[發(fā)明專利]一種基于單極子天線與NMOS溫度傳感器一體化實現(xiàn)的太赫茲探測器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710038815.2
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN108332863A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳霏;李子蒙
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01J5/10
• 分類號: G01J5/10;G01R29/08
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發(fā)明公開一種基于單極子天線與NMOS溫度傳感器一體化實現(xiàn)的太赫茲探測器，在標準CMOS工藝下，將NMOS管的柵極作為探測器的單極子天線結(jié)構(gòu)，由于NMOS管本身就可作為溫度傳感器，這樣就實現(xiàn)了天線和溫度傳感器的集成，進而減小了芯片的面積，實現(xiàn)了成本上的節(jié)約。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體電磁波探測領(lǐng)域，詳細來說，屬于基于CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor)工藝的太赫茲波(波段為0.3THz～30THz)熱探測領(lǐng)域。

背景技術(shù)

太赫茲波是指一種處于毫米波段與紅外波段之間電磁波，太赫茲頻段被定義到0.3THz到30THz之間(波長為1mm～10μm)，屬于電子學(xué)和光學(xué)的交界區(qū)域。太赫茲波相較于x射線能量更低，相比于可見光穿透性更好，這些特性使得太赫茲成像技術(shù)有著巨大的發(fā)展前景，可以用在如安全檢測以及醫(yī)療等方面。太赫茲探測器的種類有很多，目前有：天線耦合的FET(Field Effect Transistor)自混合探測器，天線耦合的肖特基二極管探測器，異質(zhì)結(jié)探測器和天線耦合的太赫茲熱探測器等。這些探測器都有著相同的特點：均是由探測天線和感知器件進行耦合的，并且兩個部分是相互獨立的。有關(guān)于太赫茲熱探測所使用到的溫度傳感部分大多采用的是PTAT(proportional to absolute temperature)電路或者是其他的器件，但是PTAT電路很復(fù)雜，所需要的器件數(shù)量較多，占據(jù)了較大的芯片面積，造成了成本上的增加。另一方面，傳感器多采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技術(shù)，相比較于現(xiàn)在通用CMOS工藝需要的工藝難度和成本也是大大增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于單極子天線與NMOS溫度傳感器一體化實現(xiàn)的太赫茲探測器，提高芯片面積的利用率，降低太赫茲探測器的成本，提出了一種新型的天線和溫度傳感器一體化的組合形式，在標準CMOS工藝下，將NMOS(N-Metal-Oxide-Semiconductor)管的柵極作為探測器的單極子天線結(jié)構(gòu)，由于NMOS管本身就可作為溫度傳感器，這樣就實現(xiàn)了天線和溫度傳感器的集成，進而減小了芯片的面積，實現(xiàn)了成本上的節(jié)約。

本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種基于單極子天線與NMOS溫度傳感器一體化實現(xiàn)的太赫茲探測器，在標準CMOS工藝下，將NMOS管的柵極作為探測器的單極子天線結(jié)構(gòu)，NMOS管本身作為溫度傳感器，采用二極管式連接方式(即NMOS管的柵極和漏極短接，形成二極管式的連接方式)，以在短距離內(nèi)感應(yīng)溫度變化。

即將NMOS管整體作為太赫茲探測器的應(yīng)用，NMOS管的柵極作為探測器的單極子天線結(jié)構(gòu)，NMOS管本身作為溫度傳感器，NMOS管的柵極和漏極短接，形成二極管式的連接方式，以在短距離內(nèi)感應(yīng)NMOS管的柵極的溫度變化。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案將單極子天線和NMOS溫度傳感器一體化的一處有以下幾點：1、成本降低。相比較于其他類型的太赫茲溫度傳感器，NMOS可以采用CMOS工藝實現(xiàn)，而其他類型的溫度傳感器或者采用更加復(fù)雜的工藝或者是更加復(fù)雜的電路實現(xiàn)，并且一體化探測器所占用的芯片面積遠遠小于其他類型的溫度傳感器，使得整個探測器的成本大大降低并且易于實現(xiàn)。2、不影響天線和NMOS器件單獨工作。將NMOS管的柵極作為探測天線可以實現(xiàn)天線和溫度傳感器的一體化，溫度傳感器可以在很短的距離內(nèi)感應(yīng)到溫度的變化，并且不會影響到NMOS在電路中的作用，即NMOS管本身就可作為溫度傳感器。3、使用多晶硅(即NMOS管的柵極)作為天線，免去了在電路中串聯(lián)電阻的步驟。因為多晶硅本身就有一定的阻抗，當作為天線使用時，就相當于一個理想的天線和一個電阻串聯(lián)，直接進行溫度感應(yīng)即可，省去了在設(shè)計時增加一個電阻的麻煩，節(jié)省了芯片的面積。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中太赫茲熱探測器原理示意圖。

圖2是本發(fā)明中NMOS太赫茲熱探測器電路示意圖。