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基于4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器总剂量辐射效应研究

王帆 李豫东 郭旗 汪波 张兴尧 文林 何承发

基于4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器总剂量辐射效应研究

王帆, 李豫东, 郭旗, 汪波, 张兴尧, 文林, 何承发
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  • 对基于4晶体管像素结构互补金属氧化物半导体图像传感器的电离总剂量效应进行了研究, 着重分析了器件的满阱容量和暗电流随总剂量退化的物理机理. 实验的总剂量为200 krad(Si), 测试点分别为30 krad(Si), 100 krad(Si), 150 krad(Si)和200 krad(Si), 剂量率为50 rad(Si)/s. 实验结果发现随着辐照总剂量的增加, 器件的满阱容量下降并且暗电流显著增加. 其中辐照使得传输门沟道掺杂分布发生改变是满阱容量下降的主要原因, 而暗电流退化则主要来自于浅槽隔离界面缺陷产生电流和传输门-光电二极管交叠区产生电流. 实验还表明样品器件的转换增益在辐照前后未发生明显变化, 并且与3晶体管像素结构不同, 4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器没有显著的总剂量辐照偏置效应.
      通信作者: 李豫东, lydong@ms.xjb.ac.cn
    [1]

    Furuta M, Nishikawa Y, Inoue T, Kawahito S 2007 IEEE J. Solid State Circuits 42 766

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    Cao C, Zhang B, Wu L S, Li N, Wang J F 2014 Chin. Phys. B 23 124215

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    Wang B, Li Y D, Guo Q, Liu C J, Wen L, Ma L Y, Sun J, Wang H J, Cong Z C, Ma W Y 2014 Acta Phys. Sin. 63 56102 (in Chinese) [汪波, 李豫东, 郭旗, 刘昌举, 文林, 玛丽娅, 孙静, 王海娇, 丛忠超, 马武英 2014 物理学报 63 56102]

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    Claeys C, Simoen E (Translated by Liu Z L) 2008 Radiation Effects in Advanced Semiconductor Materials and Devices (Beijing: National Defence Industry Press) p20 (in Chinese) [Claeys C, Simoen E 著, (刘忠立 译) 2008先进半导体材料及器件的辐射效应(北京:国防工业出版社) 第20页]

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    Wang X Y 2008 Ph. D. Dissertation (Delft: Technische Universiteit Delft)

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    EMVA 2012 Standard for Characterization of Image Sensors and Cameras p5

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    Goiffon V, Cervantes P, Virmontois C 2011 IEEE Trans. Nucl. Sci. 58 3076

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    Hopkinson G R, Mohammadzadeh A 2004 International Journal of High Speed Electronics and Systems 14 419

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    Sze S M 2001 Semiconductor Devices. Physics and Technology (New York: John Wiley Sons) p109

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出版历程
  • 收稿日期:  2015-09-15
  • 修回日期:  2015-09-27
  • 刊出日期:  2016-01-20

基于4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器总剂量辐射效应研究

  • 1. 中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室; 新疆电子信息材料与器件重点实验室; 中国科学院新疆理化技术研究所, 乌鲁木齐 830011;
  • 2. 中国科学院大学, 北京 100049
  • 通信作者: 李豫东, lydong@ms.xjb.ac.cn

摘要: 对基于4晶体管像素结构互补金属氧化物半导体图像传感器的电离总剂量效应进行了研究, 着重分析了器件的满阱容量和暗电流随总剂量退化的物理机理. 实验的总剂量为200 krad(Si), 测试点分别为30 krad(Si), 100 krad(Si), 150 krad(Si)和200 krad(Si), 剂量率为50 rad(Si)/s. 实验结果发现随着辐照总剂量的增加, 器件的满阱容量下降并且暗电流显著增加. 其中辐照使得传输门沟道掺杂分布发生改变是满阱容量下降的主要原因, 而暗电流退化则主要来自于浅槽隔离界面缺陷产生电流和传输门-光电二极管交叠区产生电流. 实验还表明样品器件的转换增益在辐照前后未发生明显变化, 并且与3晶体管像素结构不同, 4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器没有显著的总剂量辐照偏置效应.

English Abstract

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