一种基于CMOS太赫兹信号传感器的工作方法，MOSFET在工作时，利用外接电路给器件的源漏两端提供一稳定的驱动电流，改变沟道的直流电导。MOSFET器件栅极(201)上加直流偏置电压Vgs，太赫兹信号从源端(202)输入，漏端(203)接一个稳定电流源(204)，输出电压。在这种工作模式下，由于沟道电流此时的沟道直流电导(GDS)发生改变：可以使得CMOS太赫兹信号传感器的电压响应(RV)更大，噪声等效功率(NEP)更低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及一种基于CMOS太赫兹信号传感器，更设及运种传感器的一种新型工 作模式，运种工作模式能够显著提高其对太赫兹信号的响应及降低噪声等效功率（NE巧。
技术介绍
太赫兹是一种频率介于微波和红外之间的电磁波，具有许多特殊性能：光子能量 小，对物质无伤害；能轻易穿透陶瓷等非金属和非极性材料；太赫兹波频率高信息的承载 量比微波要大得多等。因此太赫兹探测技术在宽带通信、雷达、医学成像、无损检测、安全检 查等领域有着重要的应用前景。而在目前的太赫兹探测器中，基于集成电路工艺的制造的 WMOSFET为传感器的太赫兹探测器，具有室溫工作，低成本，高成像能力等突出优势，是未 来太赫兹技术实用化的可能途径。而如何提高MOSFET对太赫兹信号的响应能力，是实现W 其实用化的重要方向。 总的CMOS太赫兹探测器主要包括CMOS传感器和太赫兹天线两个模块。CMOS传 感器主要是利用MOSFET器件中反型层二维电子气将太赫兹波转换成直流信号。自从2009 年德国的化化Ojefors等首次利用0. 25m集成电路工艺的晶体管探测到0. 65T监的波 【1】W来，许多实验室试图制造更高性能的CMOS太赫兹成像器。法国电子与信息技术实 验（CEA-LETI)的F.Schuster等人通过使用0. 13m工艺制造了大于IT监频率的CMOS太 赫兹成像器【2】。2011年，德国的Hani化er巧采用SOI技术W及基础微透镜的方法制成 了电压响应度RV大于1900V/W，噪声等效功率肥P可达到17pWAfei/2的CMOS太赫兹探测 器【3】。MinWooRyu等则通过改变晶体管源端形状，制造不对称晶体管来改善探测器新能 【4】。但是上述所有的方法都设及到新工艺W及新结构的引入，会使得生产成本及制造难度 直线上升，因此找寻一种不改变器件结构及制造工艺就可W改善探测器性能的方法是极有 意义的。 参考文献 ErikOjefors,Ullrich民.Pfeiffer,AlvydasLisauskas,andHartmut G.民oskos"A0. 65THzFocal-PlaneArrayinaQuarter-MicronCMOSProcess Technology"I邸EJOURNALOFSOLID-STATECIRCUITS,VOL44,NO. 7, 1968(2009) Schuster F. ;Univ. Montpellier 2, Montpellier, France ;Videlier, H.; Sakowicz, M. ;Teppe，F. "Imaging above ITHz limit with Si-MOSFET detectors" 35th International Conference on Infrared Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz), Itlia(2010). Sherry, H. ;A1 Hadi, R. ;Grzyb, J. ;0jefors, E. ;Cathel in, A.; Kaiser, A. ;Pfeiffer, U.民."Lens-Integrated THz Imaging Arrays in 65nm CMOS Technologies，，2011IEEE民adio Frequency Integrated Circuits Symposium(RFIC).Min Woo Ryu, Jeong Seop Lee, KiLbog Parkand Kyung Rok KinfTCAD Modeling and Simulation of Non-民esonantPlasmonic THz Detector Based on AsymmetricSilicon M0SFETs''2013Simulation of Semiconductor Processes and Devices (SISPAD).
技术实现思路
本专利技术的目的是，在原有的CMOS太赫兹信号传感器中，在不改变器件结构及制造 工艺的前提下，通过改变其中MOSFET的工作条件或者说工作模式，得到更强的电压响应， 从而明显提高探测器的效率。 基于CMOS太赫兹传感器的高响应工作方法，MOS阳T在工作时，利用外接电路给 CMOS太赫兹传感器器件的源漏两端提供一稳定的驱动电流，改变沟道的直流电导；与传统 的工作模式相比，运种新型工作模式或方法，可W使得CMOS太赫兹信号传感器的电压响应 (RV)更大，噪声等效功率（肥巧更低。 W11] 其中MOS阳T器件栅极（201)上加直流偏置电压Vg,,太赫兹信号从源端（202)输 入，漏端（203)接一个稳定电流源（204)，输出电压。运种工作模式可W提高CMOS太赫兹信 号传感器的电压响应（RV)，减小噪声等效功率（肥巧。 本专利技术方法不仅适用于在利用一个MOS阳T进行混频的CMOS太赫兹信号传感器， 也适用使用多个MOSFET器件的CMOS太赫兹信号传感器。 现有的CMOS太赫兹传感器中，可W使用一个MOS阳T将太赫兹信号混频成直流信 号，也可W将两个MOSFET漏端相连共同发挥混频作用。不论哪种CMOS太赫兹传感器，其中 MOS阳T器件的基本工作原理W及模式都相同。 图1为CMOS太赫兹传感器的传统工作模式中MOS阳T器件的工作状态，栅极（101) 上加直流偏置电压Vgg,太赫兹信号从源端输入（102)，漏端（103)浮空输出直流电压，通过 读取漏端直流电压表征接受到的太赫兹信号强度。根据文献，当输入的太赫兹信号为 UgSinot时，在此工作模式下，输出的电压响应为： 其中Ugt为Vgs-Vth，Vth为MOS阳T的阔值电压。 本专利技术则提出了一种CMOS太赫兹信号传感器的新型工作模式。在运种模式中，如 图2所示，MOSFET器件栅极（201)上加直流偏置电压Vg,,太赫兹信号从源端输入（202)，漏 端（203)接一个稳定电流源（204)，并输出电压。在运种工作模式下，由于沟道电流此时的 沟道直流电导（GJ发生改变： 其中W为MOS阳T宽度，L为MOS阳T长度，y为沟道电子迁移率，C。、为单位面积栅 氧化层电容，Idsat为饱和电流，Id。为此时沟道电流。增大沟道电流会减小此时的沟道电导 (Gds)。当太赫兹信号UgSinWt输入时，直流混频电流为二|解:巧、嫣/4,此时的输出电压 为：[OOW其中A=Iw/Id,。,。由此我们可W看到，随着漏端驱动电流电流增大，晶体管的电 压响应迅速提升。 阳02引考虑到噪声问题，增大MOS阳T的沟道电流会增大沟道的1/f噪声，但1/f噪声随 工作频率明显降低，可W通过调制工作频率消除运一噪声。因此可W只考虑沟道热噪声，此 时探测器的噪声等效功率为： 其中Ke是波尔兹曼常数，T是绝对溫度，Rth是沟道电阻，Rv是晶体管的电压响应 度，Pm是太赫兹输入功率。漏端驱动电流电流增大时，晶体管的电压响应增大，而探测器的 噪声等效功率也随之会降低。 阳0巧]本专利技术的有效效益是：不需要改变MOS阳T的结构及制造工艺，通过改进MOS阳T太 赫兹传感器的工作模式，给源漏之间加一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于CMOS太赫兹信号传感器的工作方法，其特征在于MOSFET在工作时，利用外接电路给器件的源漏两端提供一稳定的驱动电流，改变沟道的直流电导。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：纪小丽，廖轶明，吴福伟，闫锋，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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