[发明专利]一种MOS结构的辐射剂量探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及辐射剂量探测器，特别涉及一种具有高缺陷氧化层的MOS（金属-氧化物-半导体）结构的辐射剂量探测器，属于微机械电子系统中的电磁探测技术。

背景技术

辐射环境广泛存在于人们的生产、生活与研究当中：在太空环境中有环绕地球的范艾伦辐射带和各种宇宙射线；在实验室中存在实验用的不同放射性元素；在核电站、医疗机构等设施中也存在着很多放射源。为了了解这些辐射环境的性质，辐射探测器成了重要的选择。如何制造量程、灵敏度合适的辐射探测器也是现在很多研究人员积极探讨的问题。传统的化学辐射剂量测量方法操作复杂，器材不宜携带，难以广泛的应用。而随着MEMS(Micro-electro-mechanicalSystem)技术快速的发展，以及其应用终端“轻、薄、短、小”的特点，MEMS技术制造的辐射探测器开始受到广泛关注，其中基于MOS结构的辐射探测器是重要的一种。MOS结构的剂量探测器有体积小，量程大，而且与现代集成工艺很好兼容的优势。

MOS辐射剂量探测的原理如下。绝缘性良好的氧化层的禁带宽度大，电子和空穴难以分别进入导带和价带而导电，可移动电荷极少，故在通常情况下电阻率极高。在接受外界辐照时，高能量的射线使氧化层晶格中的原子激发，导带电子跃迁到价带形成电子空穴对，降低了电阻率，而结束辐照后由于热运动以及一些复合中心的作用，使得电子空穴复合消失。但是存在这样一些氧化层，其中的电子和空穴的迁移率相差很大，假如在辐照时施加一个恒定电场，在库仑力的作用下两者会反向迁移，且一方迁移速度更快，当快的一方迁移出氧化层时，就可以大大减少复合概率。例如在二氧化硅中，MOS栅极加正偏压时，电子会迅速离开氧化层，而空穴则在周期势场作用下逐步跳跃式迁移，非常缓慢。此时若存在E’，γ’等缺陷中心，就在禁带中产生了相应缺陷能级，从而俘获空穴，将其固定在氧化层中。如此就获得了存在束缚电荷的MOS。测量时可利用热激发电流法测量俘获电荷数目，并建立其与辐射剂量的对应关系，即可实现对辐射剂量的测量。

然而目前存在的MOS辐射剂量探测器测量时电流很小，测量所需的电压高、温度高，大大增加了测量难度。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种MOS结构的辐射剂量探测器及其制备方法。运用刻蚀和淀积技术制备高缺陷密度、大厚度氧化层的MOS结构。测量时在较低电压下就可以获得较大的电流，提高了灵敏度，降低了测量难度。

本发明的技术方案如下：

一种MOS结构的辐射剂量探测器，从上到下依次包括顶电极，复合氧化层，衬底和底电极，所述复合氧化层又包括热氧化层和淀积层。

进一步地，所述热氧化层由图形化的衬底经热氧化形成。

进一步地，所述图形化的衬底为立柱或网状结构。

进一步地，所述淀积层与热氧化层由相同的氧化物构成。

进一步地，所述衬底包括硅衬底，所述复合氧化层包括复合二氧化硅层。

进一步地，所述顶电极和底电极为金属电极，所述金属包括铝和金。

进一步地，上述淀积层为化学气相淀积（CVD）层。

该辐射剂量探测器制备方法如下：

1）衬底图形化；

2）将图形化的衬底进行热氧化，形成热氧化层；

3）进行氧化物填充，使氧化物充满上述热氧化层间隙，即生成淀积层；

4）在淀积层之上和衬底之下分别制备金属电极，即顶电极和底电极。

上述步骤1）中，可通过光刻定义图形，使用刻蚀技术实现衬底的图形化。

上述步骤1）中，所述衬底包括硅衬底。

上述步骤2）中，所述热氧化层包括由图形化硅衬底热氧化成的二氧化硅立柱或网状结构。

上述步骤3）中，所述氧化物与图形化衬底热氧化的产物相同。

上述步骤3）中，填充氧化物的方法包括化学气相淀积（CVD）法。

上述步骤4）中，所述金属电极包括铝电极和金电极。

上述步骤4）中，可以采用溅射、蒸发、电镀等方法制备金属电极。

本发明的有益效果在于：