基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器。所述HEMT太赫兹探测器包括：输入波导，与太赫兹信号检测单元连接，并用于收集太赫兹输入信号；阻抗匹配结构，与输入波导连接，并用于将输入波导中的电磁波调整至与太赫兹信号检测单元阻抗匹配后，再耦合入太赫兹信号检测单元；太赫兹信号检测单元，用于对接收到的太赫兹输入信号进行处理，并输出太赫兹响应信号。本发明专利技术提供的一种基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，将太赫兹混频器、太赫兹信号输入和输出部分集成于同一太赫兹探测器芯片上，实现了高增益、小型化的太赫兹探测器，进一步提升了探测器的灵敏度，并节约了成本。并节约了成本。并节约了成本。

【技术实现步骤摘要】
基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器


[0001]本专利技术特别涉及一种基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，属于太赫兹探测


技术介绍

[0002]太赫兹波(Terahertz wave)是人类尚未大规模应用的一段电磁频谱资源，其波长大致从30μm～3mm、频率范围在0.1～10THz之间，也称为亚毫米波和远红外波。
[0003]太赫兹探测器是太赫兹人体安检、无损探伤、雷达成像和通信系统的核心器件。太赫兹探测器的灵敏度决定了上述应用的信噪比、作用距离、带宽等关键性能参数。
[0004]采用透镜耦合方案时，太赫兹波垂直透镜平面入射时，经硅透镜会汇聚在硅透镜的圆心处。探测器芯片集成在透镜平面的中心位置，此时探测器接收到的入射光功率最强。但是当太赫兹波的入射位置或角度改变时，经硅透镜汇聚后的光斑不一定会汇聚在圆心处，探测器接收到的光功率大小未知，同时因为光斑大小与探测器有效面积相当，所以光斑偏离圆心后，探测器可能只有部分天线可以接收到辐照，光响应可能会改变，即透镜耦合效果受入射太赫兹波角度的限制。当采用波导耦合方案时，太赫兹光/太赫兹波从输入波导的波导口入射，在输入波导内部的传输模式被调整，按输入波导内部基模的模式传输，直至出射至探测器芯片上，稳定性高；由此来看太赫兹波入射的位置与角度对波导口的电场分布特性不会有影响，即可认为波导耦合的耦合度高于透镜耦合。
[0005]但目前波导耦合场效应晶体管探测器还只有初步尝试，如共面波导被用于场效应晶体管的信号传输过程中，但迄今为止还没有场效应晶体管探测器与空间波导结构直接集成的报道。因此，波导耦合是否可以提供比透镜耦合场效应晶体管探测器更高的灵敏度，是需要研究的问题。若将太赫兹探测器直接放置于波导出射端口，虽然也可以产生太赫兹响应信号，但波导与探测器芯片存在严重的阻抗失配，太赫兹波耦合效率低，探测器灵敏度不高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，从而克服现有技术中的不足。
[0007]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0008]本专利技术提供了一种基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，包括：
[0009]输入波导，与太赫兹信号检测单元连接，并用于收集太赫兹输入信号；
[0010]阻抗匹配结构，与输入波导连接，并用于将输入波导中的电磁波调整至与太赫兹信号检测单元阻抗匹配后，再耦合入太赫兹信号检测单元；
[0011]太赫兹信号检测单元，用于对接收到的太赫兹输入信号进行处理，并输出太赫兹响应信号。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
[0013]1)本专利技术提供的一种基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，通过波导集成使太赫兹光从波导口入射，并按波导内部基模的模式传输，稳定性高，并且，太赫兹波入射的位置与角度对波导口的电场分布特性不会有影响，耦合效率更高；
[0014]2)本专利技术提供的一种基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，通过微带E面探针过渡和微带阻抗变换器解决了结构间存在阻抗失配的问题，进一步提高了太赫兹波耦合效率；
[0015]3)本专利技术提供的一种基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，通过全HEMT工艺，将太赫兹混频器、太赫兹信号输入和输出部分集成于同一太赫兹探测器芯片上，实现了高增益、小型化的太赫兹探测器，进一步提升了探测器的灵敏度，并节约了成本；
[0016]4)本专利技术提供的一种基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，还可进行对称设计并实现太赫兹外差探测。
附图说明
[0017]图1是本专利技术一典型实施案例中提供的一种基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器的结构示意图；
[0018]图2是本专利技术一典型实施案例中提供的一种太赫兹混频器的结构示意图；
[0019]图3是本专利技术一典型实施案例中提供的一种太赫兹混频器的等效电路结构示意图；
[0020]图4是本专利技术一典型实施案例中提供的一种基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器的噪声等效功率(NEP)随电源电压变化的关系图；
[0021]图5是本专利技术一典型实施案例中提供的一种基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器的噪声等效功率(NEP)随太赫兹频率变化的关系图。
具体实施方式
[0022]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0023]本专利技术提供了一种基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，包括：
[0024]输入波导，与太赫兹信号检测单元连接，并用于收集太赫兹输入信号；
[0025]阻抗匹配结构，与输入波导连接，并用于将输入波导中的电磁波调整至与太赫兹信号检测单元阻抗匹配后，再耦合入太赫兹信号检测单元；
[0026]太赫兹信号检测单元，用于对接收到的太赫兹输入信号进行处理，并输出太赫兹响应信号。
[0027]进一步的，所述阻抗匹配结构包括依次设置的微带探针、微带高感抗线和微带阻抗变换器，所述微带高感抗线与微带阻抗变换器、所述微带阻抗变换器与太赫兹信号检测单元均经微带传输线连接：所述微带探针与输入波导连接，且输入波导中的电磁波能耦合到微带传输线上；所述微带高感抗线用于消除由于输入波导和微带传输线间因传播模式变化而产生的阻抗失配；所述微带阻抗变换器用于对微带传输线进行阻抗变换，使将耦合到微带传输线上的电磁波调整至与太赫兹信号检测单元阻抗匹配。
[0028]进一步的，所述微带传输线用于传输太赫兹输入信号，所述微带探针上的电流可以激励起无穷多的电场模式，而除了主模之外，其余的高次模不能在微带传输线中传输，它
们会聚集在微带探针的周围并产生电抗效应，以及，通过引入微带高感抗线可以在很大程度上抵消高次模引入的电抗，从而实现输入波导和微带传输线之间的阻抗匹配。
[0029]进一步的，所述微带探针首先把输入波导中的电磁波耦合到微带传输线上，经过一段阻抗匹配来消除由于输入波导和微带传输线间因传播模式变化带来的阻抗失配，其中电磁波在输入波导中传播模式是TE10模，在微带传输线中传播模式是准TEM模；随后微带传输线经过四分之波长阻抗变换器等达到和太赫兹混频器阻抗匹配后将电磁波耦合到太赫兹混频器中，其中四分之波长阻抗变换是用于微带传输线间的阻抗匹配。
[0030]进一步的，所述微带探针是以微带E面探针的形式插入输入波导。
[0031]进一步的，所述微带阻抗变换器包括四分之波长阻抗变换器或者渐变线阻抗变换器。
[0032]进一步的，所述的基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器还包括滤波器结构和/或引线电极结构，所述滤波器结构、引线电极结构分别与太赫兹混频器连接，所述滤波器结构用于隔离太赫兹输入信号，所述引线电极结构用于提供电源电压且将太赫兹响应信号输出。
[0033]进一步的，所述太赫兹信号检测单元包括基于HEMT结构的太赫兹混频器。
[0034]进一步的，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，其特征在于，包括：输入波导，与太赫兹信号检测单元连接，并用于收集太赫兹输入信号；阻抗匹配结构，与输入波导连接，并用于将输入波导中的电磁波调整至与太赫兹信号检测单元阻抗匹配后，再耦合入太赫兹信号检测单元；太赫兹信号检测单元，用于对接收到的太赫兹输入信号进行处理，并输出太赫兹响应信号。2.根据权利要求1所述的基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，其特征在于：所述阻抗匹配结构包括依次设置的微带探针、微带高感抗线和微带阻抗变换器，所述微带高感抗线与微带阻抗变换器、所述微带阻抗变换器与太赫兹信号检测单元均经微带传输线连接：所述微带探针与输入波导连接，且输入波导中的电磁波能耦合到微带传输线上；所述微带高感抗线用于消除由于输入波导和微带传输线间因传播模式变化而产生的阻抗失配；所述微带阻抗变换器用于对微带传输线进行阻抗变换，使将耦合到微带传输线上的电磁波调整至与太赫兹信号检测单元阻抗匹配。3.根据权利要求2所述的基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，其特征在于：所述微带探针是以微带E面探针的形式插入输入波导；和/或，所述微带阻抗变换器包括四分之波长阻抗变换器或者渐变线阻抗变换器。4.根据权利要求1所述的基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，其特征在于：还包括滤波器结构和/或引线电极结构，所述滤波器结构、引线电极结构分别与太赫兹混频器连接，所述滤波器结构用于隔离太赫兹输入信号，所述引线电极结构用于提供电源电压且将太赫兹响应信号输出。5.根据权利要求4所述的基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，其特征在于：所述太赫兹信号检测单元包括基于HEMT结构的太赫兹混频器。6.根据权利要求5所述的基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，其特征在于：所述太赫兹混频器的源极与滤波器结构连接后接地，栅极与滤波器结构连接后接电源电压，漏极与滤波器结构连接后输出太赫兹响应信号。7.根据权利要求5或6所述的基于波导耦合的HEMT太赫兹探测器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤柱，秦华，靳琳，孙建东，秦晨阳，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：