PMOS輻照檢測傳感器的研究.pdf

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

2、在此過程中，一種研究熱載流子失效機理的方法被進行拓展，用來分析傳感器的輻照檢測原理，拓展以后的方法同時考慮了界面態(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輻照檢測傳感器采用單一的二氧化硅柵結構，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。但是這種結構中存在著不可避免的退

3、火效應，使部分被俘獲的空穴逃逸，閾值電壓的漂移量就不能真實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而降低。雙介質柵結構的傳感器采用Metal-Si3N4-SiO2-Si結構，在兩種介質膜界面及其附近的Si3N4體內存在大量陷阱，這些陷阱足以存儲輻照產生的全部空穴，從而杜絕或減少退火效應的發(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柵氧化

4、層的厚度，在現有的工藝條件下生長1μm SiO2需要很長時間，受柵氧化時間的限制使用這種方法提升傳感器的靈敏度是有限的。引入新的設計方法——多管級聯，可以有效提高傳感器的靈敏度，同時不需要增加氧化層厚度。論文第四章對傳感器的不同級聯方式進行研究：共襯級聯方式隨著級聯管數的增加，傳感器的平均靈敏度成倍增長，但是其最大級聯管數受PMOSFET的襯底-漏極二極管的反向擊穿電壓的影響；不共襯級聯方式不受級聯管數的制約，但響應靈敏度低于同管數共襯