奈米半導體SIS元件與輻射作用之研究-第1年

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Title:	奈米半導體SIS元件與輻射作用之研究-第1年
Authors:	謝文靚
Contributors:	光電系
Keywords:	SIS、電容元件、輻射偵測器
Date:	2010-12
Issue Date:	2011-06-21 14:27:52 (UTC+8)
Abstract:	跟傳統的偵測器比較，半導體劑量計有高靈敏度，尺寸小，重量輕和線性測量的輸出特性。但是以半導體技術製作的矽-絕緣-矽(SIS)電容元件輻射偵測器，被儲存的劑量數據在高溫下容易揮發。SIS電容元件是一個不揮發的GAMMA輻射偵測器候選人。用SIS電容元件來做γ輻射偵測器，照射完γ射線輻射之後，γ射線輻射會引起臨限電壓(Vth)減少。而γ射線照射後，臨限電壓的變化量也與γ射線照射的劑量計量有線性的關係。SIS類別的γ輻射偵測器，有下列特性:(1)即使在高溫下，在SIS電容元件裡被儲存的劑量記錄總是不揮發的。(2)SIS電容元件的被儲存的劑量記錄可以被注入的電荷擦掉，回到原先歸零的狀態。(3)被儲存的劑量記錄可被累積儲存在SIS電容元件裡。在本計畫的SIS電容元件因輻射作用而產生的電荷可被長久儲存在SIS電容元件內而不揮發，同時電荷也可被累積儲存在SIS電容元件內長久而不揮發。SIS電容元件內被累積儲存的電荷量與入射輻射劑量成正比。本計畫三年利用熱成長(HTO)與低壓化學氣相沉積(LPCVD) 成長了三種SIS電容元件結構1.穿隧氧化層-氮化矽層-二氧化矽層的(SONOS)電容元件結構2.穿隧氧化層-TEOS層-二氧化矽層SOTOS結構3. 穿隧氧化層的SOS結構。 SIS電容元件照射輻射後,實驗結果顯示： SONOS元件以Gamma ray照射後ID-VG特性曲線有向左平移的改變。隨著照射總劑量變大而VTh值卻變小。相對VTh變化量與照射總劑量成線性關係圖。VTH的變化與陷於閘介電層內電荷陷阱中的電荷的數量和γ射線的曝光劑量有線性的關聯。這些陷阱中電荷總是能夠在閘極介電質層裡累積，所以劑量記錄不能被破壞。借由電荷注入使在SIS裡的數據抹除到原先歸零的狀態。在本計畫的SIS元件因輻射作用而產生的電荷可被長久儲存在SIS元件內而不揮發，同時電荷也可被累積儲存在SIS電容元件內長久而不揮發。SIS電容元件內被累積儲存的電荷量與 I 入射輻射劑量成正比。因此本篇論文證明SIS電容元件可用於γ射線劑量計的可能性。比較照射輻射前後所量測的閘介電質層漏電流的特性差異，其結果可看出SIS電容元件照射輻射後，閘介電質層漏電流並不會因此變差，所以表示SIS電容元件照射伽瑪輻射後不會破壞SIS電容元件的閘介電質層結構而造成漏電流，所以元件可重復使用。SIS電容元件寫入γ-ray之後的Vt改變和γ-ray曝光的劑量的關係是正比的關聯;而比較照射輻射後Vt改變和揮發時間的關係圖，可看出SIS電容元件照射輻射後不會揮發，SIS電容元件是為不揮發性的伽瑪輻射偵測器候人。
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