[发明专利]一种UTBB光电探测器像素单元、阵列和方法

说明书

本申请公开了一种UTBB光电探测器像素单元、阵列和方法，包括：硅膜层、埋氧层、电荷收集层和衬底，所述硅膜层、埋氧层、电荷收集层和和衬底依次从上至下设置；所述硅膜层包括：NMOS管或PMOS管；所述电荷收集层包括电荷收集控制区和电荷聚集区；所述衬底包括：N型衬底或P型衬底。在电荷聚集区周围形成向心电场，光生电荷在向心电场的作用下聚集在相应的像素单元内。向心电场的存在提高了光电转化效率，抑制了像素间串扰，节省了浅槽隔离的面积，减小了尺寸，使其更适合于亚微米像素。

技术领域

本申请涉及硅基光电探测器领域，尤其涉及一种UTBB光电探测器像素单元、阵列和方法。

背景技术

光电成像探测器广泛用于军事、医疗、汽车、移动设备等。目前主流光电成像探测器为电荷耦合器件(Charge-coupledDevice，CCD)光电器件及CMOS-APS光电器件，CCD光电器件直接通过电荷转移进行光电探测，而CMOS-APS光电器件通过像素单元光电二极管收集电荷后转变为电压信号通过CMOS电路放大并读取。两种光电探测器件具有各自的优势和不足。但由于器件本身结构限制，两种光电探测器单个像素单元均包含多个晶体管等器件结构，使得像素尺寸局限在微米量级以上无法进一步缩小。使用单个晶体管，如超薄体及埋氧(Ultra-Thin Box and Body，UTBB)结构，能够有效降低光电探测单元的像素单元尺寸。然而目前有采用UTBB结构作为图像传感器的方案中，需要采用浅槽隔离来抑制像素间的串扰，限制了像素单元的进一步缩小。

综上所述，需要提供一种尺寸小且能够抑制串扰的光电探测器像素单元、阵列和方法。

发明内容

为解决以上问题，本申请提出了一种UTBB光电探测器像素单元、阵列和方法。

一方面，本申请提出了一种UTBB光电探测器像素单元，包括：硅膜层、埋氧层、电荷收集层和衬底，所述硅膜层、埋氧层、电荷收集层和和衬底依次从上至下设置；

所述硅膜层包括：NMOS管或PMOS管；

所述电荷收集层用于形成向心电场以收集光生电荷，包括电荷收集控制区和电荷聚集区；

所述衬底包括：N型衬底或P型衬底。

优选地，所述NMOS管的源端和漏端分别位于NMOS管的沟道两侧，NMOS管的栅端在NMOS管的沟道上；

所述PMOS管的源端和漏端分别位于PMOS管的沟道两侧，PMOS管的栅端在PMOS管的沟道上。

第二方面，本申请提出了一种UTBB光电探测器阵列，包括：多个所述的光电探测器像素单元，多个所述光电探测器像素单元组成光电探测器阵列，其中所述光电探测器阵列的行数和列数都为大于等于2的自然数。

优选地，相邻的所述光电探测器像素单元的NMOS管或PMOS管使用同一个源端或漏端。

优选地，所述光电探测器阵列包括多列字线、多行位线、公共区电极和公共源极，其中，所有NMOS管的源端或PMOS管的源端与公共源极相连，电荷收集层所有的电荷收集控制区与所述公共区电极相连，每列光电探测器的栅端和与其对应的字线相连，每行光电探测器的漏极和与其对应的位线相连。

第三方面，本申请提出了一种UTBB光电探测器像素单元的探测方法，包括：

对电荷收集控制区施加相应电压，在电荷聚集区周围产生向心电场，入射光在电荷收集层与衬底中产生光生载流子，光生载流子在向心电场的作用下进入电荷聚集区，并在埋氧层下聚集；

对硅膜层的栅端和漏端施加正电压，对电荷收集控制区施加相应电压；

电荷聚集区之中聚集的光生载流子根据光照强度改变，从而使NMOS管或PMOS管的阈值电压和漏端电流均发生改变；

测量埋氧层上方硅膜层的漏端电流；