研究论文 | 一种采用8英寸工艺实现的辐射剂量探测器

 

背景与亮点

1964年Hughes首次提到高能γ射线对MOSFET结构有影响，并于1988年把这种PMOS探测器命名为RADFET。与气体探测器、闪烁探测器、半导体二极管等辐射探测器相比，RADFET辐射剂量计具有便于集成、体积小、重量轻、功耗很低的优点，被广泛应用于航空航天探测，核工业防护以及医疗放射的个人剂量监测等领域。提高RADFET灵敏度的方法主要包括增加栅氧化层厚度，采用堆栈结构等。北京大学LIU HongRui等在实验室制备了栅氧化层厚度为420 nm的RADFET，灵敏度最高达到了229 mV/Gy。然而，目前国内还没有采用8英寸实现量产的RADFET产品。

近日，联合微电子中心有限责任公司黄俊博士等人在8英寸工艺平台上，采用6层光罩开发出一款具有一定灵敏度的RADFET芯片。芯片的大小为610 mm × 610 mm，包含两只一样的PMOS。其中PMOS的W/L为300 mm × 50 mm，栅氧化层厚度为400 nm，采用了干氧-湿氧-干氧的工艺形成。湿氧形成的栅氧化层中有较多的陷阱，保证在辐射时可以俘获更多的空穴，所以器件的阈值电压可显著变化。对10颗芯片进行了测试，辐射前的测试结果表明，PMOS的初始电压平均值为1.961 V，分散性为5.7%。辐照实验在钴源装置的辐照剂量率为50 rad(Si)/s。辐照时连接10 μA的恒流源电路，测量阈值电压在不同总剂量条件下的变化量。在总剂量达到100 krad(Si)时，阈值电压的增量约为1.37 V，表明制备的芯片实现了辐射探测功能。

图1. RADFET芯片版图。

图2. 阈值电压变化量随总剂量的变化曲线。

该文章以题为“A semiconductor radiation dosimeter fabricated in 8-inch process”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

A semiconductor radiation dosimeter fabricated in 8-inch process

Jun Huang, Bojin Pan, Hang bao, Qiuyue Huo, Renxiong Li, Qi Ding, Yutuo Guo, Yu Wang, Kunqin He, Yaxin Liu, Ziyi Zeng, Ning  Ning, and Lulu Peng

J. Semicond. 2025, 46(8), 082302. doi: 10.1088/1674-4926/24120027

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第一作者

2019年获电子科技大学博士学位。主要研究方向为功率器件和模拟IC。