LU101371B1 - Terahertz detector based on NxM DRA array and NxM NMOSFET array and antenna design method - Google Patents
Terahertz detector based on NxM DRA array and NxM NMOSFET array and antenna design method Download PDFInfo
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Claims (9)
1. Terahertz-Detektor basierend auf einem NxM-DRA-Array und einem NxM-NMOSFET-Array, dadurch gekennzeichnet, dass er ein NxM-On-Chip-DRA-Array umfasst, wobei das NxM-On-Chip-DRA-Array mit einem Ende einer ersten Ubertragungsleitung eines Anpassungsnetzwerks MN verbunden ist, und das andere Ende der ersten Übertragungsleitung mit dem NxM-NMOSFET-Array verbunden ist, wobei die erste Übertragungsleitung ferner mit einem Ende einer zweiten Übertragungsleitung verbunden ist, und das andere Ende der zweiten Übertragungsleitung geerdet ist, wobei das andere Ende des NxM-NMOSFET-Arrays mit einem Ende eines ersten Gleichstrom-Sperrkondensators verbunden ist, und das andere Ende des ersten Gleichstrom-Sperrkondensators mit einer positiven Elektrode eines rauscharmen Vorverstärkers und einem zweiten Vorspannungswiderstand verbunden ist, und das andere Ende des zweiten Vorspannungswiderstands mit einer zweiten Vorspannung verbunden ist, wobei zwei Enden eines ersten Widerstands mit einer negativen Elektrode bzw. einem Ausgangsanschluss des rauscharmen Vorverstärkers verbunden sind, wobei ein Ende des ersten Widerstands ferner mit einem Ende eines zweiten Widerstands verbunden ist, und das andere Ende des zweiten Widerstands mit einem Ende eines zweiten Gleichstrom-Sperrkondensators verbunden ist, und das andere Ende des zweiten Gleichstrom-Sperrkondensators geerdet ist, und das andere Ende des ersten Widerstands mit einem Ende eines zweiten Gleichstrom-Sperrkondensators verbunden ist, und das andere Ende des zweiten Gleichstrom-Sperrkondensators geerdet ist.
2. Terahertz-Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das NxM-NMOSFET-Array NxM-NMOSFET-Einheiten umfasst, wobei eine Source jeder NMOSFET-Einheit mit einem Ende der ersten Ubertragungsleitung des Anpassungsnetzwerks MN verbunden ist, wobei ein Gate jeder NMOSFET-Einheit 1
BL-5108 LU101371 über einen Schalter mit einem dritten Vorspannungswiderstand verbunden ist, und das andere Ende des dritten Vorspannungswiderstands mit einer dritten Vorspannung verbunden ist, wobei ein Drain jeder NMOSFET-Einheit über einen Schalter mit einem Vout-Anschluss verbunden ist.
3. Terahertz-Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede NMOSFET-Einheit spezifisch einen ersten NMOSFET und einen zweiten NMOSFET umfasst, wobei ein Gate des ersten NMOSFET mit einem Ende eines ersten Vorspannungswiderstands und einer dritten Ubertragungsleitung verbunden ist, und das andere Ende des ersten Vorspannungswiderstands mit einer ersten Vorspannung verbunden ist, wobei ein Drain des ersten NMOSFET mit einer Source des zweiten NMOSFET verbunden ist, wobei ein Gate des zweiten NMOSFET mit einem SEL-Anschluss verbunden ist, wobei ein Drain des zweiten NMOSFET mit einem Vout-Anschluss verbunden ist.
4. Terahertz-Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das NxM-On-Chip-DRA-Array ein NxM-Antennenarray ist, das auf einem rechteckigen integrierten Prozess-Deckschichtmetall gebildet ist, wobei sowohl N als auch M gerade Zahlen sind.
5. Terahertz-Detektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das NxM-On-Chip-DRA-Array ein 2x2-On-Chip-DRA-Array ist, wobei das NxM-On-Chip-DRA-Array vier H-fôrmige On-Chip-Schlitzstrukturen mit derselben Struktur umfasst, die jeweils an vier Ecken einer Oberfläche des rechteckigen integrierten Prozess-Deckschichtmetalls ausgebildet sind, wobei vier rechteckige dielektrische Resonatorblöcke mit derselben Form auf den vier H-förmigen On-Chip-Schlitzstrukturen jeweils durch eine isolierende Klebeschicht befestigt sind, wobei ein Auslaufschlitz einer ersten H-förmigen On-Chip-Schlitzstruktur, die sich an einem oberen linken Endabschnitt befindet, mit einem Auslaufschlitz einer zweiten 2
BL-5108 LU101371 H-fôrmigen On-Chip-Schlitzstruktur, die sich an einem unteren linken Endabschnitt befindet, durch einen ersten Verbindungsschlitz verbunden ist, wobei ein weiterer Auslaufschlitz der ersten H-fôrmigen On-Chip-Schlitzstrukturüber durch einen zweiten Verbindungsschlitz mit einem Auslaufschlitz einer dritten H-formigen On-Chip-Schlitzstruktur, die sich an einem oberen rechten Endabschnitt befindet, verbunden ist, wobei ein weiterer Auslaufschlitz der dritten H-fürmigen On-Chip-Schlitzstruktur über einen dritten Verbindungsschlitz mit einem Auslaufschlitz einer vierten H-formigen On-Chip-Schlitzstruktur, die sich an einem unteren rechten Endabschnitt befindet, verbunden ist, und der andere Auslaufschlitz der zweiten H-fôrmigen On-Chip-Schlitzstruktur und der andere Auslaufschlitz der vierten H-fôrmigen On-Chip-Schlitzstruktur jeweils durch einen ersten Auslaufschlitz und einen zweiten Auslaufschlitz einen Verbindungsanschluss für das Antennenarray zum AnschlieBen eines externen Stromkreises bilden.
6. Terahertz-Detektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsschlitz, der zweite Verbindungsschlitz, der dritte Verbindungsschlitz, der erste Auslaufschlitz und der zweite Auslaufschlitz ein 4-Wege-GCPW-Leistungsteilungsnetz bilden, wobei eine Phasendifferenz zwischen einer Phase des ersten Verbindungsschlitzes und des zweiten Verbindungsschlitzes an einer Verbindungsstelle der ersten H-förmigen On-Chip-Schlitzstruktur und einer Phase des ersten Verbindungsschlitzes und des ersten Herausführungsschlitzes an einer Verbindungsstelle der zweite H-förmige On-Chip-Schlitzstruktur 180° ist, wobei eine Phasendifferenz zwischen einer Phase des zweiten Verbindungsschlitzes und des dritten Verbindungsschlitzes an einer Verbindungsstelle der dritten H-förmigen On-Chip-Schlitzstruktur und einer Phase des dritten Verbindungsschlitzes und des zweiten Auslaufschlitzes an einer Verbindungsstelle von der vierten H-förmigen On-Chip-Schlitzstruktur 180° ist.
7. Terahertz-Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vier 3
BL-5108 LU101371 H-fôrmigen On-Chip-Schlitzstrukturen mit derselben Struktur jeweils einen linken vertikalen Schlitz und einen rechten vertikalen Schlitz umfassen, die parallel angeordnet sind, wobei ein umgekehrter L-formiger linker Seitenschlitz und ein umgekehrter L-formiger rechter Seitenschlitz entsprechend an gegeniiberliegenden Seiten des linken vertikalen Schlitzes bzw. des rechten vertikalen Schlitzes ausgebildet sind, wobei die horizontale Abschnitte in dem umgekehrten L-fôrmigen linken Seitenschlitz und dem umgekehrten L-formigen rechten Seitenschlitz an entsprechenden mittleren Abschnitten des linken vertikalen Schlitzes und des rechten vertikalen Schlitzes verbunden sind, und die vertikale Abschnitte in dem umgekehrten L-formigen linken Seitenschlitz und dem umgekehrten L-formigen rechten Seitenschlitz zwei Auslaufschlitze bilden, die mit dem ersten Verbindungsschlitz oder dem zweiten Verbindungsschlitz oder dem dritten Verbindungsschlitz oder dem ersten Auslaufschlitz oder dem zweiten Auslaufschlitz verbunden sind.
8. Terahertz-Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die H-formige On-Chip-Schlitzstruktur durch Auswählen und Verwenden eines integrierten Prozesses auf Siliziumbasis entworfen und verarbeitet wird, wobei die isolierende Klebeschicht mit guter thermischer Stabilität den rechteckigen dielektrischen Resonatorblock an einer On-Chip-Anregungsstruktur fixiert, wobei der rechteckige dielektrische Resonatorblock auf eine bestimmte Größe bearbeitet wird, indem ein Isoliermaterial mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von> 5 ausgewählt und verwendet wird, um ein elektromagnetisches Feld in einen Raum zu koppeln und dieses abzustrahlen, wobei ein rechteckiger dielektrischer Resonanzmodus ausgewählt wird als ein Modus von ‘#61 , wobei das On-Chip-DRA-Array für eine Mittenfrequenz von 300 GHz ausgelegt ist, wobei Magnesiumoxid mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 9,65 ausgewählt und als Material für den rechteckigen dielektrischen Resonatorblock verwendet wird, wobei die On-Chip-Struktur durch Auswahl und Verwendung von 0,18 mGeSi-BiCMOS-Prozessparametern entworfen wird, wobei es sechs Metallschichten Metal1-Metal6 und fünf Durchführungen in den 4
BL-5108 LU101371 Metallschichten Vial-Via5 gibt.
9. Verfahren zum Entwerfen der dielektrischen Resonanzantenne aus NxM-On-Chip-DRA nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: Schritt 1: Entwerfen eines rechteckigen dielektrischen Resonatorblocks, wobei sich . Lo TE . = ein Resonanzmodus in einem Modus von 513 befindet und die Größe des rechteckigen dielektrischen Resonatorblocks durch Lösen einer transzendentalen Gleichung (1) gelôst werden kann: k, tani ny _ fe TZ 2 (1) 2 k= em Tk nT RRR =e k wobei Gleichung (2) eine Erläuterung der Parameter von Gleichung (1) ist, wobei © die Lichtgeschwindigkeit und om die Betriebsfrequenz des rechteckigen dielektrischen Resonatorblocks in diesem Modus sind, wobei ein Resonanzmodus hoherer Ordnung des Modus TEs. ausgewählt und verwendet wird als Resonanzmodus des rechteckigen dielektrischen Resonatorblocks, und dann die transzendentale Gleichung (1) durch Programmieren mit der mathematischen Software Matlab gelöst, um die Größe des rechteckigen dielektrischen Resonatorblocks zu erhalten; Schritt 2: Entwerfen einer On-Chip-Anregungsstruktur, wobei im Entwurfsprozess ein Metall6 der oberen Schicht ausgewählt und zum Entwerfen einer Schlitzstruktur verwendet wird, während ein Metalll der unteren Schicht ausgewählt und als 5
BL-5108 LU101371 Metallgrundplatte zum Unterdriicken der Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle in Richtung eines Substrats auf Siliziumbasis mit hohem Verlust verwendet wird, und Zwischenmetallschichten und Metalldurchführungen gestapelt werden, um einen Metallabschirmhohlraum zu bilden, der die H-fôrmige Schlitzstruktur umgibt, um elektromagnetische Streuung zu unterdrücken und einen Verlust zu verringern, und schließlich verschiedene GrôfBenparameter der H-formigen Schlitzstruktur bestimmt werden; Schritt 3: Auswählen eines dünnen Isolierklebstoffs, wobei ein Isolierklebstoff mit einer relativen Dielektrizitätskonstante ausgewählt und als Isolierklebstoff verwendet wird, wobei der rechteckige dielektrische Resonatorblock mit der H-formigen On-Chip-Schlitzstruktur kombiniert wird; Schritt 4: Entwerfen eines 4-Wege-GCPW-Leistungsteilungsnetzwerks, wobei eine GCPW-Übertragungsleitungsstruktur, die aus dem Metall6 der oberen Schicht und dem Metalll der unteren Schicht besteht, zum Entwerfen des 4-Wege-GCPW-Leistungsteilungsnetzwerks übernommen wird, anschließend die Parameter mithilfe einer Software zur Analyse der Hochfrequenzstruktursimulation optimiert werden, um die Impedanzanpassung und die Portphasenanforderungen des GCPW-Leistungsteilungsnetzwerks zu erfiillen, und Schritt 5: Durchführen einer Co-Simulation und Optimierung des 4-Wege-GCPW-Leistungsteilungsnetzwerks und des NxM-On-Chip-DRA-Arrays und Erhalten einer Rückflussdämpfung S11 und einer Verstärkung des NxM-On-Chip-DRA-Arrays mit der Änderung der Frequenz durch Co-Simulation.
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