發(fā)布時間：2020-09-19 10:10

　　 太赫茲技術在安檢成像、無損檢測、雷達探測、生物醫(yī)療等方面有著廣泛的應用前景。太赫茲探測器作為太赫茲技術的核心器件,一直受到科學界的廣泛關注。常用的室溫太赫茲檢測器有微測熱輻射計、高萊探測器、熱釋電探測器、肖特基二極管等。這些探測器技術存在著加工成本昂貴,工藝技術復雜,集成受限等問題,很大程度上限制了其在上述領域的應用�；跇藴始呻娐饭に囍苽涞墓杌掌澨綔y器具有成本低、響應速度快,集成度高、便于大規(guī)模生產(chǎn)等突出優(yōu)勢,是實現(xiàn)小型化,高度集成化室溫太赫茲探測器的新發(fā)展領域。本論文利用表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)天線結構設計并制備了新型太赫茲雙頻探測器和1X 16探測器線陣,研究了其性能特性,深入探索了探測器線陣串擾的來源,提出優(yōu)化線陣性能的可行方案。本文所取得的主要研究成果包括:(1)利用集成電路工藝中的Poly-Si層和第六金屬層分別設計SPR天線和電波天線,成功制備了 CMOS太赫茲雙頻天線,從理論和實驗兩方面證實了該設計的可行性,實現(xiàn)了多頻太赫茲探測器緊湊型和微型化。實驗測量結果表明:該天線可同時工作在波段220GHz和650GHz處,響應靈敏度RV分別為2kV/W和0.45kV/W;噪聲等效功率NEP分別為23pW/Hz0.5和110 pW/Hz0.5。(2)設計制備了1×16 CMOS太赫茲探測器線陣。每個探測單元都集成了650GHz頻率的SPR天線、高性能非對稱結構的MOSFET傳感器和閉環(huán)增益為40dB的低噪聲運算放大器。實驗測量了線陣中各探測器單管的響應靈敏度RV及噪聲等效功率NEP。結果顯示:當晶體管的柵源偏置電壓VGS為0.45V時,其平均響應靈敏度RV、平均噪聲等效功率NEP分別為163.5kV/W、58.9pW/Hz0.5,線陣整體的響應靈敏度標準差系數(shù)V(RV)為17.46%,噪聲等效功率標準差系數(shù)V(NEP)為22.47%,線陣中各像元間的性能不均勻,存在串擾。利用anysoft HFSS仿真軟件,對線陣的串擾成因進行探索。發(fā)現(xiàn)天線之間的串擾是由于高頻信號通過襯底Si材料傳輸造成。通過隔離襯底和天線或是減薄Si襯底可以有效的降低線陣串擾,保證各像元的均勻性。
【學位單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN386
【部分圖文】：

圖１－１各波段電磁波譜逡逑太赫茲射線介于微波和紅外線之間，也叫Ｔ射線（Ｔ－Ｒａｙ），頻率范圍一般定逡逑為０．１ＴＨｚ－１０ＴＨＺｍ，如圖１－１所示。在光學領域稱之為遠紅外線輻射，無線電逡逑物理領域又根據(jù)其波長小于毫米級稱為亞毫米波。很長時間以來，由于缺乏高發(fā)逡逑射率的太赫茲信號源以及高性能的探測器，導致該波段一直處于待研宄的狀態(tài)，逡逑沒能得到深入的探索和應用，而被稱作“太赫茲空隙”（ＴＨｚＧａｐ）。隨著毫米波逡逑和紅外波段的發(fā)展日漸成熟，太赫茲波得到越來越多的關注和研究，現(xiàn)階段己經(jīng)逡逑成為科學界的熱點領域１２］＿［３］。太赫茲波段有著很多獨特的特性［４Ｈ５］，包括：逡逑（１）

基于０．１８｜ａｍＣＭＯＳ工藝設計并制備了基于ＳＰＲ天線的ＣＭＯＳ太赫茲探測器，實現(xiàn)逡逑對０．６５ＴＨＺ信號探測。逡逑圖１－２展示的是近年來各類型的太赫茲探測器單管和陣列性能對比圖。從圖逡逑中可以看出ＣＭＯＳ太赫茲探測器單管性能己經(jīng)超越了熱輻射計、熱釋電探測器和逡逑高萊管，其ＮＥＰ可以做到低于２０ｐＷ／ＨＺａ５的量級，接近于肖特基管探測器性能。逡逑而在太赫茲探測器陣列中，發(fā)展最為成熟是熱輻射計陣列，性能遠超其他類型的逡逑探測器。ＣＭＯＳ探測器陣列還有待發(fā)展，性能遠低于熱輻射計陣列和肖特基探測逡逑器陣列。但是，室溫工作以及成熟的集成工藝的優(yōu)勢，決定其在未來的應用發(fā)展逡逑中擁有廣闊的前景和發(fā)展?jié)摿Αｅ义希冲义?

降低天線間的串擾，對比了引入細長蘑菇型電磁帶隙（ＥＭ－ＥＢＧ）、傳統(tǒng)蘑菇型逡逑電磁帶隙（ＣＭ－ＥＢＧ）以及不添加帶隙的天線陣列的耦合系數(shù)，表明電磁帶隙可逡逑以明顯的抑制天線間的電磁波傳播，達到降低串擾的作用，如圖１－３所示，在天逡逑線陣列引入ＥＭ－ＥＢＧ結構后，其耦合系數(shù)從－１５必下降到－２８必。逡逑５逡逑

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本文編號：2822378