輻射探測電路的製作方法
2023-06-14 09:07:41
輻射探測電路的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種輻射探測電路，包括：輻射感應探測器，所述輻射感應探測器為用於感測待測輻射的PMOS電晶體；電流控制器，用於控制所述輻射感應探測器中通過的電流大小；信號放大器，用於放大所述輻射感應探測器的輸出；比較放大器，用於將信號放大器的輸出與參考信號進行比較，將比較產生的差值放大後輸出。本發明通過使用恆定電流源將由輻射敏感PMOS管所產生的電流，轉換為閾值電壓的變化，經放大器比較讀出後能直接得到輻射的總劑量，不僅簡便易行，且電路結構簡單，無多餘的耗電元件，與現有技術相比極大地降低了功耗。
【專利說明】輻射探測電路
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體【技術領域】，尤其涉及一種輻射探測電路。
【背景技術】
[0002] 在太空中，很多電子設備都會暴露在一定的輻射環境下。為了保證這些電子設備 的可靠性，對總劑量輻射的檢測很有必要。因為一旦輻射總劑量超過某一額度，就會導致電 子系統的失效。
[0003] 現有的輻射探測電路主要包括由特定工藝製成的輻射敏感場效應電晶體。由於輻 射後產生的氧化物陷阱與界面陷阱電荷使得MOSFET閾值電壓發生漂移。通過標定閾值電 壓漂移量與輻照劑量的關係，測出閾值電壓漂移量得到輻射劑量的大小。一般說來，NMOS輻 射後，氧化物陷阱電荷使其閾值電壓發生負向漂移，但是界面電荷使其閾值電壓發生正向 漂移；PMOS輻射後產生的氧化物陷阱電荷和界面電荷都使得其閾值電壓負向漂移，因此大 部分的總劑量輻射探測電路一般採用PMOS場效應電晶體作為總劑量輻射探測器。
[0004] 由上述原理可知，可以根據pMOS電晶體閾值電壓產生的變化設計出電路，使之能 夠反映出所受總劑量輻射環境的大小。如圖1所示，為現有技術的探測電路示意圖，該讀出 電路由五個主要的模塊構成，即輻射敏感電晶體、電流控制振蕩器、有限狀態機、N位移位寄 存器。其能夠將感測的輻射轉化為數位訊號輸出。因此這個探測電路為了滿足某些數字自 動化系統而過於複雜。但是在一般的應用中，並不需要AD轉換。
[0005] 因此，希望提出一種能應用在實驗室中，較為簡單的pMOS總劑量輻射監測電路。
【發明內容】
[0006] 本發明的一個目的在於提供結構更簡單、功耗更低的輻射探測電路。
[0007] 根據本發明的一個實施例，提供了一種輻射探測電路，包括：輻射感應探測器，所 述輻射感應探測器為用於感測待測輻射的PMOS電晶體；電流控制器，用於控制所述輻射感 應探測器中通過的電流大小；信號放大器，用於放大所述輻射感應探測器的輸出；比較放 大器，用於將信號放大器的輸出與參考信號進行比較，將比較產生的差值放大後輸出。
[0008] 可選地，所述信號放大器是運算放大器，所述PMOS電晶體的源極連接所述電流控 制器的輸出和所述信號放大器的共模輸入端，所述PMOS電晶體的柵極連接所述信號放大 器的差模輸入端，所述PMOS電晶體的漏極接地。
[0009] 可選地，所述電流控制器包括恆定電流源，用於使所述PMOS電晶體的源極流入的 電流保持不變。
[0010] 可選地，所述PMOS電晶體工作於飽和區。
[0011] 可選地，所述比較放大器是運算放大器，所述比較放大器的共模輸入端連接信號 放大器的的輸出，所述比較放大器的差模輸入端連接參考信號，所述比較放大器的輸出反 映輻射探測結果。
[0012] 可選地，所述參考信號是參考電壓，所述參考電壓設置成無輻射時信號放大器的 輸出電壓。
[0013] 本發明利用PMOS輻射後產生的氧化物陷阱電荷和界面電荷都使得閾值電壓負向 漂移的特點，利用閾值電壓漂移量與輻照劑量的關係，在電流控制器控制PMOS中通過的電 流大小的情況下，PMOS電晶體的輸出即為與待測輻射成一定關係的信號，該信號放大後與 標準的參考信號比較，就可以從比較輸出中得出待測輻射。本發明的發明人發現，不通過現 有技術的AD轉換方法，而是採用這樣的簡單設計的模擬電路，仍然能夠實現探測待測輻射 的目的，達到了以更簡單的輻射、更低的功耗探測輻射的效果。與現有技術相比，不僅簡便 易行，且電路結構簡單，無多餘的耗電元件，極大地降低了功耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它 特徵、目的和優點將會變得更明顯。
[0015] 圖1為現有技術的PMOS總劑量輻探測電路示意圖；
[0016] 圖2根據本發明的實施例的輻射探測電路的結構圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面詳細描述本發明的實施例。
[0018] 所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類 似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅 用於解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。下文的公開提供了許多不同的實施例或 例子用來實現本發明的不同結構。為了簡化本發明的公開，下文中對特定例子的部件和設 置進行描述。當然，它們僅僅為示例，並且目的不在於限制本發明。
[0019] 本發明提供了一種低功耗PMOS輻射探測電路。下面，將通過本發明的一個實施例 對圖2所示的輻射探測電路進行具體描述。如圖2所示，本發明所提供的輻射探測電路包 括以下結構：輻射感應探測器M1，所述輻射感應探測器Ml為用於感測待測輻射的PMOS晶 體管；電流控制器21，用於控制所述輻射感應探測器中通過的電流大小；信號放大器A1，用 於放大所述輻射感應探測器的輸出；比較放大器A2,用於將信號放大器的輸出與參考信號 進行比較，將比較產生的差值放大後產生輸出22。
[0020] 在一個實施例中，所述信號放大器Al是運算放大器，所述PMOS電晶體的源極連接 所述電流控制器21的輸出和所述信號放大器Al的共模輸入端，所述PMOS電晶體的柵極連 接所述信號放大器的差模輸入端，所述PMOS電晶體的漏極接地。但信號放大器也可以是其 它放大器。由於輻射感應探測器雖然能將待測輻射轉換成電壓、電流等電信號，但此信號太 小，必須經過放大才能測量，因此可以採用本領域知悉的其它放大器，只要能放大電信號即 可。採用運算放大器具有電路簡單、測量精確的優點。
[0021] 在一個實施例中，所述電流控制器21包括恆定電流源，用於使所述PMOS電晶體的 源極流入的電流保持不變。但電流控制器也可以是其它電流控制元件。
[0022] 在一個實施例中，所述PMOS電晶體工作於飽和區。
[0023] 在一個實施例中，所述比較放大器A2是運算放大器，所述比較放大器的共模輸入 端連接信號放大器的的輸出，所述比較放大器的差模輸入端連接參考信號23,所述比較放 大器的輸出反映輻射探測結果。但也可以採用其它的比較放大器，例如多個器件組成的用 於產生比較輸出的模擬電路。採用運算放大器具有結構簡單、測量精確的優點。
[0024] 在一個實施例中，所述參考信號是參考電壓，所述參考電壓設置成無輻射時信號 放大器的輸出電壓。
[0025] 下面對詳細結構進行具體介紹。
[0026] 所述輻射感應探測器主要是由特定工藝製成的輻射敏感場效應電晶體。由於輻射 後產生的氧化物陷阱與界面陷阱電荷使得MOSFET閾值電壓發生漂移。通過標定閾值電壓 漂移量與輻照劑量的關係，測出閾值電壓漂移量得到輻射劑量的大小。一般說來，NMOS輻 射後，氧化物陷阱電荷使其閾值電壓發生負向漂移，但是界面電荷使其閾值電壓發生正向 漂移；PMOS輻射後產生的氧化物陷阱電荷和界面電荷都使得其閾值電壓負向漂移，這就是 一般採用PMOS場效應電晶體作為總劑量輻射探測器的原因。
[0027] 輻射後，處於飽和區的PMOS的閾值電壓產生負向漂移，根據PMOS電晶體飽和區的 電流公式：
[0028] 根據PMOS電晶體飽和區的電流公式：
【權利要求】
1. 一種福射探測電路，包括： 輻射感應探測器，所述輻射感應探測器為用於感測待測輻射的PMOS電晶體； 電流控制器，用於控制所述輻射感應探測器中通過的電流大小； 信號放大器，用於放大所述輻射感應探測器的輸出； 比較放大器，用於將信號放大器的輸出與參考信號進行比較，將比較產生的差值放大 後輸出。
2. 根據權利要求1所述的輻射探測電路，其特徵在於，所述信號放大器是運算放大器， 所述PMOS電晶體的源極連接所述電流控制器的輸出和所述信號放大器的共模輸入端，所 述PMOS電晶體的柵極連接所述信號放大器的差模輸入端，所述PMOS電晶體的漏極接地。
3. 根據權利要求2所述的輻射探測電路，其特徵在於，所述電流控制器包括恆定電流 源，用於使所述PMOS電晶體的源極流入的電流保持不變。
4. 根據權利要求1所述的輻射探測電路，其特徵在於，所述PMOS電晶體工作於飽和區。
5. 根據權利要求1所述的輻射探測電路，其特徵在於，所述比較放大器是運算放大器， 所述比較放大器的共模輸入端連接信號放大器的的輸出，所述比較放大器的差模輸入端連 接參考信號，所述比較放大器的輸出反映輻射探測結果。
6. 根據權利要求1所述的輻射探測電路，其特徵在於，所述參考信號是參考電壓，所述 參考電壓設置成無福射時信號放大器的輸出電壓。
【文檔編號】G01T1/24GK104407373SQ201410594331
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】劉夢新, 劉鑫, 趙發展, 韓鄭生, 羅家俊 申請人:中國科學院微電子研究所