低能电子轰击引起氧化铝钝化膜BCMOS传感器暗电流变化研究

针对低能电子(电子能量为300~1500 eV)轰击引起氧化铝钝化层BCMOS(Back-thinned Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,BCMOS)图像传感器暗电流增加问题,设计了电子轰击BCMOS图像传感器实验,经统计发现,对于厚度为10 nm的氧化铝钝化层BCMOS图像传感器,轰击能量大于600 eV时暗电流增加速率明显;轰击电子能量不超过1.5 keV时,暗电流存在最大值,约为12000 e-/pixel/s;电子轰击后的BCMOS图像传感器在电子干燥柜中静置时,其暗电流呈指数趋势下降。通过分析指出入射电子引起氧化铝钝化层与硅界面处缺陷态增加,是引起上述现象的主要原因。

表面钝化膜对BCMOS传感器电子敏感特性影响的实验研究

基于硅表面的薄膜钝化原理,开展了不同厚度的表面钝化膜对背减薄CMOS(Back-thinned CMOS,BCMOS)传感器电子敏感特性影响的实验研究。首先,对CMOS传感器进行背减薄处理后,对背减薄CMOS进行电子轰击测试,由测试结果可知,电子图像灰度随入射电子能量的变化呈现出线性关系。然后,采用电子束蒸镀法在BCMOS传感器表面镀制了不同厚度的氧化铝薄膜,并进行了电子轰击测试。研究发现,当表面氧化铝薄膜厚度为20 nm时,可以将BCMOS传感器的二次电子收集效率提高14.9%,通过表面薄膜钝化实现了电子敏感性的提升,同时,随着薄膜厚度的增加,BCMOS暗电流由1510 e-/s/pix减小至678 e-/s/pix。上述结果说明,氧化铝薄膜对BCMOS背减薄表面具有良好的钝化作用,可以提高BCMOS传感器的二次电子收集效率、降低暗电流,为将来高灵敏度EBCMOS器件的研制提供了技术支撑。