[发明专利]一种多栅的复合介质栅光敏探测器及工作方法

权利要求书

1.一种多栅的复合介质栅光敏探测器，包括形成在同一衬底上的感光晶体管和读取晶体管，所述感光晶体管和读取晶体管共用一个复合介质栅，所述复合介质栅包括第一底层介质层、电荷耦合层、顶层介质层和控制栅，所述读取晶体管设有源端和漏端，其特征在于，所述读取晶体管的衬底上还依次设有第二底层介质层和选择栅，所述第二底层介质层和选择栅与所述复合介质栅为独立的两部分。

2.一种多栅的复合介质栅光敏探测器，包括形成在同一衬底上的感光晶体管和读取晶体管，所述感光晶体管包括第一复合介质栅，所述读取晶体管包括第二复合介质栅、源端和漏端，其特征在于，第一复合介质栅和第二复合介质栅共用底层介质层、电荷耦合层和顶层介质层，所述第一复合介质栅最上方为控制栅，所述第二复合介质栅最上方为选择栅，所述第二复合介质栅的底层介质层和选择栅对电荷耦合层和顶层介质层形成半包围结构；所述选择栅与所述控制栅为独立的两部分。

3.如权利要求1或2所述一种多栅的复合介质栅光敏探测器的工作方法，其特征在于，该工作方法包括以下步骤：

(1)复位：在控制栅加负压，将衬底接地，将所述光敏探测器的感光晶体管收集的电子进行复位；

(2)曝光：在控制栅加正压，将衬底接地或加负压；当有光照时，光电子的能量大于衬底的禁带宽度时，将激发出一个电子空穴对，在耗尽区的电场作用下，感光晶体管收集产生的光电子，感光晶体管的电势将发生改变，并耦合到复合介质栅的电荷耦合层改变电荷耦合层的电势，从而对读取晶体管进行控制；

(3)读出：在读出阶段时，控制栅加正压，在衬底加负压或接地，漏端加正压使所述读取晶体管工作在线性区或饱和区，源端接地或接电流源，所述选择栅加正压使得读取晶体管开启，读取漏端电流或源端电压。

4.如权利要求3所述的工作方法，其特征在于，所述步骤(3)的读出阶段，所述选择栅与控制栅均加高压，其电压应高于所述光敏探测器在满阱状态时读取晶体管的阈值电压，使所述读取晶体管处于开启状态，漏端加低压，源端接地，其漏端所加电压应使所述光敏探测器在满阱状态时读取晶体管工作在线性区，此时所述感光晶体管收集的光电子耦合在复合介质栅的电荷耦合层，改变其电势，并调控所述读取晶体管的漏端电流，从而进一步地实现对光信号的量化。

5.根据权利要求4所述的工作方法，其特征在于，由多个所述复合介质栅光敏探测器组成成像芯片，所述成像芯片有多种工作模式选择：(a)正常工作模式：控制栅接正高压，衬底接地；(b)高动态范围模式：光敏探测器的控制栅加正高压，衬底接负高压，使得感光晶体管的耗尽区扩大，从而获得更大的满阱容量；(c)极高动态范围模式：光敏探测器的控制栅加正高压，衬底接负高压，且多个光敏探测器进行合并，此时满阱容量进一步扩大，进行高帧率读出。

6.如权利要求3所述一种多栅的复合介质栅光敏探测器的工作方法，其特征在于，所述步骤(3)的读出阶段，所述选择栅与控制栅均加高压，其电压应高于所述光敏探测器在满阱状态时读取晶体管的阈值电压，使所述读取晶体管处于开启状态，衬底接地，漏端加高压，源端接电流源，其漏端所加电压应使所述光敏探测器在空阱状态时读取晶体管工作在饱和区，使所述读取晶体管工作在源跟随器模式，此时所述感光晶体管收集的光电子耦合在复合介质栅的电荷耦合层，改变其电势，并调控所述读取晶体管的源端电压，从而进一步地实现对光信号地量化。