[发明专利]基于复合介质栅MOSFET光敏探测器源漏浮空编程方法

说明书

技术领域

本发明涉及成像探测器件，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，是一种基于复合介质栅MOSFET光敏探测器源漏浮空编程方法。

背景技术

   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CCD和CMOS-APS，CCD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CCD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3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。因此本发明人于专利WO2010/094233中提出了一种基于CMOS工艺的复合介质栅光敏探测器。

发明内容

本发明的目的是，提出一种基于复合介质栅MOSFET光敏探测器提出一种源漏浮空编程工作方法，通过控制栅2电压和衬底1电压的调节使器件能够收集并储存光电子。

本发明的技术方案复合介质栅MOSFET光敏探测器源漏浮空编程方法，复合介质栅MOSFET光敏探测器单元结构包括：半导体衬底（P型）1，半导体衬底正上方依次设有底层绝缘介质5，电荷存储层4，顶层绝缘介质3，控制栅2；半导体衬底中（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；

所述光电子存储层是多晶硅、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，以保证电子可以从衬底1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。

基于复合介质栅MOSFET光敏探测器源漏浮空编程方法，曝光编程过程步骤 ：

1）曝光过程中源极6和漏极7浮空，衬底1加一负偏压脉冲Vb，同时控制栅2要加一正向偏压脉冲Vg；

2）上述曝光过程中，源极和漏极浮空，衬底1加一个两段的负偏压脉冲，两段电压分别为Vb1、Vb2，同时控制栅2加一个两段的正偏压脉冲，两段电压分别为Vg1、Vg2； 

3）上面所述1)和2）中Vg数值范围0~15V,Vb数值范围-15~0V，Vg1数值范围0~10V，Vg2数值范围0~15V，Vb1数值范围-10~0V, Vb2数值范围-15~0V；两段电压的范围可不一样，典型的操作条件是控制栅7至12V，衬底-9至-5V。

所述衬底1加一个两段的负偏压脉冲，两段电压分别为Vb1、Vb2，控制栅2加一个两段的正偏压脉冲，是指使用前段时间较长电压较小的脉冲和后段时间极短电压稍大的脉冲相结合的方法来实现曝光编程；用前段时间较长电压较小的脉冲来产生光电子并将光电子收集到P型半导体衬底1和底层绝缘层5的界面处，而后段时间极短电压稍大的脉冲使得P型半导体衬底1中的光电子通过F-N隧穿进入电荷存储层。