[發(fā)明專利]一種硅基光柵化源極太赫茲探測器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811094805.1
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN109449222A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬建國;劉亞軒;傅海鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/119
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 杜文茹

一種硅基光柵化源極太赫茲探測器，包括有MOS管，所述MOS管包括有由下至上依次設(shè)置的襯底層、溝道層和絕緣層，所述的襯底層一端的上端面設(shè)置有嵌入在所述溝道層和絕緣層內(nèi)的漏極，所述的絕緣層上與所述漏極相鄰的設(shè)置有柵極，所述柵極遠(yuǎn)離漏極的一側(cè)設(shè)置有等間隔排布的光柵結(jié)構(gòu)的源極，所述光柵結(jié)構(gòu)的源極中的每一條源極均嵌入在所述溝道層和絕緣層內(nèi)，且底端與所述襯底層相連接。本發(fā)明能夠有效的將空間中的太赫茲信號耦合至晶體管源極，并在晶體管中產(chǎn)生太赫茲頻段的交流電信號，利用晶體管的檢波特性將太赫茲信號轉(zhuǎn)化為直流電信號并通過漏極進(jìn)行輸出，從而實現(xiàn)太赫茲信號探測。本發(fā)明能夠提高耦合效率、降低損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太赫茲探測器。特別是涉及一種硅基光柵化源極太赫茲探測器。

背景技術(shù)

太赫茲(THz)波是指頻率在0.1～10THz(即波長為3000μm～30μm)的電磁波(1THz＝10¹²Hz)，該波段處于微波和紅外光之間的亞毫米波和遠(yuǎn)紅外波段，屬于前人研究較少的電磁波譜。太赫茲頻段是電子學(xué)到光子學(xué)的過度頻段，因此其擁有許多優(yōu)良的特性，如寬頻性、透視性、安全性等。在通信、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、安全等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。

太赫茲探測器是太赫茲技術(shù)走向應(yīng)用的重要一環(huán)，太赫茲探測器可大致分為相干探測和非相干探測。相干探測主要是利用太赫茲時域光譜系統(tǒng)，整體系統(tǒng)復(fù)雜且設(shè)備龐大，在應(yīng)用上存在難度。基于非相干的直接探測技術(shù)種類繁多，由于集成電路是利用CMOS工藝進(jìn)行制備，因此基于CMOS工藝的太赫茲探測器能夠和讀出處理電路相結(jié)合，具有易集成、低功耗、穩(wěn)定性強、價格低廉等優(yōu)點，是目前最具應(yīng)用前景的探測器方向。

目前太赫茲光源的輻射功率較低，因此對太赫茲探測器提出了更高的要求。由于CMOS工藝的限制，片上天線存在損耗大、增益效率低等問題，基于CMOS工藝的熱探測又存在吸收、耦合效率低等問題。因此在CMOS工藝上發(fā)展高耦合效率、低損耗、設(shè)計簡單的太赫茲探測器尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠提高耦合效率、降低損耗的硅基光柵化源極太赫茲探測器。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種硅基光柵化源極太赫茲探測器，包括有MOS管，所述MOS管包括有由下至上依次設(shè)置的襯底層、溝道層和絕緣層，所述的襯底層一端的上端面設(shè)置有嵌入在所述溝道層和絕緣層內(nèi)的漏極，所述的絕緣層上與所述漏極相鄰的設(shè)置有柵極，所述柵極遠(yuǎn)離漏極的一側(cè)設(shè)置有等間隔排布的光柵結(jié)構(gòu)的源極，所述光柵結(jié)構(gòu)的源極中的每一條源極均嵌入在所述溝道層和絕緣層內(nèi)，且底端與所述襯底層相連接。

所述光柵結(jié)構(gòu)的源極包括有3條以上的源極。

所述MOS管的漏極連接低噪聲放大器的正向輸入端，源極接地，柵極連接輸入電壓。

所述的MOS管根據(jù)摻雜區(qū)域和雜質(zhì)不同，構(gòu)成NMOS管或PMOS管。

本發(fā)明的一種硅基光柵化源極太赫茲探測器，利用光柵結(jié)構(gòu)耦合空間中的太赫茲信號，并利用光柵結(jié)構(gòu)的空隙對太赫茲信號進(jìn)行衍射，從而達(dá)到增加局部太赫茲場強的效果。將NMOS/PMOS的源極制備成光柵結(jié)構(gòu)，能夠有效的將空間中的太赫茲信號耦合至晶體管源極，并在晶體管中產(chǎn)生太赫茲頻段的交流電信號，利用晶體管的檢波特性將太赫茲信號轉(zhuǎn)化為直流電信號并通過漏極進(jìn)行輸出，從而實現(xiàn)太赫茲信號探測。本發(fā)明避免了天線以及復(fù)雜熱吸收結(jié)構(gòu)的使用，能夠提高耦合效率、降低損耗，對制備高靈敏度、低損耗、設(shè)計步驟簡單的太赫茲探測器提供了新思路。本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明避免了天線的使用，降低了設(shè)計復(fù)雜度；

(2)本發(fā)明是在晶體管的基礎(chǔ)上直接進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改，無需使用各種匹配網(wǎng)絡(luò)，在太赫茲頻段提高了耦合效率；

(3)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，尺寸較小，便于集成化、陣列化。

附圖說明