Evaluation of the Radiation Hardness of Photodiodes in 180-nm CMOS Technology for Medical Applications

光电二极管 光电子学 材料科学 CMOS芯片 辐射硬化 暗电流 电离辐射 吸收剂量 辐射 电子 光学 辐照 光电探测器 物理 核物理学 量子力学
作者
Filip Šegmanović,G. Meinhardt,Frederic Roger,Ingrid Jonak-Auer,Tomislav Suligoj
出处
期刊:IEEE Transactions on Nuclear Science [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:68 (9): 2367-2374 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tns.2021.3101920
摘要

Radiation-hard photodiode structures implemented in medical applications are designed in 180-nm CMOS technology. Designed photodiodes were tested against total ionizing doses (TIDs) of 100, 200, and 400 Gy(Si), respectively, and they show high stability in terms of dark current characteristics. After TID of 400 Gy(Si), the dark current increased by up to 15%, compared to the unirradiated characteristics values. TCAD electrical simulations were performed and calibrated with the dark current measurements in order to explain the impact of generated defects due to ionizing radiation. Parameters that are used to model TID radiation have been varied in physical boundaries in order to achieve the desired fitting with the measurements. It is shown that due to the filling of acceptor interface traps with electrons, the space charge region extends, but the extension is limited and partially compensated by the fixed positive charges in the silicon nitride layer. The presented photodiodes result in the improved radiation hardness over the design in 350-nm CMOS technology.
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