CN101872023A - 一种采用环形栅结构的pmos剂量计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体辐照实验测试技术领域，公开了一种采用环形栅结构的PMOS剂量计，包括：形成于半导体衬底1上表面中心位置的圆形漏电极11；环绕圆形漏电极11周围的环形栅电极9；以及环绕环形栅电极9周围的环形源电极4。本发明实现了PMOS管阈值电压漂移与辐射总剂量之间的高度线性单调对应关系，从而使得辐射剂量的测量更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及半导体辐照实验测试技术领域，尤其涉及一种采用环形栅结构的PMOS剂量计。
背景技术
对空间辐射环境的研究始于上世纪四十年代。随着地球磁场俘获带电粒子形成的强辐射带(Van-Allen带)的发现和相继发生的辐射引起的卫星运行故障，空间辐射环境的研究越来越受到重视，各种空间辐射探测技术和设备相继得到了应用，其中也包括一些用于辐射总剂量监测的技术，如热释光(TLD)剂量计、尼龙薄膜剂量计、G-M计数管、PIN二极管、半导体探测器等。这些技术虽然取得了一定的成功，但也存在各自的缺陷。如难以实现在轨动态监测，有的存在着测量或读出电路复杂，系统体积或重量庞大，剂量记录信息与电子学系统接口困难，数据处理繁琐等问题。
二十世纪七十年代，英国的Holmes-Siedle提出了空间电荷剂量计的概念。特定工艺的P沟道金属-氧化物-半导体晶体管(PMOSFET)受到电离辐射后，在其氧化层中产生的俘获正电荷和界面态会导致阈值电压的漂移，阈值电压漂移的幅度与辐射剂量呈现近乎于线性的单调对应关系。在此基础上，可以利用电离辐射引起PMOSFET阈电压的变化作为辐射敏感参量，进行辐射总剂量测量。由于PMOS剂量计具有体积小、重量轻、功耗低、测量和读出电路简单、可靠性高、便于遥控遥测等特点，非常适用于卫星内外辐射总剂量环境的在轨监测，并在核工业、医学、辐射防护及便携式个人辐射监测领域内也有广泛的应用。
PMOS剂量计应用广泛的一个前提是阈值电压漂移的幅度与辐射剂量呈现近乎于线性的单调对应关系，然而对于一般的PMOS剂量计，边缘漏电使得这种线性关系变坏。因此有必要对现有PMOS剂量计进行改进，寻求一种高线性度的PMOS剂量计。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种采用环形栅结构的PMOS剂量计，使得能够更加准确的测量辐照剂量。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明提供了一种采用环形栅结构的PMOS剂量计，包括：
形成于半导体衬底1上表面中心位置的圆形漏电极11；
环绕圆形漏电极11周围的环形栅电极9；以及
环绕环形栅电极9周围的环形源电极4。
上述方案中，所述圆形漏电极11形成于半导体衬底1上表面中心位置的圆形硅化物层10之上，圆形硅化物层10之下与圆形硅化物层10紧邻的是通过离子注入半导体衬底1中心位置而形成的漏区6，漏区6的横截面为圆形。
上述方案中，所述环形栅电极9形成于多晶硅层8之上，多晶硅层8形成于栅氧层7之上，栅氧层7形成于半导体衬底1之上，且栅氧层7环绕于硅化物层10和漏电极11周围。
上述方案中，所述环形源电极4形成于硅化物层3之上，硅化物层3形成于体接触区2和源区5之上，且源电极4和硅化物层3环绕于栅氧层7周围。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明的具有以下有益效果：
本发明提供的采用环形栅结构的PMOS剂量计，消除了边缘漏电的影响，使得阈值电压漂移的幅度与辐射剂量呈现高度线性的单调对应关系，从而使得辐照剂量的测量更加准确。
附图说明
图1是本发明提供的采用环形栅结构的PMOS剂量计的正面示意图；
图2是本发明提供的采用环形栅结构的PMOS剂量计的截面示意图；
图3是本发明提供的采用环形栅结构的PMOS剂量计的测量电路示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的采用环形栅结构的PMOS剂量计，包括：形成于半导体衬底1上表面中心位置的圆形漏电极11；环绕圆形漏电极11周围的环形栅电极9；以及环绕环形栅电极9周围的环形源电极4。
如图2所示，图2是本发明提供的采用环形栅结构的PMOS剂量计的截面示意图。其中1为衬底，5为源区，2为体接触区，6为漏区，7为栅氧层。源区5和体接触区2上为硅化物层3。硅化物层3上为源电极4。漏区6上为硅化物层10。硅化物层10上为漏电极11。栅氧层7上为多晶硅层8。多晶硅层8上为栅电极9。
圆形漏电极11形成于半导体衬底1上表面中心位置的圆形硅化物层10之上，圆形硅化物层10之下与圆形硅化物层10紧邻的是通过离子注入半导体衬底1中心位置而形成的漏区6，漏区6的横截面为圆形。
环形栅电极9形成于多晶硅层8之上，多晶硅层8形成于栅氧层7之上，栅氧层7形成于半导体衬底1之上，且栅氧层7环绕于硅化物层10和漏电极11周围。
环形源电极4形成于硅化物层3之上，硅化物层3形成于体接触区2和源区5之上，且源电极4和硅化物层3环绕于栅氧层7周围。
图3是本发明提供的采用环形栅结构的PMOS剂量计的测量电路示意图。此结构包括1只或1只以上的本发明提供的结构和特性参数完全相同的PMOS剂量计单元器件、工作模式选择开关SW以及恒流源Isd。将选取的1只或多只完全相同的PMOS剂量计单元器件尽可能靠近的并排安置于PCB板上，各PMOS剂量计采用漏/源相接的级联方式并将各自栅电极和漏电极短接，如图3所示，最后一级PMOS剂量计漏电极接至地线，第一级PMOS剂量计源极接至工作模式选择开关SW，该开关有两种工作模式可供选择：测量模式，即开SW接至零电位，同时接受辐照；或读出模式，即开关SW接至恒流源，为PMOS剂量计源极注入确保PMOS剂量计工作于饱和区的恒定电流，将第一级PMOS剂量计源极节点电压作为剂量计输出电压引出至采集电路，利用事先标定的电压变化与辐射剂量的对应关系，得到与其对应辐射剂量值。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种采用环形栅结构的PMOS剂量计，其特征在于，包括：
形成于半导体衬底(1)上表面中心位置的圆形漏电极(11)；
环绕圆形漏电极(11)周围的环形栅电极(9)；以及
环绕环形栅电极(9)周围的环形源电极(4)。
2.根据权利要求1所述的采用环形栅结构的PMOS剂量计，其特征在于，所述圆形漏电极(11)形成于半导体衬底(1)上表面中心位置的圆形硅化物层(10)之上，圆形硅化物层(10)之下与圆形硅化物层(10)紧邻的是通过离子注入半导体衬底(1)中心位置而形成的漏区(6)，漏区(6)的横截面为圆形。
3.根据权利要求1所述的采用环形栅结构的PMOS剂量计，其特征在于，所述环形栅电极(9)形成于多晶硅层(8)之上，多晶硅层(8)形成于栅氧层(7)之上，栅氧层(7)形成于半导体衬底(1)之上，且栅氧层(7)环绕于硅化物层(10)和漏电极(11)周围。
4.根据权利要求1所述的采用环形栅结构的PMOS剂量计，其特征在于，所述环形源电极(4)形成于硅化物层(3)之上，硅化物层(3)形成于体接触区(2)和源区(5)之上，且源电极(4)和硅化物层(3)环绕于栅氧层(7)周围。
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Publications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103523742A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-01-22 | 北京大学 | 一种mos结构的辐射剂量探测器及其制备方法 |
| CN109211897A (zh) * | 2017-06-30 | 2019-01-15 | 中国科学院微电子研究所 | 离子敏感场效应晶体管及其制备方法 |
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2009
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Cited By (3)
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| CN103523742B (zh) * | 2013-10-24 | 2016-01-13 | 北京大学 | 一种mos结构的辐射剂量探测器及其制备方法 |
| CN109211897A (zh) * | 2017-06-30 | 2019-01-15 | 中国科学院微电子研究所 | 离子敏感场效应晶体管及其制备方法 |
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