《CMOS太赫茲熱探測器機理及關鍵技術研究》是依託天津大學，由陳霏擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：CMOS太赫茲熱探測器機理及關鍵技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳霏
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
太赫茲頻段處在毫米波與長波紅外之間，蘊含巨量的信息且兼具“透視”能力，太赫茲探測技術將在宇宙探索、生物醫療以及公共安全等領域發揮重要作用。但傳統的毫米波和紅外探測器受材料、工藝或結構的限制難以在此頻段工作，因此研究新型太赫茲探測器的機理與技術是一個重要課題。本項目將研究基於標準CMOS工藝的太赫茲熱探測器，其融合了毫米波天線諧振原理與紅外熱探測原理，能夠覆蓋整個太赫茲頻段且實現選頻探測（‘多色探測’），CMOS工藝保證了探測器的高集成度、小型化與低成本，因此對其的研究具有重要的科學意義和套用價值。本項目將以研究團隊已實現的探測器原型為基礎，深入研究其工作機理，重點探索耦合天線在太赫茲頻段下的電磁學特性和輻射吸收效率，建立起既能解釋探測器物理機制，又能指導探測器設計的理論模型。若成功實施，項目成果將為基於標準CMOS工藝的太赫茲熱探測器研究建立理論基礎、分析框架和設計指導。
結題摘要
本項目研究並實現了基於標準CMOS工藝的太赫茲熱探測器，其融合了毫米波天線諧振原理與紅外熱探測原理，實現了1THz、2.9THz、以及28.3THz的太赫茲波選頻探測。本項目建立了CMOS片上耦合天線在太赫茲頻段下的電磁輻射吸收模型，建立了從輻射吸收天線到熱感測電路的熱傳遞模型，以及熱感測電路的感測靈敏度模型。 本項目晶片設計以及流片測試基於CMOS 0.18um工藝，保證了探測器的高集成度、小型化與低成本。其中“金屬偶極子天線-多晶矽電阻-PTAT溫度感測電路”太赫茲熱探測器晶片在2.9 THz頻率測試時回響率為14.6V/W，仿真得到的等效噪聲功率為 1.7uW/√Hz，矽片面積400um x 400um。“環形天線-多晶矽電阻-NMOS溫度感測電路”太赫茲熱探測器晶片在2.9 THz頻率測試時回響率為193.88V/W，仿真得到的等效噪聲功率為 1.4 nW/√Hz。 本項目發表了SCI論文2篇，其中三區論文一篇、四區論文一篇，發表了IEEE國際會議EI檢索論文1篇，已錄取中文核心期刊1篇。獲得了太赫茲通信專利授權1篇，申請了太赫茲探測相關專利4篇。培養了碩士研究生2名。
