[发明专利]一种适应亚微米像素的UTBB光电探测元件及装置

说明书

一种适应亚微米像素的UTBB光电探测元件及装置，其中，所述UTBB光电探测元件包括：UTBB结构与设置在所述UTBB结构上表面的场效应晶体管，其特点是具有不对称的源端、漏端区域，通过光生载流子对所述场效应晶体管的阈值电压产生的影响，从而根据漏端电流间接评估光照强度。本发明的优点为，在微观结构上，单个像素单元内仅包括一个晶体管，减小了单个像素单元的体积，像素单元采用“槽”隔离方式，降低了串扰，衬底结构可采用均匀掺杂，简化了工艺和注入工艺所引起的元件损伤。在宏观结构上，探测元件阵列的组成方式与现有SOI MOSFET工艺相兼容，便于阵列化时序设计，使其更适合于亚微米像素。

技术领域

本发明涉及硅基光电探测领域，特别是涉及一种适应亚微米像素的UTBB光电探测元件及装置，用于军事、医疗、汽车移动设备等领域的光电成像。

背景技术

目前主流光电成像探测装置的探测元件一般采用电荷耦合元件(CCD Charge-coupled Device)或互补金属氧化物半导体元件(CMOS Complementary Metal OxideSemiconductor)作为探测装置的主要探测元件，其中CCD光电探测元件直接通过电荷转移进行光电探测，而CMOS光电探测元件需通过光电二极管收集电荷后转变为电压信号再经过CMOS电路放大从而进行光电探测。两种光电探测元件具有各自的优势和不足，CCD是以行为单位的电流信号，CMOS则是以点为单位的电荷信号，CCD每曝光一次，在快门关闭后即进行像素转移处理，将每一行中的每一个像素单元的电荷信号依序传入缓冲器中，并由底端的线路引导输出至CCD旁的放大器进行放大。相对的，CMOS的设计中每个像素单元旁就是放大器，这样一来，CMOS的像素结构较CCD更为复杂，且由于每个放大器具有差异，导致其噪点较多。但是相对的，由于CMOS感光二极管的旁边就是放大器，所以其电荷驱动方式可采用主动驱动方式，不需要额外的驱动电压。而CCD的电荷驱动却为被动式，需加施加额外的电压使得每个像素单元中的电荷移动至传输通道，并且外加电压需达到12V以上水平，这样一来导致CCD必须有更加精密的电源线路设计和耐压强度，使得其耗电量和工艺水平远高于CMOS。此外由于器件本身结构限制，两种光电探测元件单个像素单元内均包含有多个晶体管等元件结构，使得像素尺寸局限在微米量级以上而无法进一步缩小。

除上述外，目前还有采用UTBB(Ultra-Thin Box and Body超薄体及埋氧)结构作为图像传感器的方案，方案中使用UTBB结构结合p-n节型光电二极管或p-i-n节型光电二极管作为光电吸收区衬底结构，从而进行光电探测。但是该方案中像素间的隔离采用绝缘垫片进行隔离，导致其串扰较大，且衬底进为非均匀式掺杂，需要额外的注入工艺，工艺难度较大。

发明内容

针对上述情况，根据本发明的一个方面，公开了一种适应亚微米像素的UTBB光电探测元件，包括：UTBB结构与设置在所述UTBB结构上表面的场效应晶体管。

优选的，所述场效应晶体管，包括：栅端、源端与漏端，所述源端和漏端被隔离在沟道的两侧，所述栅端位于所述沟道上方并通过绝缘氧化物与沟道隔开。

更优选的，所述漏端结构在水平方向上的宽度大于所述源端结构。

优选的，所述UTBB结构包括：埋氧层和与所述埋氧层相接触的衬底。

优选的，所述元件的两端具有隔离区。

更优选的，所述元件通过在漏端与衬底施加相反的电位，使得光生载流子聚集在漏端下方的衬底中，其后将栅端施加与漏端相同的电位，从而使得栅端下方的衬底中同样聚集有光生载流子，栅端下方的光生载流子对场效应晶体管的阈值电压产生影响，从而根据漏端电流间接评估光照强度。

更优选的，所述元件通过将源端与漏端置零电位，衬底置正电位，从而使得聚集的光生载流子在电场作用下通过衬底漂移出去，完成光电探测器的复位过程。