[实用新型]一种辐射探测器串扰隔离及辐射加固像素结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种辐射探测器串扰隔离及辐射加固像素结构。

背景技术

辐射探测器是通过收集带电粒子与辐射粒子入射路径周围的硅原子发生电离反应产生的非平衡载流子来检测带电粒子的。衡量其性能的关键参数包括分辨率、信噪比、读出速度以及辐射加固能力等。为进一步提高辐射探测器的信噪比和辐射加固能力，以及提高电荷收集效率和收集时间，需要对像素传感器及传输管等结构进行研究，对电荷收集机制和性能影响给出改进方案。

绝缘体上硅(Silicon On Insulator，SOI)像素探测器是将像素传感器同亚微米互补半导体场效应晶体管电路集成在单一芯片上。它的特点是尺寸小，分辨率高和质量低。且相对传统体硅像素探测器，不用(Bonding on)“绑定”键合封装技术，在制作工艺复杂度及成本上都有较大改善。但SOI像素探测器在实际工作中却存在一些列问题，比如背栅效应，辐射总剂量效应在埋氧中产生空穴陷阱，以及电路与传感器间的串扰等。

文章“F.F.Khalid,G.W.Deptuch,A.Shenai,et al.Monolithic Active Pixel Matrix with Binary Counters(MAMBO)ASIC.Nuclear Science Symposium Conference Record(NSS/MIC),2010IEEE.2010,1544-1550.”中提出嵌套阱结构(Nested well structure NWS)，该结构可以隔离电路与传感器间的串扰，但是该结构为避免背栅效应，P阱结构必须完全包含电路部分，不能独立优化。文章“T.Miyoshi,Recent progress in development of SOI pixel detectors.Nuclear Science Symposium Conference Record(NSS/MIC),2010IEEE.2010,1885-1888.”提出双绝缘体上硅(DSOI)像素结构，该结构在埋氧结构中包含水平场板，且该场板电位可调，该结构也可以很好的隔离电路与传感器间的串扰，但是却因为埋氧结构而在辐射条件下，引入大量空穴陷阱，从而产生总电离剂量(Total Ionizing Dose-TID)效应。公开专利“申请号：CN200980133383，成洛昀，具有气隙的浅沟槽隔离结构、采用该浅沟槽隔离结构的互补金属氧化物半导体图像传感器及其制造方”给出了气隙浅沟槽隔离结构，但是该结构主要为像素与像素之间隔离结构，且存在的气隙可避免氧化物介质产生的暗电流影响主像素信号，同本专利中要解决的问题不相关。因而，当前亟需解决SOI辐射探测器像素中电路与传感器间串扰和辐射TID效应。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种进一步降低电路与传感器间串扰，并屏蔽辐射TID效应的一种辐射探测器串扰隔离及辐射加固像素结构。本实用新型的目的是这样实现的：

辐射探测器串扰隔离及辐射加固像素结构，包括电极场板，P阱，P+区域，绝缘介质材料，N型体硅，N型MOSFET，P型MOSFET，背部电极，场板金属电极，P+引出电极，连接场板沟槽；在电极场板的上方，两对相互配合的N型MOSFET和P型MOSFET安装在P+引出电极的两侧，每对N型MOSFET和P型MOSFET的两侧安装有和电极场板连接的场板金属电极；电极场板、N型MOSFET、P型MOSFET、P+引出电极、场板金属电极共同封装在绝缘介质材料中；绝缘介质材料下方正中为与P+引出电极相连的P+区域，P+区域两侧为P阱，P+区域和P阱由N型体硅封装在一起；在电极场板与MOSFET之间有气隙，气隙不与MOSFET的沟道接触，气隙沿MOSFET源电极与漏电极连线的横向方向的宽度不超过源电极与漏电极的最远边界间距；气隙沿MOSFET源电极与漏电极连线的垂线方向大于MOSFET的宽度；气隙的水平接触材料为绝缘介质材料。

绝缘介质材料为氮化硅或氧化硅。

气隙的水平形状为椭圆形、矩形或圆形。

本实用新型的有益效果在于：

根据本实用新型的带有气隙及沟槽场板的辐射探测器像素结构，在顶层硅MOSFET与中间电极场板间存在气隙隔离结构，该结构可以有效阻止底部电势向顶层硅MOSFET体区扩展，屏蔽辐射电离后在绝缘介质中产生TID效应；电路中MOSFET被与场板电极连接的沟槽硅包围，该结构可以进一步降低电路与传感器间寄生电容，有效屏蔽两部分信号间串扰。

附图说明

图1为已经提出的嵌套阱像素结构；