[实用新型]一种集成光电传感器

说明书

本实用新型提供了一种高增益及宽动态响应范围的集成光电传感器，其掺杂源区和掺杂漏区间隔设置于衬底的顶部，掺杂源区顶部形成源极电极，掺杂漏区顶部形成漏极电极；栅绝缘层设置于掺杂源区和掺杂漏区之间，其顶部设置有栅电极；掺杂源区、源极电极、掺杂漏区、漏极电极、栅绝缘层和栅电极形成场效应晶体管；光敏掺杂区与所述衬底形成光敏二极管，所述光敏掺杂区顶部形成光敏二极管的顶部电极，所述衬底为光敏二极管的底部电极并与场效应晶体管的背沟道相连；所述隔离区设置于所述光敏二极管与所述场效应晶体管之间。该集成光电传感器结构简单，容易实现低成本制造。

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及宽动态响应范围及高增益集成光电传感器。

背景技术

微弱光探测被广泛应用在深空探测、医疗成像及科学仪器等领域，其实现的关键取决于探测器的性能。目前，常用的探测器有光电倍增管(Photomultiplier,PMT)、雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)以及光敏三极管等。PMT是一种通过多级阴极对光生电荷进行加速电离并使其数量倍增从而达到放大效果的真空器件，其光增益可高达10⁵以上，但其体积庞大，且工作电压在1000V以上，因此工作能耗高、造价昂贵。与PMT不同的是，APD能被制成微小尺寸，其通过雪崩效应，光生电荷在高电场下碰撞电离达到放大的效果，可实现大于100的光电增益，但在高电场的作用下，其噪声也随之被放大，且其性能受温度影响较大。传统光敏三极管结构示于图1，光敏三极管的集电极c1接入固定正电位VDD，发射极接地，基极b1悬空以用于感光。当光照L射在基极上时，基极b1和集电极c1之间产生光电流，并被光敏三极管进行放大而产生电流增益。其制备工艺与CMOS工艺不兼容，影响了其应用范围。

传统CMOS图像传感器也被广泛使用在各个领域，其中3T、4T及5T有源像素最为常见，以3T有源像素进行说明。图2为传统3T有源像素结构示意图，它由三个晶体管和一个光敏二极管组成，光敏二极管的阴极与用于放大的源极跟随器的栅极和重置晶体管的源极相连，源极跟随器的源极与选通晶体管的漏极相连。传统CMOS传感器的结构复杂，像素尺寸难以降低，使得图像分辨率和填充因子受到限制。

实用新型内容

基于此，为解决上述问题，本实用新型提供一种高增益及宽动态响应范围的集成光电传感器，其结构简单，仅含有一个晶体管和一个光敏二极管，其制备方法与CMOS工艺完全兼容。

本实用新型提供了一种集成光电传感器，包括衬底，以及制备在衬底上的光敏掺杂区、掺杂源区、源极电极、掺杂漏区、漏极电极、栅绝缘层、栅电极和隔离区；

所述掺杂源区和所述掺杂漏区间隔设置于所述衬底的顶部，所述掺杂源区顶部形成源极电极，所述掺杂漏区顶部形成漏极电极；所述栅绝缘层设置于掺杂源区和掺杂漏区之间，其顶部设置有栅电极；所述掺杂源区、源极电极、掺杂漏区、漏极电极、栅绝缘层和栅电极形成场效应晶体管；

所述光敏掺杂区与所述衬底形成光敏二极管，所述光敏掺杂区顶部形成光敏二极管的顶部电极，所述衬底为光敏二极管的底部电极并与场效应晶体管的背沟道相连，光敏二极管通过衬底对场效应晶体管的输出电流进行调制，从而实现信号放大；

所述隔离区设置于所述光敏二极管与所述场效应晶体管之间。

相比于现有技术，本实用新型集成光电传感器至少产生了以下有益技术效果：