[发明专利]一种多栅的复合介质栅光敏探测器及工作方法

说明书

本发明公开了一种多栅的复合介质栅光敏探测器及工作方法。其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，感光晶体管和读取晶体管共用一个复合介质栅，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，读取晶体管设有源端和漏端，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，第二底层介质层和选择栅与复合介质栅为独立的两部分。本发明光敏探测器的读出方式包括通过在线性区读电流的方式或者通过源跟随读电压的方式。本发明基于多栅结构的复合介质栅光敏探测器为传统的复合介质栅光敏探测器提供了降低噪声和多种读出方式和工作模式的选择，为复合介质栅光敏探测器在成像应用上提供了更多的选择和功能。

技术领域

本发明涉及一种新型的光敏探测器结构，尤其是一种多栅的复合介质栅光敏探测器，并为复合介质栅光敏探测器提供多种工作方法。

背景技术

光敏探测器作为光电信号转换器能有效地将光信号转换为电信号并进一步地显示出图像，并广泛应用于日常生活、安防领域、国防领域等中，目前主流的光敏探测器分为CCD和CMOS-APS两大类，并在不同的领域中有着各自的优势。

基于复合介质栅的光敏探测器由于其自身结构，有着结合CCD和CMOS-APS两种光敏探测器的优势，有望成为新一代的主流的光敏探测器。但典型的基于复合介质栅的光敏探测器的读取晶体管一般只有一个栅极，这大大限制了该光敏探测器的工作方式。这种探测器通常使用扫斜坡电压的方式进行读取，在电路设计上以及功能应用上有困难。

发明内容

鉴于现有技术中存在的缺陷，本发明改进了基于复合介质栅的光敏探测器的结构，将其改为多栅的结构，能为探测器提供更多的工作方法。

本发明采用的技术方案如下：

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。

本发明另一种多栅的复合介质栅光敏探测器，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。

本发明提供上述一种多栅的复合介质栅光敏探测器的工作方法，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。

进一步地，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。