Sensor, dispositivo y método de medición de radiación basado en transistor de puerta flotante.

Sensor, dispositivo y método de medición de radiación basado en transistor de puerta flotante.

El sensor comprende al menos un primer transistor de puerta flotante (10) con un primer (1) y un segundo (3) terminal, una puerta flotante (2), un substrato (6), una isla (4) del segundo terminal con el mismo tipo de dopado que el segundo terminal (3) pero de menor densidad de dopado, y una capa de óxido de puerta (5) entre la puerta flotante (2) y el substrato (6), donde tanto la puerta flotante (2) como la capa de óxido de puerta (5) se extienden sobre la isla (4) del segundo terminal hasta la zona de mayor dopado (3) del terminal. El sensor puede disponer de un área de extensión (7) para aumentar el área de detección de radiación. El sensor puede comprender un segundo transistor de puerta flotante (10a).

Sensor, dispositivo y método de medición de radiación basado en transistor de puerta flotante Campo de la invención La presente invención se engloba dentro del campo de los sensores. En concreto, de los sensores de radiación que emplean transistores de puerta flotante.

Antecedentes de la invención En la actualidad se conocen muchos tipos de sensores de radiación basados en transistores CMOS de puerta flotante.

La mayoría de los sensores de radiación están basados en tecnologías EEPROM y disponen de una puerta de carga y una puerta de control. Por ejemplo, la patente US6172368 divulga un transistor de puerta flotante con un terminal de control o modulación y un terminal de carga o grabación. Estos dos nodos o terminales están separados de la puerta flotante por un dieléctrico muy delgado. La carga de la puerta flotante se realiza elevando la tensión del terminal de carga a un nivel que provoque el traspaso de cargas a través del dieléctrico hasta la puerta flotante. Se puede hacer una modulación de la puerta flotante controlando la tensión del terminal de modulación. La magnitud de esta modulación vendrá determinada por el grosor del dieléctrico y el área de solapamiento entre la puerta flotante y el terminal de control.

Existen otras tecnologías, como la divulgada en el documento de patente WO9512134-A1, que eliminan la puerta de control, y realizan la carga a través de una puerta de carga, pero tienen el inconveniente de que necesitan dos capas de polisilicio diferenciadas.

En tecnología CMOS estándar existe la posibilidad de cargar la puerta flotante utilizando el efecto túnel en un transistor PMOS que comparte la puerta flotante con la puerta flotante del sensor. Así por ejemplo el documento de patente US2010096556 divulga el empleo de dos transistores de puerta flotante en los que uno de ellos se usa para cargar la puerta flotante y el otro como transistor, para medir la corriente y evaluar la tensión de puerta flotante. El problema con este dispositivo es que los nodos de los transistores no están diseñados para soportar las tensiones altas necesarias para la carga de la puerta flotante. El proceso de carga suele dañar estos terminales, provocando corrientes de fugas lo que no permite evaluar correctamente la tensión de puerta. Por ello se usan dos transistores diferentes, uno de ellos para grabar, que será dañado y el otro para medir.

Los dispositivos descritos presentan una dependencia de la señal a medir con la temperatura. Para corregir esto la mayoría de los dispositivos incorporan un segundo par transistor que se cargan a tensiones parecidas al sensor y de esta manera se eliminan los efectos de compensación térmica, divulgado por ejemplo en la patente US4678916.

Descripción de la invención Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un sensor de radiación basado en transistor de puerta flotante, que comprende al menos un primer transistor de puerta flotante con un primer y un segundo terminal, una puerta flotante, un substrato, una isla del segundo terminal con el mismo tipo de dopado que el segundo terminal pero de menor densidad de dopado, y una capa de óxido de puerta entre la puerta flotante y el substrato. Tanto la puerta flotante como la capa de óxido de puerta se extienden sobre la isla del segundo terminal hasta la zona de mayor dopado del terminal.

En una realización preferente, la puerta flotante del primer transistor de puerta flotante comprende un área de extensión para aumentar el área de detección de radiación.

El sensor de radiación puede también comprender un segundo transistor de puerta flotante idéntico al primer transistor, bien sin el área de extensión o bien con un área de extensión de diferentes características físicas.

Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un dispositivo de medición de radiación basado en transistor de puerta flotante, que comprende un sensor de radiación anterior (en las realizaciones con dos transistores) , y un circuito medidor de corriente encargado de medir la diferencia de corriente de cada uno de los transistores del sensor de radiación, la cual es proporcional a la radiación recibida por el sensor de radiación.

La presente invención se refiere también a un método de medición de radiación basado en transistor de puerta flotante. El método comprende la etapa de medir la diferencia de corriente de cada uno de los transistores de un sensor de radiación anterior (en las realizaciones con dos transistores) , la cual es proporcional a la radiación recibida por el sensor de radiación.

Breve descripción de los dibujos A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

La Figura 1 muestra un transistor de puerta flotante estándar, de acuerdo al estado del arte.

La Figura 2 muestra un transistor de puerta flotante estándar con isla, para aplicaciones de alto voltaje, de acuerdo al estado del arte.

La Figura 3 muestra un transistor de puerta flotante sin puerta de control ni puerta de grabación, objeto de la presente invención.

La Figura 4 representa el transistor con un área de detección de radiación mayor debido al área de extensión conectada a la puerta flotante.

La Figura 5 muestra, en otra realización, el empleo de dos transistores como sensor de radiación.

La Figura 6 muestra, para la realización de la Figura 3, el empleo de un medidor de corrientes para evaluar la diferencia de corriente de cada uno de los transistores.

Descripción detallada de la invención La Figura 1 muestra un transistor de puerta flotante estándar conocido, donde se muestra un primer terminal (1) -por ejemplo el surtidor-, la puerta flotante (2) , un segundo terminal (3) -por ejemplo el drenador-, y una capa de óxido de puerta (5) entre la puerta flotante (2) y el substrato (6) , en el caso de la figura, de tipo p-.

La Figura 2 representa un transistor de puerta flotante con tensión de drenador ampliada, para aplicaciones de alto voltaje, de acuerdo al estado del arte. La diferencia con el transistor de la Figura 1 es la incorporación de una isla (4) en el segundo terminal (3) , con el mismo tipo de dopado que el segundo terminal (3) pero de menor densidad de dopado. Este tipo de transistores con la isla debajo del drenador es estándar en aplicaciones en las que se necesitan conectar voltajes de varias decenas de voltios, ya que eleva la tensión de ruptura entre drenador -segundo terminal (3) -, y substrato (6) . La capa de óxido de puerta (5) se extiende únicamente entre la puerta flotante (2) y el substrato (6) , y no se extiende sobre la isla (4) ya que al ser muy fina tiene una tensión de ruptura baja.

La Figura 3 representa un sensor de radiación de acuerdo a la presente invención, formado por un primer transistor de puerta flotante (10) que comprende:

- Un primer terminal (1) del transistor de puerta flotante.

- La puerta flotante (2) .

- Un segundo terminal (3) del transistor de puerta flotante.

- Una isla (4) del segundo terminal, con el mismo tipo de dopado que el segundo terminal (3) pero de menor densidad de dopado.

- Una capa de óxido de puerta (5) .

- Substrato (6) , de dopado opuesto al primer (1) y segundo (3) terminal.

La diferencia fundamental entre este transistor con el ya conocido (el de la Figura 2) es que la capa de óxido de puerta (5) se extiende también por encima de la isla (4) . En la estructura estándar si se extendiese la puerta con el óxido de puerta (5) por encima de la isla (4) no se podría usar en aplicaciones de alto voltaje para las que está pensado, ya que el drenador con estas tensiones no rompería con el substrato (6) , pero sí con la puerta (2) , dañando el dispositivo.

En el segundo terminal (3) se le ha añadido alrededor una isla (4) del mismo material y opuesto al substrato, pero de menor densidad de dopado. De esta manera, al estar menos dopada, permite aplicar al segundo terminal (3) tensiones más elevadas de los 5 V que la tecnología soporta, sin que se produzcan rupturas del terminal diodo contra el substrato. Gracias a esto puede aplicarse al segundo terminal (3) una tensión suficiente para provocar el efecto túnel deseado y cargar la puerta flotante (2) directamente a través del segundo terminal (3) . El transistor (10) con la puerta flotante cargada se comportará como un transistor normal MOS, con una pequeña resistencia adicional en el nodo dopado débilmente. En el ejemplo de la Figura 3, suponiendo un substrato (6) tipo p-, el drenador del transistor sería...

1. Sensor de radiación basado en transistor de puerta flotante, que comprende al menos un primer transistor de puerta flotante (10) con un primer (1) y un segundo (3) terminal, una puerta flotante (2) , un substrato (6) , una isla (4) del segundo terminal con el mismo tipo de dopado que el segundo terminal (3) pero de menor densidad de dopado, y una capa de óxido de puerta (5) entre la puerta flotante (2) y el substrato (6) , caracterizado por que tanto la puerta flotante (2) como la capa de óxido de puerta (5) se extienden sobre la isla (4) del segundo terminal hasta la zona de mayor dopado (3) del terminal.

2. Sensor de radiación según la reivindicación 1, caracterizado por que la puerta flotante (2) del primer transistor de puerta flotante (10) comprende un área de extensión (7) para aumentar el área de detección de radiación.

3. Sensor de radiación según la reivindicación 2, caracterizado por que comprende un segundo transistor (10a) de puerta flotante idéntico al primer transistor (10) pero sin el área de extensión (7) .

4. Sensor de radiación según la reivindicación 2, caracterizado por que comprende un segundo transistor (10a) de puerta flotante idéntico al primer transistor (10) pero con un área de extensión (7) de diferentes características físicas.

5. Dispositivo de medición de radiación basado en transistor de puerta flotante, caracterizado por que comprende un

sensor de radiación según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 4, y un circuito medidor de corriente (12) encargado de medir la diferencia de corriente de cada uno de los transistores (10, 10a) del sensor de radiación, la cual es proporcional a la radiación recibida por el sensor de radiación.

6. Método de medición de radiación basado en transistor de puerta flotante, caracterizado por que comprende medir la diferencia de corriente de cada uno de los transistores (10, 10a) de un sensor de radiación según cualquiera de las 20 reivindicaciones 3 a 4, la cual es proporcional a la radiación recibida por el sensor de radiación.

Fig. 2

Fig. 4

Fig. 6