[发明专利]分裂栅型MOSFET成像探测器及其操作方法

摘要

本发明提出一种分裂栅型MOSFET成像探测器及其操作方法，分裂栅型MOSFET结构为在P型衬底正上发设有两层绝缘介质层和控制栅极，两层绝缘介质层之间设有光电子存储层；控制栅极的两侧设有选择栅极，将控制栅极所控制的衬底与探测器源极和漏极隔离开。与控制栅极接触的顶层绝缘介质层是阻止光电子存储层中存储的电荷流失到控制栅极的材料，衬底层或控制栅极面至少有一处为对探测器探测波长透明或半透明的窗口。本发明可有效提高光电子的收集效率，抑制探测器暗电流，对工艺缺陷不敏感，动态范围大，信号读取准确性高。

主权项

分裂栅型复合介质栅MOSFET成像探测器，每个单元探测器的构成是：在衬底P型半导体材料正上方分别设有两层绝缘介质材料和控制栅极，两层绝缘介质材料之间设有光电子存储层，所述光电子存储层是多晶硅、氮化硅，InGaN、金属膜或其他电子导体或半导体材料；控制栅极是多晶硅、金属或透明导电电极；控制栅极面或衬底层至少有一处为对探测器探测波长范围内的光透明或半透明的窗口；衬底P型半导体材料上方浮栅MOSFET的两侧设有选择栅极，选择栅极与衬底之间设有绝缘介质层，绝缘介质层材料和厚度与底层绝缘介质层（4）相同。两个选择栅极所控制的衬底的外围P型衬底上设有N型半导体区（9），构成分裂栅MOSFET的源极和漏极。两个选择栅极（8）设在浮栅MOSFET的两侧，且选择栅极与控制栅极和光电子存储层之间用绝缘介质材料隔开，且将控制栅极（7）所控制的衬底与成像探测器的源极和漏极（9）隔开；绝缘介质材料为氧化硅、氧化硅/氮化硅/氧化硅或其它高介电常数介质材料；与控制栅极接触的第二层绝缘介质层是阻止光电子存储层中存储的电荷流失到控制栅极的材料，第二层绝缘介质层即顶层介质，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料。与衬底P型半导体材料接触的第一层绝缘介质层即底层介质，有效隔离控制栅极控制下的衬底沟道与光电子存储层，在栅极电压足够高或入射光子能量较高时，把所述衬底沟道中的电子扫入光电子存储层；第一层绝缘介质层采用氧化硅、SiON或其它高介电常数介质材料；控制栅极与衬底的产生的电压差使得衬底沟道中搜集的光电子能通过隧穿进入光电子存储层。