一种硅基像素探测器电路及其形成方法_3

文档序号:9922944阅读:来源:国知局
,即负极端,第一复位晶体管T1和第二复位晶体管!^的栅极在施加复位电压Vreset后,使得第一探测器和第二探测器的二极管器件的输出端^、知的电压大致在电源电压Vdd值。
[0059]对于上述优选实施例的电路,具有复位状态、收集状态和读出状态这几个工作状态,以下将结合图1描述这几个状态,以便进一步了解该电路的工作原理。
[0060]如图1所示,在复位状态,第一复位晶体管T1和第二复位晶体管T2开启,其余的晶体管都处于关闭状态,此时,第一探测器D1和第二探测器D2处于充电状态,两端电压大致为电源电压Vdd。
[0061]在收集状态,第一复位晶体管T1和第二复位晶体管T2、以及第九TFT晶体管T9至第十七TFT晶体管T17处于关闭状态,第一差分放大器电路100中的TFT晶体管处于开启状态,即第三TFT晶体管T3至第八TFT晶体管T8处于开启状态,构成前置差分放大,该第一差分放大器电路的放大倍数记做Α。在辐射信号的作用下,第一探测器D1两端的电荷会被释放掉一部分,使得第一探测器D1的电势降低AVC,而第二探测器D2由于形成有阻挡层,使其基本不受辐射光照,第二探测器02的电势基本不变,这样,第一差分放大器电路100双端输入即为ΔVg,第一差分放大器电路100输出Α* Δ Vg,实现电信号的第一级放大。
[0062]在读出状态,在采样时间内,第九TFT晶体管T9至第十七TFT晶体管T17处于开启状态,其他的TFT晶体管处于关闭状态,第一差分放大器电路100输出的电信号,经过第二放大器电路110实现电信号的第二级放大,放大后的电信号由第十七TFT晶体管T17传送出,以供读出电路侦测。
[0063]以上对本发明实施例的硅基像素探测器电路及工作原理进行了详细的描述,为了更好的理解本发明的技术方案和技术效果,以下结合流程图对硅基像素探测器电路的形成方法进行详细的描述。
[0064]参考图2所示,本发明还提供了一种硅基像素探测器电路的形成方法,包括:
[0065]SOl,提供硅基衬底的第一晶片,在第一晶片上形成PIN二极管;
[0066]S02,在部分PIN 二极管的受光面上形成阻挡层,形成有阻挡层的PIN 二极管为第二探测器,未形成有阻挡层的PIN 二极管为第一探测器;
[0067]S03,形成第一差分放大器电路、第二放大器电路、第一复位晶体管和第二复位晶体管;
[0068]其中,第一探测器和第二探测器分别电连接至差分放大器电路的两个输入端,差分放大器电路的输出端连接第二放大器电路的输入端;
[0069]第一复位晶体管和第二复位晶体管分别用于对第一探测器和第二探测器的感测节点的电压进行复位,分别与第一探测器和第二探测器电连接。
[0070]在本发明实施例的方法中,通过在硅基衬底上形成PIN二极管,而后,在部分的PIN二极管的受光面之上形成阻挡层,从而,在同一工艺中形成了结构相同的第一探测器和第二探测器,以分别作为差分放大器电路的输入,由于差分放大器电路的两个输入端的探测器采用了相同的工艺形成,对来自环境的噪声输出一致,使得双端输入的差分放大器电路不受共模噪声的影响,从而,提高探测器整体的灵敏度。此外,在抑制噪声的同时,差分放大器电路还对差模信号具有放大作用,进一步提高探测器的增益。
[0071]在形成探测器之后,可以采用不同的方法形成探测器之外的其他电路,以下将结合不同的实施例进行详细的描述。
[0072]实施例一
[0073]参考图3,在步骤SlOl,提供硅基衬底的第一晶片410,在第一晶片410上形成PIN二极管。
[0074]在本发明实施例中,硅基衬底的第一晶片例如可以为硅衬底、硅锗衬底等。
[0075]在本实施例中,首先,提供第一晶片410,该第一晶片为硅衬底,为本征半导体层4101,该硅衬底中可以具有η型的轻掺杂。
[0076]接着,在第一晶片410的一个表面上进行P+重掺杂,例如可以进行B离子的掺杂,从而形成第一掺杂区4102,而后在第一晶片的另一个表面上进行N型掺杂,例如可以进行P离子的掺杂,从而形成第二掺杂区4103。这样就在第一晶片410上形成了 PIN 二极管。
[0077]该实施例中形成PIN二极管的步骤仅为示例,根据具体的器件的需要,还可以进行其他工艺,以形成其他所需的结构。
[0078]在步骤S102,在部分PIN二极管的受光面上形成阻挡层(图未示出),形成有阻挡层的PIN 二极管为第二探测器,未形成有阻挡层的PIN 二极管为第一探测器。
[0079]在本发明实施例中,阻挡层可以为阻挡辐射的金属材料,例如可以为Mo。可以通过溅射的方法在PIN 二极管上形成阻挡层,而后,去除部分区域的阻挡层,仅在部分区域上保留阻挡层,这样,在第一晶片上形成了两种探测器,形成有阻挡层的PIN 二极管为第二探测器,未形成有阻挡层的PIN 二极管为第一探测器。
[0080]在步骤S103,形成第一差分放大器电路、第二放大器电路、第一复位晶体管和第二复位晶体管。
[0081]在上述步骤中在第一晶片410上形成了探测器的器件,在该步骤中,形成探测器之外的其他器件。
[0082]具体地,在本实施例中,首先,在第一探测器和第二探测器之上形成钝化层510,并在钝化层510中形成接触520。
[0083]钝化层510用于保护探测器的器件,并在其中形成接触520,接触520用于与钝化层之上形成的器件之间的互连。可以通过淀积钝化层并进行平坦化,而后通过开孔及填充工艺来形成接触。
[0084]而后,在钝化层510之上形成外延半导体层530,该外延半导体层用于形成探测器之外的其他器件540 ο其他器件540包括第一差分放大器电路、第二放大器电路、第一复位晶体管和第二复位晶体管以及开关晶体管,优选地,他们中的晶体管都为TFT晶体管,在在外延半导体层上分别形成第一差分放大器电路、第二放大器电路、第一复位晶体管和第二复位晶体管,以及开关晶体管器件,并覆盖另一钝化层。
[0085]这样,就在第一晶片上实现了探测器器件以及其他器件的集成,该方法便于集成且易于实现。此外,在形成探测器的器件之后,在探测器之上形成其他电路的器件,不会对探测器填充因子造成影响,
[0086]而后,可以将形成有读出电路的另一晶片与该第一晶片进行焊接连接,从而实现第一晶片和读出电路的电连接。
[0087]具体的,首先,提供第三晶片430,在第三晶片430上形成有读出电路422。
[0088]而后,将第三晶片430与第一晶片410通过焊接柱连接在一起,以实现读出电路422与第一晶片410的电连接。在该实施例中,第三晶片的读出电路通过第一晶片上的开关晶体管实现电连接,可以通过在需要电连接的区域上形成焊接柱,通过焊接柱实现二晶片的连接。
[0089]这样,就形成了本实施例的硅基像素探测器电路,如图3所示,该电路中,第一探测器和第二探测器的PIN 二极管形成在第一晶片410上且具有完全相同的结构,在第一探测器和第二探测器上形成有钝化层510,钝化层510中形成有接触520,在钝化层520上形成有外延半导体层530,该外延半导体层530上形成有第一差分放大电路和第二放大器电路,第一复位晶体管和第二复位晶体管,以及开关晶体管,这些电路统称外围电路540。进一步地,该第一晶片410通过焊接柱440与形成有读出电路的第三晶片430连接。
[0090]实施例二
[0091]与实施例一不同的是,在本实施例中,探测器之外的器件形成在另一晶片上,以下将仅描述与实施例一不同的部分,相同部分将不再赘述。
[0092]参考
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