基于复合介质栅MOSFET光敏探测器的多功能曝光成像方法，曝光成像的步骤是:在衬底加一负偏压脉冲Vb，源极或漏极的一端加一正向电压脉冲Vp且另一端浮空、或源极漏极同时加一电压压脉冲Vp，源极和漏极加上了一个大于衬底偏压的偏压脉冲，同时控制栅要加零偏压或加正向偏压脉冲Vg，衬底和源漏区会产生耗尽层；Vg数值范围0~20v,Vb数值范围-20~0v,Vp数值范围0~10V；通过调节电压可以探测器收集光电子从而使器件可以曝光成像,具有低压操作，无暗电流干扰，成像准确，弱光探测，成像速度快等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及成像探测器件的信号获取方法，尤其是基于复合介质栅MOSFET关于红外、可见光波段至紫外波段的成像探测器件工作机制，是一种复合介质栅MOSFET光敏探测器的多功能曝光成像方法。
技术介绍
成像探测器在军事民用等各个领域都有很大的应用，当前发展的主要成像探测器是CXD和CMOS-APS，CXD出现较早，技术相对比较成熟，它的基本结构是一列列MOS电容串联，通过电容上面电压脉冲时序控制半导体表面势阱产生和变化，进而实现光生电荷信号的存储和转移读出，也正是由于这个信号转移特点，电荷转移速度很受限制，所以成像速度不高，另外由于是电容串联，一个电容有问题会影响整行信号的传输，所以对工艺要求极高，成品率和成本不够理想。CMOS-APS每个像素采用二极管和晶体管组成，的每个像素都是相互独立的，在整个信号传输过程中不需要串行移动电荷，某一个像素出现问题不影响其他像素性能，所以克服了 C⑶在此方面的缺点，所以对工艺要求也不是那么苛刻，COMS由于采用单点信号传输，通过简单的X-Y寻址技术，允许从整个排列、部分甚至单元来读出数据，从而提高寻址速度，实现更快的信号传输。不过CMOS-APS每个像素由多个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路)，使得每个像素的感光区域只占据像素本身很小的表面积,灵敏度和分辨率相对较小。通过比较发现两种传统成像探测技术各有优劣，CMOS-APS近年来伴随着CMOS工艺的不断进步取得了迅速的发展，向我们展现了他的巨大前景，可见提出一种基于CMOS工艺并能够尽量克服传统CMOS-APS的缺点的成像探测器意义重大。因此本申请人于专利W02010/094233中提出了一种基于CMOS工艺的复合介质栅光敏探测器。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提出一种基于复合介质栅MOSFET光敏探测器提出一种多功能曝光成像方法，通过源漏偏压调节器件工作模式。可以收集到更多的光电子，获得信号的放大.当耗尽区中电场达到雪崩电场时，即使很弱的光也能激发出足够多光电子的产生。本专利技术的技术方案，复合介质栅MOSFET光敏探测器单管结构(如图1)包括:半导体衬底(P型)I ;半导体衬底正上方依次设有底层绝缘介质5，光电子存储层4，顶层绝缘介质3，控制栅2 ;半导体衬底I中(靠近叠层介质两侧)通过离子注入掺杂形成N型源极6和漏极7 ;所述电荷存储层4是多晶硅、Si3N4或其它电子导体或半导体；控制栅2是多晶硅、金属或透明导电电极，控制栅极面或基底层至少有一处为对探测器探测波长透明或半透明的窗口。两层绝缘介质有效隔离电荷存储区，使电荷限制的电荷存储层4内实现存储功能，一般为宽带半导体，以保证电子可以从P型半导体衬底I穿越势垒而进入电荷存储层4。底层介质材料可以采用氧化硅、SiON或其它高介电常数介质；顶层介质的材料可以采用氧化硅/氮化硅/氧化硅、氧化硅/氧化铝/氧化硅、氧化硅、氧化铝或其它高介电常数介质材料。底层绝缘介质5，光电子存储层4，顶层绝缘介质3，控制栅2的尺寸采用22nm;!<22nm^0.18 μ m^0.18 μ m。基于复合介质栅MOSFET光敏探测器的多功能曝光成像方法:曝光成像过程步骤是:在衬底加一负偏压脉冲Vb,源极6或漏极7的一端加一正向电压脉冲Vp且另一端浮空或源极6漏极7同时加一正向电压脉冲Vp,,源极和漏极加上了一个大于衬底偏压的偏压脉冲，同时控制栅要加零偏压或加(T20V的正向偏压脉冲Vg.衬底和源漏区会产生耗尽层。光子激发产生的光电子在控制栅和源漏电场的驱动下向一部分向着P型半导体衬底I和底层介质5的界面处加速移动，当电子能量达到一定程度就会越过底层介质5与P型半导体衬底I的势垒注入电荷存储层4;还有一部分光电子在源漏结电场的驱动下向着源漏PN结高场区加速移动，调节Vp与Vb的数值，使Vp和Vb的电压差为(Tl IV，可以使此PN结到达深耗尽，在光照时可以产生更多的光电子，这些光电子会注入电荷存储层4，电荷存储层4电荷量的变化导致光敏探测器阈值电压的变化，由于光敏探测器器件源极和漏极加上了一个大于衬底偏压的偏压脉冲，在没有光子提供能量时，电子从源漏极排出，几乎没有电子注入电荷存储层4，因而几乎没有暗电流。同时由于这是一个热电子的过程，所以光电子的收集几乎不受底层介质中电场的限制，栅压在很小时就可以成像，因而可以低压操作。而在有光时，光子给电子提供能量，从而使电子能够越过底层介质5与P型半导体衬底I的势垒从而注入电荷存储层4。这个变化可以通过读取过程得到，进而可以知道电荷存储层4中光电子数目。调节Vp与Vb数值，使Vp和Vb的电压差大于IIV，光敏探测器源极和漏极的PN结到达雪崩电压，在电子加速过程中会在结附近激发出更多的电子空穴对，同时赋予这些电子空穴对足够的能量越过底层介质5与P型半导体衬底I的势垒，从而有更多的电荷会注入电荷存储层4，可以通过调节电压从而调节雪崩发生的部位(ρη结区或底层介质正下方耗尽层)，当雪崩状态下收集时，光电信号被放大，增益很大，即便是很弱的光强同样可以激发足够的光电子产生。由于雪崩过程很迅速，只需要很短的电压脉冲既可以实现编程。本专利技术的有益效 果是:所述复合介质栅MOSFET光敏探测器工作在源漏偏压条件下，可以通过调节操作电压使器件工作在不同的模式，使下器件表现出不同的性能，扩展其应用范围.通过增加衬底电压Vb或Vp，耗尽区增大，可以收集到更多的光电子，同时P型半导体衬底I表面电场增大，产生的光电子向着P型半导体衬底I和底层介质5界面处和源漏方向移动的过程中能量很大会激发出更多的电子空穴，获得信号的放大.当耗尽区中电场达到雪崩电场时，即使很弱的光也能激发出足够多光电子的产生。在P型半导体衬底I加一负偏压脉冲Vb，源极6或漏极7的一端加一正向电压脉冲Vp (另一端浮空)或源极6漏极7同时加一正向电压脉冲Vp，同时控制栅2要加零偏压或加正向偏压脉冲Vg，P型半导体衬底和源漏区会产生耗尽层。光子激发产生的光电子在控制栅和源漏电压的驱动下向一部分向着P型半导体衬底I和底层介质5界面处加速移动，当电子能量达到一定程度就会越过底层介质5与P型半导体衬底I的势垒注入电荷存储层；还有一部分光电子在源漏结电场的驱动下流向源漏区。增加衬底电压Vb或Vp，耗尽区增大，可以收集到更多的光电子，同时P型半导体衬底I表面电场增大，产生的光电子向着P型半导体衬底I和底层介质5界面处和源漏方向移动的过程中能量很大会激发出更多的电子空穴，并赋予这些电子足够的能量越过底层介质5与P型半导体衬底I的势垒，获得信号的放大.当耗尽区中电场达到雪崩电场时，即使很弱的光也能激发出足够多光电子的产生。根据本专利技术所述工作方式具有如下特点:低压操作:所述工作条件下光电子收集过程可以调节控制栅2压采用热电子注入方式，不用隧穿，可以降低操作电压，如栅压Vg可以用5v左右，远远低于隧穿要求的十几伏高压。无暗电流:所述工作条件下源漏极处于正向偏置，在没有光子提供能量时，并且探测器工作在PN结较低电压下时，电子几乎均从源漏极排出，因而几乎没有暗电流，而有光子注入时，光子提供给电子足够的能量使其越过底层介质5与P型半导体衬底I的势垒注入到电荷存储层4。成像准确:所述工作条件采用的是热电子的注入方本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于复合介质栅MOSFET光敏探测器的多功能曝光成像方法，其特征是：曝光成像的步骤是:在衬底加一负偏压脉冲Vb，源极或漏极的一端加一正向电压脉冲Vp且另一端浮空、或源极漏极同时加一电压压脉冲Vp，源极和漏极加上了一个大于衬底偏压的偏压脉冲，同时控制栅要加零偏压或加正向偏压脉冲Vg，衬底和源漏区会产生耗尽层；Vg数值范围0~20v,Vb数值范围?20~0v,Vp数值范围0~10V；光子激发产生的光电子越过底层介质5与P型半导体衬底1的势垒注入电荷存储层4；还有一部分光电子在源漏结电场的驱动下向着源漏PN结高场区加速移动，调节Vp和Vb数值?，使得Vp和Vb的电压差为0~11V，可以使此PN结到达深耗尽，在光照时可以产生更多的光电子，这些光电子会注入电荷存储层4，电荷存储层4电荷量的变化导致光敏探测器阈值电压的变化；在有光时，光子给电子提供能量，从而使电子能够越过底层介质5与P型半导体衬底1的势垒从而注入电荷存储层4；这个变化可以通过读取过程得到，进而可以知道电荷存储层4中光电子数目。
【技术特征摘要】
1.基于复合介质栅MOSFET光敏探测器的多功能曝光成像方法，其特征是: 曝光成像的步骤是:在衬底加一负偏压脉冲Vb，源极或漏极的一端加一正向电压脉冲Vp且另一端浮空、或源极漏极同时加一电压压脉冲Vp，源极和漏极加上了一个大于衬底偏压的偏压脉冲，同时控制栅要加零偏压或加正向偏压脉冲Vg，衬底和源漏区会产生耗尽层；Vg数值范围(T20v，Vb数值范围-2(T0v，Vp数值范围(TlOV ； 光子激发产生的光电子越过底层介质5与P型半导体衬底I的势垒注入电荷存储层4 ；还有一部分光电子在源漏结电场的驱动下向着源漏PN结高场区加速移动，调节Vp和Vb数值，使得Vp和Vb的电压差为0 1 IV，可以使此PN结到达深耗尽，在光照时可以产生更多的光电子，这些光电子会注入电荷存储层4，电荷存储层4电荷量的变化导致光敏探测器阈值电压的变化； 在...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫锋，马浩文，胡悦，吴福伟，夏好广，卜晓峰，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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