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专利号: 2022102772415
申请人: 浙大城市学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.用于红外图像传感器的新型像素结构,其特征在于,包括:石墨烯光电二极管P1、复位晶体管T1、放大晶体管T2和开关晶体管T3;石墨烯光电二极管P1包含氮化硼/石墨烯/氮化硼三明治结构和硅衬底,氮化硼/石墨烯/氮化硼三明治结构下方与硅衬底形成肖特基结;氮化硼/石墨烯/氮化硼三明治结构作为像素与CMOS图像传感器键合;

石墨烯光电二极管P1的石墨烯端接地,另一端N区接入电位点A;石墨烯的栅极通过多晶硅与氮化硼/石墨烯/氮化硼连接,符号/表示复合连接;电位点A一端电连接复位晶体管T1源区端,电位点A另一端电连接放大晶体管T2的栅极;复位晶体管T1漏区端电连接放大晶体管T2源区端,连接线路上设有电位点V1;开关晶体管T3的源区端和漏区端分别接入行选和放大晶体管T2的漏区端,开关晶体管T3的栅极接入列选;

石墨烯光电二极管P1的衬底上分别设有浅沟道处绝缘隔离槽STI、N阱、P阱、栅极和浅掺杂漏区LDD;在栅极的周围设有一对栅极侧壁;N阱中设有新型像素结构的源区,P阱中设有新型像素结构的漏区;浅沟道处绝缘隔离槽STI、N阱、P阱、栅极、浅掺杂漏区LDD、源区和漏区通过金属连线连接形成电路;电路表面覆盖有钝化层。

2.根据权利要求1所述用于红外图像传感器的新型像素结构,其特征在于:硅衬底为P型掺杂的硅衬底,P型掺杂的硅衬底厚度为待探测的红外光波长的二分之一;硅衬底还为N型掺杂。

3.根据权利要求2所述用于红外图像传感器的新型像素结构,其特征在于:氮化硼/石墨烯/氮化硼中,石墨烯为红外光的光敏材料,顶部和底部的氮化硼层为保护材料。

4.根据权利要求3所述用于红外图像传感器的新型像素结构,其特征在于:石墨烯是带隙为能带结构的材料,氮化硼为高能带带隙的保护材料。

5.根据权利要求1所述用于红外图像传感器的新型像素结构,其特征在于:复位晶体管T1用于复位石墨烯光电二极管P1;放大晶体管T2用于对信号进行放大和缓冲。

6.一种如权利要求1所述的用于红外图像传感器的新型像素结构的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、有源区光刻定位:将P型掺杂的硅片作为衬底,在硅片表面生长一层Si02或Si3N4,通过光刻技术定义出有源区;有源区为光阻保护下的部分;

步骤2、浅沟道处绝缘隔离槽STI形成:用干法刻蚀技术在未被光阻覆盖的区域刻蚀出浅沟,然后去除光阻;在浅沟中填入Si02,再用化学机械抛光磨平Si02表面,最后去除有源区表面的Si02或Si3N4层;在原来的浅沟处形成绝缘隔离槽STI;

步骤3、N阱和P阱形成;

步骤3.1、利用光刻技术暴露出待注入硼离子的区域,将其它区域用光阻覆盖;在P型掺杂的硅片表面进行硼离子注入,在未被光阻覆盖的区域形成P阱;接着在浅沟区域进行硼离子注入;最后去除光阻;

步骤3.2、利用光刻技术暴露出待注入磷离子的区域,将其它区域用光阻覆盖;在P型掺杂的硅片表面进行磷离子注入,在未被光阻覆盖的区域形成N阱;接着在浅沟区域进行磷离子注入,进而调节开启电压;最后去除光阻;

步骤4、栅极的形成:在步骤3形成的结构上,通过光刻定义出栅极位置,采用干法刻蚀得到栅极;

步骤5、浅掺杂漏区LDD形成;当栅极形成后,采用与步骤3.1和步骤3.2相同的方式,分别在P阱中离子注入砷、在N阱中离子注入氟化硼,形成浅掺杂漏区LDD;

步骤6、栅极侧壁形成:栅极和浅掺杂漏区LDD形成以后,用化学气相淀积在硅片表面沉积一层二氧化硅,然后进行干法刻蚀;干法刻蚀时不进行光刻,直接刻蚀;在栅极的周围形成一对栅极侧壁;

步骤7、新型像素结构的源区和漏区形成:采用与步骤3相同的方式,在N阱中注入高浓度的砷,形成新型像素结构的源区;在P阱中注入高浓度的氟化硼,形成新型像素结构的漏区;

步骤8、金属连线和钝化层覆盖:利用沉积、干法刻蚀、光刻和化学机械抛光技术,一层一层地制作金属连线,把整个电路连接起来;在整个电路表面覆盖一层钝化层。

7.根据权利要求6所述用于红外图像传感器的新型像素结构的制作方法,其特征在于:步骤6中栅极侧壁用于隔离源极与栅极,或隔离漏级与栅极。

8.一种如权利要求1所述的用于红外图像传感器的新型像素结构的工作方法,其特征在于,工作步骤为:首先打开复位晶体管T1,对石墨烯光电二极管P1进行复位;

然后关闭复位晶体管T1,光照射到石墨烯光电二极管P1上产生光生载流子,光生载流子通过放大晶体管T2放大输出;

最后进入读出状态,打开开关晶体管T3,信号通过列总线输出;

通过调节氮化硼/石墨烯/氮化硼三明治结构上的栅压来调节肖特基结的势垒,进一步调节光电流。