起的元件损伤。在宏观结构上，探测元件阵列的连接方式与现有SOIMOSFET工艺相兼容，便于阵列化时序设计，使其更适合于亚微米像素。附图说明通过阅读下文具体实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出具体实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术的探测元件的结构示意图。图2为本专利技术的栅端介质中央垂直方向的能带结构图。图3为本专利技术的漏端介质中央垂直方向的能带结构图。图4为本专利技术的所述探测元件的输出特性曲线。图5为本专利技术的探测装置的一种优选实施例的结构示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施方式。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。如图1所示，本专利技术提供了一种适应亚微米像素的UTBB光电探测元件，其中1为沟道、2为源端区域、3为漏端区域、4为隔离区域、5为埋氧层、6为衬底，7为栅端电极，埋氧层5与衬底6组成了UTBB结构，埋氧层5上方为MOSFET结构，包括源端区域2、沟道区域1、漏端区域3和栅端电极7，沟道1上方为栅极端，沟道1通过绝缘氧化物(沟道1与栅端电极7之间的部分)与栅端电极隔开，源端2与漏端3被沟道1隔开，并且漏端区域3在水平方向上的宽度大于源端区域2，UTBB结构与MOSFET结构共同组成了本专利技术探测元件，即组成了本专利技术探测装置的一个像素单元。其中所述MOSFET结构用于产生随光照强度不同而变化的电信号，埋氧体5下方为衬底区域6，为主要的光敏区域，用于发生内电光效应，产生光生载流子(电子-空穴对)，此外隔离区域4采用“槽”隔离方式，用于将每个像素单元彼此隔离，“槽”隔离方式可以有效抑制像素单元间串扰的产生。可选的，光线可在MOSFET结构一侧进行照射，可选的，光线也可在衬底一侧进行照射。具体的，其中沟道长度(Lg)约为20～100nm，硅膜厚度(Tsi)约为5～20nm，源端和漏端采用不对称结构，源端区域长度(Ls)约为20～40nm，漏端区域长度(Ld)约为100～1500nm，埋氧层厚度(Tbox)约10～30nm，下方衬底为光生载流子收集区域，衬底掺杂类型与沟道掺杂类型一致采用P型掺杂，进一步的为轻掺杂结构，掺杂浓度大约为1×1016/cm3～1×1017/cm3，光线由器件上方入射进入光电探测器，探测器采用槽隔离方式进行像素间隔离，隔离深度约0.1μm～3μm，如上所述在衡量所述各个区域长度与探测效果的前提下，可以将本专利技术基于UTBB探测装置中单个像素单元的尺寸减小至1μm以下，达到纳米级别，并且在单个像素中仅包括一个晶体管，极大减小了像素单元的尺寸。如此，本专利技术的光电探测元件通过引入UTBB(Ultra-ThinBoxandBody超薄体及埋氧)结构与位于其上表面的MOSFET场效应管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适应亚微米像素的UTBB光电探测元件，其特征在于，包括：UTBB结构与设置在所述UTBB结构上表面的场效应晶体管。

【技术特征摘要】
1.一种适应亚微米像素的UTBB光电探测元件，其特征在于，包括：UTBB结构与设置在所述UTBB结构上表面的场效应晶体管。2.根据权利要求1所述的元件，其特征在于，所述场效应晶体管，包括：栅端、源端与漏端，所述源端和漏端被隔离在沟道的两侧，所述栅端位于所述沟道上方并通过绝缘氧化物与沟道隔开。3.根据权利要求2所述的元件，其特征在于，包括：所述漏端结构在水平方向上的宽度大于所述源端结构。4.根据权利要求1所述的元件，其特征在于，所述UTBB结构包括：埋氧层和与所述埋氧层相接触的衬底。5.根据权利要求1所述的元件，其特征在于，包括：所述元件的两端具有隔离区。6.根据权利要求2所述的元件，其特征在于，所述元件通过在漏端与衬底施加相反的电位，使得光生载流子聚集在漏端下方的衬底中，其后将栅端施加与漏端相同的电位，从而使得栅端下方的衬底中同样聚集有光...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓彦，沈磊，杜刚，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11