為了解決石墨烯探測器光電探測的難題,針對石墨烯探測器受光照像元電阻發(fā)生變化的特點,設(shè)計了基于石墨烯探測器的新型積分電路結(jié)構(gòu)。該積分電路結(jié)構(gòu)主要包含前端偏置電路、運算放大器以及開關(guān)和反饋電容等部分,電路主要利用暗像元電阻不隨光照變化,而感光像元電阻會隨光照強度變化而變化的特點,將光照條件下暗像元支路的電流與感光像元支路電流的差作為光響應(yīng)電流,并采用CTIA積分電路進行電流積分,將光響應(yīng)電流轉(zhuǎn)換為積分電壓輸出,進而實現(xiàn)石墨烯探測器對光響應(yīng)信號的探測和輸出。文中對相關(guān)的主要電路設(shè)計進行了分析,并基于Cadence ADE仿真環(huán)境完成了電路仿真。經(jīng)仿真分析,基于文中的積分電路,可以將不同光照條件下石墨烯探測器的光響應(yīng)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的積分電壓輸出�？梢�,所設(shè)計的積分電路能夠滿足石墨烯探測器對光響應(yīng)探測的需求,對石墨烯材料進入光電探測器領(lǐng)域具有重要意義。 

【文章來源】：半導體光電. 2020,41(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

石墨烯量子點復(fù)合單元及陣列結(jié)構(gòu)示意圖

從信號注入的方式上，可將非致冷紅外探測器前端偏置電路的結(jié)構(gòu)分為幾類：源跟隨器結(jié)構(gòu)（SFD）、直接注入結(jié)構(gòu)（DI）、緩沖直接注入結(jié)構(gòu)（BDI）、電容反饋跨導放大結(jié)構(gòu)（CTIA）和電阻反饋跨導放大結(jié)構(gòu)（RTIA)[3]，如圖2所示。電路結(jié)構(gòu)性能對比見表1[4]。通過對以上積分電路結(jié)構(gòu)的比較和分析[5]可知，CTIA結(jié)構(gòu)的性能最好，這種結(jié)構(gòu)也是目前紅外探測器讀出電路最常用的結(jié)構(gòu)。另外，結(jié)合石墨烯探測器的特點，CTIA結(jié)構(gòu)也能夠滿足其輸出信號需要較好線性度的要求。

本文所采用CTIA型積分電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由前端偏置電路、運算放大器、復(fù)位開關(guān)和反饋電容構(gòu)成[6]。從圖3所示原理圖可以看出，探測器正常工作需要三個偏置電壓：Veb,Vdet和Vref，經(jīng)分析可知，輸出電壓Vout與這三個偏壓的關(guān)系可以用式（1）表示：

【參考文獻】：
期刊論文
[1]低噪聲非制冷紅外焦平面陣列驅(qū)動電路的設(shè)計[J]. 張沛,祝紅彬,呂堅,蔣亞東.  紅外與激光工程. 2010(05)
[2]國外非制冷紅外焦平面陣列探測器進展[J]. 雷亞貴,王戎瑞,陳苗海.  激光與紅外. 2007(09)

碩士論文
[1]非制冷紅外探測器及其讀出電路的研究[D]. 薛惠瓊.長春理工大學 2009
[2]一種10位，200MSample/s模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計[D]. 林佳明.上海交通大學 2008



本文編號：3561030