[发明专利]基于双控制栅的复合介质栅可控自增益光敏探测器件

说明书

本发明公开了一种基于双控制栅的复合介质栅可控自增益光敏探测器件。该器件包括复合介质栅、MOS电容和感光晶体管，复合介质栅的P型基底上方依次设有底层介质层、浮栅和顶层介质层，顶层介质层上方设有MOS电容的控制栅极和感光晶体管的控制栅极，感光晶体管的控制栅极通过互连导线和P型基底连接；MOS电容和感光晶体管设置在P型基底内，并通过浅槽隔离；感光晶体管设有源极和漏极；MOS电容和感光晶体管之间通过浮栅相连。本发明的器件能实现低功耗的感光自增益功能和增益控制功能，同时满足对强光和弱光的探测需求，实现高动态范围的光敏探测。

技术领域

本发明涉及光敏探测器件，尤其是可控自增益光敏探测器件的结构、工作机制，具体涉及一种基于双控制栅的复合介质栅的可控自增益光敏探测器件。

背景技术

半导体光敏器件在日常生活和国防领域发挥着极其重要的作用，如图像传感器、光敏开关、光功率计等。目前，大多数半导体光敏器件都是应用在光照下，光子被半导体吸收而产生电子空穴对，通过电子空穴对的分离和移动产生电流。当然，其中多数都是需要有外加电压的，并且一般来说其光电转换的增益都是固定值，难以在需要进行高动态范围的光敏探测并且低功耗的条件下应用。

公开号CN102938409A专利所示的光敏器件可以将光信号转换为电流信号，但是其前提是必须在栅端或衬底端加上一定的电压，不能做到无外加电压下的光电转换，无法实现低功耗的感光自增益功能。

公开号CN103137775A专利所示的光敏可控器件虽然可以实现低功耗的感光自增益功能，并在一定程度上可以调节光电转换的增益，但其是通过FN隧穿的编程或擦除来实现抑制和放大两种工作态，而FN隧穿除了会对器件造成损伤外，还难以精确控制，所以并不能完成真正意义上的增益控制功能，不能实现高动态范围的光敏探测。

因此，现有的光敏探测器件都不能同时满足增益控制功能和低功耗的感光自增益功能，而实际的需求对高集成度、多功能的光敏探测器件提出了要求，低功耗的感光自增益并且增益可控的光敏探测器件更可以在诸多领域发挥作用。

发明内容

本发明的目的是基于复合介质栅MOSFET光敏探测器，提供一种双控制栅的复合介质栅可控自增益光敏探测器件。

本发明采用的技术方案如下：

基于双控制栅的复合介质栅可控自增益光敏探测器件，包括复合介质栅、MOS电容和感光晶体管，所述复合介质栅的P型基底上方依次设有底层介质层、浮栅和顶层介质层，顶层介质层上方设有MOS电容的控制栅极和感光晶体管的控制栅极，感光晶体管的控制栅极通过互连导线和P型基底连接；所述MOS电容和感光晶体管设置在P型基底内，并通过浅槽隔离；所述感光晶体管设有源极和漏极；所述MOS电容和感光晶体管之间通过浮栅相连。

进一步地，所述浮栅是电子导体或半导体。

进一步地，所述MOS电容和感光晶体管共用浮栅。

进一步地，所述MOS电容的控制栅极和感光晶体管的控制栅极为多晶硅、金属或透明导电电极。

进一步地，所述感光晶体管的控制栅极或P型基底至少有一处为对探测器探测波长透明或半透明的窗口。

进一步地，所述底层介质层和顶层介质层均为绝缘材料。

进一步地，位于所述MOS电容和感光晶体管上方的底层介质层和顶层介质层的厚度相同或者不同。

进一步地，所述底层介质层和顶层介质层的厚度均大于6nm。

进一步地，所述感光晶体管的控制栅极和P型基底保持浮空，感光晶体管的源极接地，其漏极加上0.1V～3V的固定电压；所述MOS电容的控制栅极在初始条件下接地，在强光照条件下，给所述MOS电容的控制栅极加上-3V～0V的固定电压。