《一种基于环栅MOSFET结构的太赫兹传感器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种基于环栅MOSFET结构的太赫兹传感器.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104091851A43申请公布日20141008CN104091851A21申请号201410258303322申请日20140611H01L31/119200601H01L31/022420060171申请人南京大学地址210093江苏省南京市鼓楼区汉口路22号72发明人纪小丽朱颖杰闫锋廖轶明74专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所普通合伙32249代理人陈琛54发明名称一种基于环栅MOSFET结构的太赫兹传感器57摘要本发明涉及一种环栅MOSFET结构太赫兹信号传感器。环栅MOSFET结构的栅极弯曲围绕源极形成环状，漏极分布在外围。相比传统的直栅MOSFET结构，环栅结构。
2、缩小了源极面积，减小了源端寄生电容。在探测太赫兹波段时，环栅MOSFET结构比等效的直栅MOSFET结构能得到更大的电压响应RV和更小的噪声等效功率NEP。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图2页10申请公布号CN104091851ACN104091851A1/1页21一种基于环栅MOSFET结构的太赫兹传感器，其特征在于包括环栅MOSFET结构，所述环栅MOSFET结构包括一个在中心位置的源极、环绕着源极的弯曲的栅极以及在栅极外围的漏极。2根据权利要求1所述的一种基于环栅MOSFET结构的太赫兹传感器，其特。
3、征在于所述的环栅MOSFET结构单管采用P型阱；中心是一个截角正方形，对截角正方形区域进行N型注入，形成源极；在源极的四周，环绕多晶硅栅极；进一步对栅极外部进行N型注入，形成环型漏极。3根据权利要求2所述的一种基于环栅MOSFET结构的太赫兹传感器，其特征在于所述源极尺寸大小由工艺节点可使用最小环形尺寸决定。4根据权利要求1所述的一种基于环栅MOSFET结构的太赫兹传感器，其特征在于包括两个对称的环栅MOSFET结构，两个环栅MOSFET结构公用漏极。5根据权利要求4所述的一种基于环栅MOSFET结构的太赫兹传感器，其特征在于所述两个对称的环栅MOSFET结构的栅极加相同的工作电压；源极分别接。
4、太赫兹信号的正、负两极；漏极输出混频后的信号；交流信号通过对称的环栅MOSFET结构单管输出相抵消，直流信号通过漏极输出。6根据权利要求1所述的一种基于环栅MOSFET结构的太赫兹传感器，其特征在于所述环栅MOSFET结构的栅极工作电压高于MOSFET结构的阈值电压008012V。权利要求书CN104091851A1/3页3一种基于环栅MOSFET结构的太赫兹传感器技术领域0001本发明涉及一种MOSFET太赫兹信号传感器，尤其是涉及一种环栅MOSFET结构的太赫兹信号传感器。背景技术0002太赫兹射线是一种介于微波和红外之间的射线。由于其具备频率高，穿透能力强、生物无损害等显著优点，在宽带通。
5、信、雷达、电子对抗、医学成像、安全检查等方面有着巨大的应用市场。作为太赫兹成像技术核心器件的太赫兹探测器一直受到科学界的广泛关注。目前的太赫兹探测器有热辐射计、光声子探测器，热释电探测器，肖特基势垒二极管电子探测器等。这些太赫兹探测器大多需要专门的非常规技术制备，存在研发工艺复杂，成本昂贵，设备庞大等突出问题。基于集成电路制造工艺的CMOS太赫兹探测器，具有室温工作，低成本，简单操作工艺，高成像能力等明显优势，是未来实现太赫兹技术实用化的重要途径。0003CMOS太赫兹探测器包括CMOS传感器、太赫兹天线两个主要模块和一个接收放大电路辅助模块。CMOS传感器主要是利用MOSFET器件中反型层二。
6、维电子气将太赫兹波转换成直流信号。当MOSFET器件沟道足够短时，实验上可以探测到该太赫兹信号。器件在太赫兹波段下的电压响应RV和噪声等效功率NEP是表征MOSFET太赫兹传感器的主要指标。研究表明，CMOS器件沟道长度越短，探测性能RV越好。2009年,德国的ERIK1首次利用025M集成电路工艺的晶体管探测太赫兹波，实现了3X5的CMOS焦平面阵列及其在650GHZ波段产生的太赫兹图像；2010年，法国电子与信息技术实验CEALETI的FSCHUSTER等人2采用013M集成电路工艺实现了CMOS太赫兹成像芯片。每个像素由差分扇形连接天线，NMOSFET传感器和电容反馈基带放大器组成，像素。
7、尺寸为190M190M，该成像器可在031THZ太赫兹波段成像，在1THZ左右的响应度为18KV/W；2011年，德国的HANISHERRY3应用65NMCMOS工艺和SOI技术，制成了高性能CMOS太赫兹成像器，其噪声等效功率NEP可达到17PW/HZ05。0004目前，采用更先进集成电路制程工艺研制CMOS太赫兹传感器是该技术的主要趋势。然而，先进制程工艺的使用使得CMOS太赫兹探测器的成本急剧增加；同时，随着器件尺寸的进一步缩小，小尺寸晶体管器件将出现各种各样的可靠性问题，如自热可靠性问题、器件参数不确定性、RTN噪声问题等。原有的使用小尺寸CMOS器件的探测优势逐步被昂贵的工艺成本和复。
8、杂的器件可靠性问题所掩盖。利用新型的CMOS结构提高太赫兹传感器响应，降低传感器噪声将成为下一代CMOS太赫兹技术的主要研究方向。0005寻找一种新型的CMOS结构提升CMOS太赫兹响应性能是本发明的主要目的。已有的研究结果表明4，信号输入的源极寄生电容对CMOS太赫兹传感器性能影响较大。减小源极寄生电容，可以有效地提高传感器的电压响应。0006参考文献00071EUPFEIFFER,ALISAUSKAS,ANDHROSKOS“A065THZFOCALPLANEARRAYINAQUARTERMICRONCMOSPROCESSTECHNOLOGY”IEEEJOURNALOFSOLIDSTATE说。
9、明书CN104091851A2/3页4CIRCUITS,VOL44,NO7,PP19681976200900082SCHUSTERF；UNIVMONTPELLIER2,MONTPELLIER,FRANCE；VIDELIER,H；SAKOWICZ,M；TEPPE,F“IMAGINGABOVE1THZLIMITWITHSIMOSFETDETECTORS”35THINTERNATIONALCONFERENCEONINFRAREDMILLIMETERANDTERAHERTZWAVESIRMMWTHZ,ITLIA201000093SHERRY,H；ALHADI,R；GRZYB,J；OJEFORS,E；C。
10、ATHELIN,A；KAISER,A；PFEIFFER,UR“LENSINTEGRATEDTHZIMAGINGARRAYSIN65NMCMOSTECHNOLOGIES”IEEERADIOFREQUENCYINTEGRATEDCIRCUITSSYMPOSIUMRFIC,BALTIMORE,MD201100104MINWOORYU；JEONGSEOPLEE；KIBOGPARK；KYUNGROKKIM；WOOKKIPARK；SEONGTAEHAN“TCADMODELINGANDSIMULATIONOFNONRESONANTPLASMONICTHZDETECTORBASEDONASYMMETRICSI。
11、LICONMOSFETS”INTERNATIONALCONFERENCEONSIMULATIONOFSEMICONDUCTORPROCESSESANDDEVICESSISPAD,GLASGOW2013发明内容0011本发明目的针对常规MOSFET结构传感器中的大寄生源电容，提出了一种基于环栅MOSFET结构的太赫兹传感器。该传感器通过环栅结构减小源极面积的方法，减小输入端寄生电容，该结构不仅提升了太赫兹电压响应，还降低了器件的噪声等效功率，实现从太赫兹信号到直流信号的高效转换。0012本发明的技术方案是一种基于环栅MOSFET结构的太赫兹传感器，包括环栅MOSFET结构，所述环栅MOSFET结。
12、构包括一个在中心位置的源极、环绕着源极的弯曲的栅极以及在栅极外围的漏极。相较于传统的MOSFET结构，将栅极弯曲，环绕源极分布，具有较小的源面积，因此具有较小的输入阻抗。0013进一步的，所述的环栅MOSFET结构单管采用P型阱；中心是一个截角正方形，对截角正方形区域进行N型注入，形成源极；在源极的四周，环绕多晶硅栅极；进一步对栅极外部进行N型注入，形成环型漏极。0014进一步的，所述源极尺寸大小由工艺节点可使用最小环形尺寸决定。0015进一步的，包括两个对称的环栅MOSFET结构，两个环栅MOSFET结构公用漏极。0016进一步的，所述两个对称的环栅MOSFET结构的栅极加相同的工作电压；源。
13、极分别接太赫兹信号的正、负两极；漏极输出混频后的信号；交流信号通过对称的环栅MOSFET结构单管输出相抵消，直流信号通过漏极输出。0017进一步的，所述环栅MOSFET结构的栅极工作电压高于MOSFET结构的阈值电压008012V，以获得较小的噪声等效功率NEP。0018本发明的有益效果环栅MOSFET结构的太赫兹传感器与等效栅宽的传统MOSFET结构传感器相比，将栅极弯曲，环绕源极分布，有效地减小了源极面积，抑制了源极与衬底，源极与栅极之间的寄生参数，从而降低了器件的太赫兹输入阻抗，提高了太赫兹电压响应RV，减小了噪声等效功率NEP。附图说明0019图1环栅MOSFET结构太赫兹传感器3D模。
14、型；说明书CN104091851A3/3页50020图2直栅MOSFET结构太赫兹传感器3D模型；0021图3MOSFET结构示意图。具体实施方式0022下面结合附图对提出方案进行详细说明。0023本实例运用3DTCAD器件仿真，对018M环栅MOSFET结构与对应的直栅MOSFET结构传感器进行性能表征和对比。仿真基于018M标准CMOS工艺参数建立环栅结构的3D模型。如图1所示，3D模型中包括两个对称的环栅MOSFET结构。器件置于P型衬底上，栅长为018M；源极面积为033M2；环栅外围为漏极。环栅MOSFET结构的阈值电压为052V。为了与普通直栅结构性能进行对比，将环栅结构等效成直栅。
15、结构。等效过程主要通过仿真不同直栅宽度的沟道电阻，选取与环栅MOSFET结构的沟道电阻相同的直栅结构作为等效结构。仿真结果表明，栅宽为278M的直栅MOSFET结构的沟道电阻与环栅MOSFET结构的沟道电阻相等。图2为栅宽278M等效直栅MOSFET结构的3D模型。0024利用软件计算环栅和直栅MOSFET结构的太赫兹电压响应RV和NEP。如图3所示，栅极电压VG06V；源极太赫兹信号VSIN1X103SINTV，其中2F，F500GHZ；漏极连接R1X1012的电阻后接地，该设置下漏极可等效为浮空状态。测试太赫兹响应电压VDC的电压表与电阻并联。在所设偏压条件下获得VDC后，进一步通过以下公。
16、式计算器件的太赫兹响应和噪声功率002500260027表1根据上述偏置电压通过3DTCAD模拟得到的环栅和等效直栅的太赫兹电压响应和噪声等效功率00280029如表1所示，相比直栅结构，环栅结构的太赫兹电压响应RV增大了3倍；而噪声等效功率NEP降低到原来的1/3。0030虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本发明所述技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更改和润湿。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。说明书CN104091851A1/2页6图1图2说明书附图CN104091851A2/2页7图3说明书附图CN104091851A。