發(fā)布時(shí)間：2020-05-15 03:33

【摘要】：太赫茲波因其安全性、透視性、信息承載量大等特性受到廣泛重視和研究,太赫茲探測(cè)器則是太赫茲技術(shù)的核心。CMOS太赫茲探測(cè)器因具有低成本、低功耗、高集成度等優(yōu)勢(shì),是目前太赫茲探測(cè)器研究中的熱點(diǎn)。本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)室已有成果,提出了一種基于源漏非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的新型CMOS太赫茲探測(cè)器,從原理、仿真、流片及實(shí)驗(yàn)表征上對(duì)其性能進(jìn)行了研究;進(jìn)一步對(duì)探測(cè)器陣列放大電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。論文研究成果包含下面三個(gè)方面:1.利用標(biāo)準(zhǔn)0.18μm工藝制備了基于源漏非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的新型CMOS太赫茲探測(cè)器。仿真結(jié)果表明,減少柵端與源端LDD之間重疊面積可有效降低柵源寄生電容CGS,提高探測(cè)器性能。通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)工藝中的NSD掩膜版中增加Block區(qū)域,制備了源漏非對(duì)稱結(jié)構(gòu)探測(cè)器,并對(duì)其進(jìn)行了性能表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:探測(cè)器的電壓響應(yīng)RV 比標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱探測(cè)器提高了 155%,噪聲等效功率NEP降低了70%。2.對(duì)制備的太赫茲探測(cè)器進(jìn)行了頻率特性表征,并基于該探測(cè)器搭建了雙透鏡太赫茲成像系統(tǒng)。研究了成像系統(tǒng)分辨率和源不均勻性對(duì)測(cè)量的影響。結(jié)果表明:制備的探測(cè)器在250GHz和650GHz之間均有較高響應(yīng),搭建的成像系統(tǒng)分辨率大約為3mm。3.設(shè)計(jì)了用于探測(cè)器陣列的放大電路并進(jìn)行優(yōu)化。針對(duì)太赫茲探測(cè)器陣列結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)片上40dB放大器并進(jìn)行面積優(yōu)化,大量節(jié)省了芯片面積。在陣列結(jié)構(gòu)中,將放大器的第一級(jí)放大電路置入像素單元,第二第三級(jí)放大電路行共用;設(shè)計(jì)譯碼器控制像素單元的輸入輸出。仿真結(jié)果顯示:放大器增益、相位裕度以及等效輸入噪聲分別為40dB、63.72°和16.56nV/Hz0.5@1KHz,滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。
【圖文】：

將放大電路、ＡＤＣ等集成與一體，因此這一類ＣＭＯＳ太赫茲探測(cè)器得到了迅速逡逑發(fā)展。逡逑圖１－２是近年來(lái)各種類型的太赫茲探測(cè)器單管及線陣的性能對(duì)比圖。從圖中逡逑可以看到ＣＭＯＳ太赫茲探測(cè)器的ＮＥＰ可以低至２０ｐＷ／／／ｚ°＿５，性能已遠(yuǎn)超熱輻逡逑射計(jì)、高萊管以及熱釋電探測(cè)器，并且十分接近肖特基管太赫茲探測(cè)器。而在陣逡逑列方面，熱輻射計(jì)性能最佳，ＣＭＯＳ探測(cè)器的陣列設(shè)計(jì)還有待研究和發(fā)展。然而逡逑工作在室溫下以及工藝上的優(yōu)勢(shì)，己經(jīng)使得ＣＭＯＳ太赫茲探測(cè)器擁有了無(wú)限廣逡逑闊的發(fā)展前景。逡逑ｌＯｘｌＯ＂６＂！邐ｒｌＯｘｌＯ＇６逡逑厶逡逑６邐－６邐Ｍｉｃｒｏ－ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ逡逑１ｘ１０邋－；邐１ｘ１０邐ａＦＰＡ逡逑ａ邋Ｓｉｎｇｌｅ邋ｄｅｔｅｃｔｏｒ逡逑＾邋１００ｘｌ0＇９－ｒ邐？邐１００ｘ１０３逡逑工邐■邋Ｓｉｎｇｌｅ邋ｄｅｔｅｃｔｏｒ逡逑ｇ邋１０ｘｌ０９．ｆ邐▲邐？邐。邐ｌＯｘｌＯ＇９逡逑２邋？邋Ｓｉｎｇｌｅ邋ｄｅｔｅｃｔｏｒ逡逑窆邋１ｘ１０＇；邐ＩｘｌＯ＊逡逑ａ邋？邐＾邐？邋Ｓｉｎｇｌｅ邋ｄｅｔｅｃｔｏｒ逡逑１００ｘｌ０１？ｒ邐？邐ｍ邐Ａ邐＾邐ｌＯＯｘｌＯ１２邋＃Ｇ0ｌａｙ（：ｅｌ１逡逑Ａ邐■厶■邋Ｊ邐Ａ逡逑－１２邐▲邋－１２逡逑１０ｘ１０邋－Ｉ邐邐邐，，邐．邐１邐．邐［１０ｘ１０逡逑２００６邐２００８邐２０１０邐２０１２邐２０１４邐２０１６逡逑Ｙｅａｒ逡逑圖１－２各類型太赫茲探測(cè)器單管及線陣性能對(duì)比圖逡逑１．３本文主要內(nèi)容逡逑本文主要提出了兩種不同的ＣＭＯＳ太赫茲探測(cè)器

其中是探測(cè)器漏端輸出信號(hào)的電壓，則是探測(cè)器接收到的入射信號(hào)功逡逑率。逡逑圖２－２是電壓響應(yīng)／Ｖ測(cè)量原理及實(shí)物圖，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)包括一臺(tái)可以提供穩(wěn)逡逑定直流電壓的電壓源，ＴＨｚ信號(hào)源，－臺(tái)提供斬波信號(hào)的信號(hào)發(fā)生器，一臺(tái)能起逡逑到混頻作用的倍頻器，一臺(tái)用于讀取輸出電壓數(shù)據(jù)的鎖相放大器，一臺(tái)太赫茲頻逡逑段的功率計(jì)以及可以電動(dòng)控制的位移臺(tái)。逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖２－２電壓響應(yīng)＾測(cè)量的（ａ）原理圖和（ｂ）實(shí)物圖逡逑電壓響應(yīng)Ｋ測(cè)量的具體步驟如下：逡逑（１）首先由信號(hào)發(fā)生器提供方波調(diào)制信號(hào)，頻率可以選取大于１ＫＨＺ以抑制逡逑ｉ／ｙ噪聲，利用功率計(jì)測(cè)量源端出射的信號(hào)總功率，記為Ｐｔｃｔａｉ：逡逑１１逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O441

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本文編號(hào)：2664411