[发明专利]光敏复合介质栅MOSFET探测器的信号读出放大方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及成像探测器件，尤其是红外、可见光波段至紫外波段的成像探测器件的结构和信号读出放大方法。

二、背景技术

目前的成像探测器件主要是CCD和CMOS-APS，CCD器件基本工作原理与金属-氧化物-硅(MOS)电容的物理机理相关，CCD的基本组成单元是MOS电容器，其工作过程主要是信号电荷的产生、存储、转移和检测。CCD是以电荷包的形式对信号进行存储、转移的器件，它突出的特点是以电荷为信号，而不同于其它以电流或电压为信号的器件。CCD工作时，由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化，进而实现电荷的存储和转移。CMOS-APS，如中国专利CN1774814等。

典型的可见光波段成像器件CCD规格和像素大小：

□最大规格    10kx10k(DALSA)

□最小像素    2.4微米    (e2V)无法缩小

□井深～1000e-/μm²

典型CMOS-APS像素规格(CMOS-APS成像像素单元具有四大功能，光电子搜集与存储、放大、复位、选址)：

□最大规格    4kx4k(0.18微米工艺，Raytheon etc.)

□最小像素    2.8微米(0.25微米工艺，Panasonic)很难缩小

□井深3000e-/微米μm²

CCD与CMOS-APS两者的综合比较如下表：

  CCD  CMOS-APS  漏电流  非常好  ＜1nA/cm²  不好  ＞50nA/cm²  占空比  (Fill Factor)  非常好  ～100％  不好  ＜60％  工艺要求与  非常高  一般  成品率  成品率低  成品率高  与CMOS工艺的兼容度  不兼容  兼容

CCD和CMOS-APS的局限性：CCD和CMOS-APS是当今科学仪器和影像设备中广泛应用的成像元件，但两种成像元件都有其缺点。CCD本质上是相互平行的可以定向传输电荷的大量相互串联的MOS电容，其局限性表现在：

1)成像速度难以提高：CCD成像过程中需要物理性地移动电荷，因此，成像速度难以提高。

2)成品率低：由于其相互串联的MOS电容架构和传输电荷的需要，在同一行串联的CCD像素中，任何一个MOS电容失效或不能正常工作都会影响电荷在该电容的正常传输，从而导致该行CCD像素中排在该电容之后的像素不能正常工作。通常表现为黑条、白条或暗条。因此，其对工艺控制要求极高，所以成品率通常较低、生产成本高。