[发明专利]基于复合介质栅光敏探测器的2×2阵列布局及工作方法

权利要求书

1.基于复合介质栅光敏探测器的2×2阵列布局，其特征在于，阵列由四个像元组成，每个像元包括一个感光晶体管和一个读取晶体管，感光晶体管和读取晶体管形成在同一P型半导体衬底上方，两者均采用复合介质栅的结构，所述复合介质栅自下而上依次为底层绝缘介质层、电荷耦合层、顶层绝缘介质层和控制栅极，其中，四个感光晶体管的电荷耦合层之间互不相连，四个感光晶体管的控制栅极之间互不相连；

四个所述读取晶体管的有源区连成正八边环形结构，并位于2×2阵列的中心位置；正八边环形结构的四条边中，未覆盖复合介质栅的衬底中通过N+离子注入形成四个重掺杂N+区，四个重掺杂N+区两两相对且互呈直角，其中，两个相对的重掺杂N+区互连构成共享的N+源极，另外两个相对的重掺杂N+区互连构成共享的N+漏极；

四个所述感光晶体管位于正八边环形结构的外侧且处于四个未进行N+重掺杂区域的一侧。

2.根据权利要求1所述的基于复合介质栅光敏探测器的2×2阵列布局，其特征在于，每个像元中，所述感光晶体管和读取晶体管在衬底中通过浅槽隔离区隔开；所述感光晶体管的电荷耦合层和读取晶体管的电荷耦合层相连，所述感光晶体管的控制栅极和读取晶体管的控制栅极相连。

3.根据权利要求1所述的基于复合介质栅光敏探测器的2×2阵列布局，其特征在于，四个所述感光晶体管之间在P型半导体衬底中使用浅槽隔离区隔开。

4.根据权利要求1所述的基于复合介质栅光敏探测器的2×2阵列布局，其特征在于，所述感光晶体管的控制栅极面和衬底至少有一处为探测器所探测波长透明或半透明窗口。

5.根据权利要求1-4之一所述的基于复合介质栅光敏探测器的2×2阵列布局，其特征在于，四个所述感光晶体管的控制栅极分别构成字线WL0、字线WL1、字线WL2和字线WL3，四个所述读取晶体管的漏极构成漏线DL，四个所述读取晶体管的源极构成源线SL。

6.如权利要求5所述的基于复合介质栅光敏探测器的2×2阵列布局的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)光电子的收集：

在光敏探测器的衬底加负偏压，字线WL0、字线WL1、字线WL2和字线WL3同时加相同的零偏压或正偏压，读取晶体管漏线DL和源线SL接地；

(2)光电子的读取：

保持衬底的负偏压，保持字线WL0、字线WL1、字线WL2和字线WL3上所加的偏压，读取晶体管漏线DL加正偏压，读取晶体管源线SL接地，在需要读取的感光晶体管的字线上加一斜波电压，通过读取晶体管导通时的斜波电压值推算光电子信号；读取结束后，读取晶体管漏线DL和源线SL接地，在已读取的感光晶体管的控制栅极上保持曝光时所加的偏压，按照上述方式依次读取四个感光晶体管中的光电子信号；

(3)光电子的复位：

字线WL0、字线WL1、字线WL2和字线WL3加与衬底所加负偏压相同的负偏压，读取晶体管漏线DL和源线SL接地，光电子通过复合消失。