CN109449222A - 一种硅基光栅化源极太赫兹探测器 - Google Patents
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Abstract
一种硅基光栅化源极太赫兹探测器，包括有MOS管，所述MOS管包括有由下至上依次设置的衬底层、沟道层和绝缘层，所述的衬底层一端的上端面设置有嵌入在所述沟道层和绝缘层内的漏极，所述的绝缘层上与所述漏极相邻的设置有栅极，所述栅极远离漏极的一侧设置有等间隔排布的光栅结构的源极，所述光栅结构的源极中的每一条源极均嵌入在所述沟道层和绝缘层内，且底端与所述衬底层相连接。本发明能够有效的将空间中的太赫兹信号耦合至晶体管源极，并在晶体管中产生太赫兹频段的交流电信号，利用晶体管的检波特性将太赫兹信号转化为直流电信号并通过漏极进行输出，从而实现太赫兹信号探测。本发明能够提高耦合效率、降低损耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种太赫兹探测器。特别是涉及一种硅基光栅化源极太赫兹探测器。
背景技术
太赫兹(THz)波是指频率在0.1～10THz(即波长为3000μm～30μm)的电磁波(1THz＝1012Hz)，该波段处于微波和红外光之间的亚毫米波和远红外波段，属于前人研究较少的电磁波谱。太赫兹频段是电子学到光子学的过度频段，因此其拥有许多优良的特性，如宽频性、透视性、安全性等。在通信、化学、生物、医学、安全等领域有巨大的应用前景。
太赫兹探测器是太赫兹技术走向应用的重要一环，太赫兹探测器可大致分为相干探测和非相干探测。相干探测主要是利用太赫兹时域光谱系统，整体系统复杂且设备庞大，在应用上存在难度。基于非相干的直接探测技术种类繁多，由于集成电路是利用CMOS工艺进行制备，因此基于CMOS工艺的太赫兹探测器能够和读出处理电路相结合，具有易集成、低功耗、稳定性强、价格低廉等优点，是目前最具应用前景的探测器方向。
目前太赫兹光源的辐射功率较低，因此对太赫兹探测器提出了更高的要求。由于CMOS工艺的限制，片上天线存在损耗大、增益效率低等问题，基于CMOS工艺的热探测又存在吸收、耦合效率低等问题。因此在CMOS工艺上发展高耦合效率、低损耗、设计简单的太赫兹探测器尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高耦合效率、降低损耗的硅基光栅化源极太赫兹探测器。
本发明所采用的技术方案是：一种硅基光栅化源极太赫兹探测器，包括有MOS管，所述MOS管包括有由下至上依次设置的衬底层、沟道层和绝缘层，所述的衬底层一端的上端面设置有嵌入在所述沟道层和绝缘层内的漏极，所述的绝缘层上与所述漏极相邻的设置有栅极，所述栅极远离漏极的一侧设置有等间隔排布的光栅结构的源极，所述光栅结构的源极中的每一条源极均嵌入在所述沟道层和绝缘层内，且底端与所述衬底层相连接。
所述光栅结构的源极包括有3条以上的源极。
所述MOS管的漏极连接低噪声放大器的正向输入端，源极接地，栅极连接输入电压。
所述的MOS管根据掺杂区域和杂质不同，构成NMOS管或PMOS管。
本发明的一种硅基光栅化源极太赫兹探测器，利用光栅结构耦合空间中的太赫兹信号，并利用光栅结构的空隙对太赫兹信号进行衍射，从而达到增加局部太赫兹场强的效果。将NMOS/PMOS的源极制备成光栅结构，能够有效的将空间中的太赫兹信号耦合至晶体管源极，并在晶体管中产生太赫兹频段的交流电信号，利用晶体管的检波特性将太赫兹信号转化为直流电信号并通过漏极进行输出，从而实现太赫兹信号探测。本发明避免了天线以及复杂热吸收结构的使用，能够提高耦合效率、降低损耗，对制备高灵敏度、低损耗、设计步骤简单的太赫兹探测器提供了新思路。本发明具有如下有益效果：
(1)本发明避免了天线的使用，降低了设计复杂度；
(2)本发明是在晶体管的基础上直接进行结构修改，无需使用各种匹配网络，在太赫兹频段提高了耦合效率；
(3)本发明结构简单，尺寸较小，便于集成化、阵列化。
附图说明
图1是本发明的一种硅基光栅化源极太赫兹探测器的结构示意图；
图2是本发明的一种硅基光栅化源极太赫兹探测器的电路原理图。
图中
1：衬底层 2：沟道层
3：绝缘层 4：漏极
5：源极 6：栅极
7：低噪声放大器 8：太赫兹辐射
9：信号输出端
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种硅基光栅化源极太赫兹探测器做出详细说明。
本发明的一种硅基光栅化源极太赫兹探测器，利用商用CMOS、BiCMOS工艺，制备NMOS/PMOS光栅化源极太赫兹探测器，将NMOS或PMOS晶体管上的源极结构进行光栅化。利用光栅化源极的晶体管接收空间中的太赫兹信号，将其转化为太赫兹频率的交流电信号，通过晶体管检波，最终在漏极输出电流信号，并漏极后连接低噪声放大电路，将输出的电流信号进行整流和放大，得到后续读出电路可以使用的电压信号。
如图1所示，本发明的一种硅基光栅化源极太赫兹探测器，包括有MOS管，所述MOS管包括有由下至上依次设置的衬底层1、沟道层2和绝缘层3，所述的衬底层1一端的上端面设置有嵌入在所述沟道层2和绝缘层3内的漏极4，所述的绝缘层3上与所述漏极4相邻的设置有栅极6，所述栅极6远离漏极4的一侧设置有等间隔排布的光栅结构的源极，所述光栅结构的源极中的每一条源极5均嵌入在所述沟道层2和绝缘层3内，且底端与所述衬底层1相连接。所述光栅结构的源极包括有3条以上的源极5。
所述的MOS管根据掺杂区域和杂质不同，构成NMOS管或PMOS管。
如图2所示，所述MOS管的漏极4连接低噪声放大器7的正向输入端，源极5接地，栅极6连接输入电压。
本发明的一种硅基光栅化源极太赫兹探测器，将MOS晶体管的源极制备为光栅结构，其中金属源极通过通孔与有源区进行连接。光栅化的源极在耦合空间太赫兹辐射后，将空间太赫兹信号转化为交流电信号，并传入MOS管的沟道中，在沟道中晶体管对交流信号进行检波，从而在漏极产生直流电流信号，而输出的直流电流信号大小与入射的太赫兹辐射强度成正比。
如图2中所示，在太赫兹辐射下漏极输出的电流大小会发生变化，将漏极接在低噪声放大电路的正向输入端，反向输入端接地，从而将漏电流的变化进行整流和放大，在信号输出端9产生电压输出。该输出电压与太赫兹辐射的强度成正比，通过读输出电压的测量，可以得到入射太赫兹信号的强度信息，从而实现太赫兹探测。
由于本发明提出的太赫兹探测器是基于标准CMOS或标准SiGe BiCMOS工艺制备的，所以与标准CMOS、BiCMOS电路相兼容，可以将探测器和低噪声读出电路同时流片实现。
Claims (4)
1.一种硅基光栅化源极太赫兹探测器，包括有MOS管，所述MOS管包括有由下至上依次设置的衬底层(1)、沟道层(2)和绝缘层(3)，其特征在于，所述的衬底层(1)一端的上端面设置有嵌入在所述沟道层(2)和绝缘层(3)内的漏极(4)，所述的绝缘层(3)上与所述漏极(4)相邻的设置有栅极(6)，所述栅极(6)远离漏极(4)的一侧设置有等间隔排布的光栅结构的源极，所述光栅结构的源极中的每一条源极(5)均嵌入在所述沟道层(2)和绝缘层(3)内，且底端与所述衬底层(1)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种硅基光栅化源极太赫兹探测器，其特征在于，所述光栅结构的源极包括有3条以上的源极(5)。
3.根据权利要求1所述的一种硅基光栅化源极太赫兹探测器，其特征在于，所述MOS管的漏极(4)连接低噪声放大器(7)的正向输入端，源极(5)接地，栅极(6)连接输入电压。
4.根据权利要求1所述的一种硅基光栅化源极太赫兹探测器，其特征在于，所述的MOS管根据掺杂区域和杂质不同，构成NMOS管或PMOS管。
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2018
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