PMOS輻照檢測(cè)傳感器的研究.pdf

1、本論文主要對(duì)PMOS輻照檢測(cè)傳感器進(jìn)行研究，以傳感器靈敏度研究為軸線，討論了PMOS輻照檢測(cè)原理和兩種能夠明顯改善傳感器靈敏度的新方法——雙介質(zhì)柵結(jié)構(gòu)和多管級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。
　　 論文首先對(duì)傳統(tǒng)硅基單管PMOS輻照檢測(cè)傳感器的基本理論進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，從簡(jiǎn)單的MOS二極管及其輻照效應(yīng)的研究著手，向完整PMOS輻照檢測(cè)傳感器輻照總劑量檢測(cè)原理逐步推進(jìn)。分析了柵氧化層厚度、溝道長(zhǎng)度、溝道寬度、溝道摻雜濃度等器件尺寸參數(shù)對(duì)傳感器性能的影響。

2、在此過(guò)程中，一種研究熱載流子失效機(jī)理的方法被進(jìn)行拓展，用來(lái)分析傳感器的輻照檢測(cè)原理，拓展以后的方法同時(shí)考慮了界面態(tài)陷阱電荷與氧化物陷阱電荷的影響，而原方法僅考慮界面態(tài)陷阱電荷的作用。
　　 傳統(tǒng)PMOS輻照檢測(cè)傳感器采用單一的二氧化硅柵結(jié)構(gòu)，輻照在柵氧化層中形成氧化物陷阱電荷，在硅-二氧化硅界面處形成界面態(tài)陷阱電荷，這兩種陷阱電荷導(dǎo)致了輻照后閾值電壓的漂移，閾值電壓漂移量越大傳感器的靈敏度就越高。但是這種結(jié)構(gòu)中存在著不可避免的退

3、火效應(yīng)，使部分被俘獲的空穴逃逸，閾值電壓的漂移量就不能真實(shí)地反映所吸收的輻照總劑量，傳感器的靈敏度由于退火效應(yīng)而降低。雙介質(zhì)柵結(jié)構(gòu)的傳感器采用Metal-Si3N4-SiO2-Si結(jié)構(gòu)，在兩種介質(zhì)膜界面及其附近的Si3N4體內(nèi)存在大量陷阱，這些陷阱足以存儲(chǔ)輻照產(chǎn)生的全部空穴，從而杜絕或減少退火效應(yīng)的發(fā)生，能夠顯著改善傳感器的靈敏度性能。
　　 傳統(tǒng)PMOS輻照檢測(cè)傳感器一般采用單管，靈敏度不太高，提高靈敏度的手段主要是增加?xùn)叛趸?/p>

4、層的厚度，在現(xiàn)有的工藝條件下生長(zhǎng)1μm SiO2需要很長(zhǎng)時(shí)間，受柵氧化時(shí)間的限制使用這種方法提升傳感器的靈敏度是有限的。引入新的設(shè)計(jì)方法——多管級(jí)聯(lián)，可以有效提高傳感器的靈敏度，同時(shí)不需要增加氧化層厚度。論文第四章對(duì)傳感器的不同級(jí)聯(lián)方式進(jìn)行研究：共襯級(jí)聯(lián)方式隨著級(jí)聯(lián)管數(shù)的增加，傳感器的平均靈敏度成倍增長(zhǎng)，但是其最大級(jí)聯(lián)管數(shù)受PMOSFET的襯底-漏極二極管的反向擊穿電壓的影響；不共襯級(jí)聯(lián)方式不受級(jí)聯(lián)管數(shù)的制約，但響應(yīng)靈敏度低于同管數(shù)共襯