高介電係數閘介電層奈米元件與輻射作用之研究

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Title:	高介電係數閘介電層奈米元件與輻射作用之研究
Authors:	謝文靓
Contributors:	光電系統工程系
Keywords:	SONTS、電容、輻射偵測器
Date:	2012-12
Issue Date:	2013-04-16 19:03:13 (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典型GAMMA 輻射偵測器-金屬氧化矽半導體，被儲存的劑量數據在高溫下容易揮發。Si-SiO2-Si3N4-TEOS-Si 即“SONTS” 半導奈米電容元件是一個不揮發的GAMMA 輻射偵測器候選人。用SONTS 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。SONTS 類別的γ輻射偵測器，有下列特性:(1)即使在高溫下，在SONTS 電容元件裡被儲存的劑量記錄總是不揮發的。(2) SONTS 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SONTS 電容元件裡。在實驗的部分，將利用熱氧化(thermal oxidation)製程與低壓化學氣相沉積法(LPCVD)製程與熱成長(HTO) 製程成長閘介電質”O-N-T” ,依序為:1. Tunneling Layer~ SiO2 50Å “ O(50A)”, 2. Storage Layer~200Å Si3N4 “SiN(200)”, 3. Block Layer 100Å TEOS “TEOS (100)” 的SONTS 半導奈米電容元件. 且我們還多做了3 組閘介電質不同結構的比較組分別是1. O-N-T (50Å-100Å-100Å) 2. O-N-T (50Å-150Å-100Å) 3. O-N-T (50Å-200Å-100Å)。最後實驗比較結果可看出各組電容元件照射輻射不同劑量之後, 以3 組 O-N-T (50Å-200Å-100Å) 的結果最好。 SONTS 半導奈米電容元件照射輻射後,實驗結果顯示： SONTS 半導奈米電容元件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射線的曝光劑量成正比線性的關聯。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SONTS 半導奈米電容元件裡的數據抹除到原先歸零的狀態。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SONTS 半導奈米電容 II 元件照射伽瑪輻射後不會破壞SONTS 半導奈米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。SONTS 半導奈米電容元件寫入γ-ray 之後的Vt 改變和γ-ray 曝光的劑量的關係是正比線性的關聯;而比較照射輻射後Vt 改變和揮發時間的關係圖，可看出SONTS 半導奈米電容元件照射輻射後不會揮發，SONTS 半導奈米電容元件是為不揮發性的伽瑪輻射偵測器候人。
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