[發明專利]一種基于非對稱溝道的場效應晶體管太赫茲波探測器

在審

• 申請號: 201811212190.8
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109540286A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 馬建國;商德春;傅海鵬;劉亞軒;張新
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42;H01L29/10
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 韓新城

本發明公開一種基于非對稱溝道的場效應晶體管太赫茲波探測器，包括：用來接收太赫茲波信號的貼片天線，用于探測該貼片天線接收的太赫茲波信號并整流成較微弱的直流信號讀出的非對稱溝道的N型?金屬?氧化物?半導體場效應晶體管；所述貼片天線及晶體管組之間設置有由三根傳輸線組成T形阻抗匹配網絡，以使天線饋電處的輸入阻抗與N型?金屬?氧化物?半導體場效應晶體管的源極輸入阻抗匹配，以實現貼片天線到N型?金屬?氧化物?半導體場效應晶體管之間的功率最大化傳輸。本發明能對太赫茲波信號有更高響應，以增大探測響應度。

技術領域

本發明涉及太赫茲波探測器技術領域，具體涉及一種基于非對稱溝道的場效應晶體管太赫茲波探測器。

背景技術

太赫茲技術被認為是“未來改變世界的十大技術之一”。目前，國際上對太赫茲輻射波段兩側的電磁波技術，即紅外技術和微波技術的研究水平已經非常成熟。由于缺乏有效的太赫茲輻射產生和檢測手段,并且此波段既不完全適合用光學理論來處理，也不完全適合用微波電子學理論來研究，所以目前科學界對于該波段的了解一直比較有限,于是太赫茲成為電磁波譜中最后一個未被全面研究的頻率窗口,以至于它被業內稱為電磁波譜中的“太赫茲空隙(terahertz gap)”。從二十多年前開始,隨著太赫茲輻射源和太赫茲探測器的相繼問世及快速發展,太赫茲技術的研究和應用才有了較快發展,因為太赫茲輻射的量子能量很低，信噪比很高，頻譜極寬，具有一系列特殊的性質，在基礎研究、核技術、醫療診斷、安全檢測、射電天文、物體成像、寬帶移動通信和國防軍事等領域顯示了重大的科學價值及實用前景,與此同時,其他方面的工程應用潛力也受到關注。目前國際上已提出基于場效應晶體管的探測器結構，該結構是將片上貼片天線接收到的太赫茲波信號傳輸到N型金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(NMOSFET)的源極，并在天線處以及N型金屬-氧化物-半導體場效應晶體管的柵極分別接固定電勢，此外，為了使天線與晶體管之間的阻抗匹配好，還在天線與晶體管之間進行了阻抗匹配網絡的設計。并且為了消除偏置電壓對天線與晶體管阻抗匹配的影響，還在偏置端接了一根四分之一波長的傳輸線。該結構的缺點是標準工藝的N型金屬-氧化物-半導體場效應晶體管對THz信號的響應不高，不能獲得晶體管整流的最大電流，并且阻抗匹配網絡的設計在高頻時不適用。

綜上所述，為了克服使用標準工藝的N型金屬-氧化物-半導體場效應晶體管獲得整流信號較小的問題，迫切需要提出一種非對稱溝道的N型金屬-氧化物-半導體場效應晶體管，解決晶體管對THz響應較小的問題，實現場效應晶體管對THz信號整流后更高的響應。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的技術缺陷，而提供一種基于非對稱溝道的場效應晶體管太赫茲波探測器，可以有效解決標準工藝下晶體管對太赫茲波響應不高從而導致整流后的信號太小的問題，實現太赫茲探測器對太赫茲波的高響應度的效果。

為實現本發明的目的所采用的技術方案是：

一種基于非對稱溝道的場效應晶體管太赫茲波探測器，包括：

用來接收太赫茲波信號的貼片天線，用于探測該貼片天線接收的太赫茲波信號并整流成較微弱的直流信號讀出的非對稱溝道的N型-金屬-氧化物-半導體場效應晶體管；所述貼片天線及晶體管組之間設置有由三根傳輸線組成T形阻抗匹配網絡，以使天線饋電處的輸入阻抗與N型-金屬-氧化物-半導體場效應晶體管的源極輸入阻抗匹配，以實現貼片天線到N型-金屬-氧化物-半導體場效應晶體管之間的功率最大化傳輸。

所述N型金屬-氧化物-半導體場效應晶體管的柵極外接偏置電源以使N型金屬-氧化物-半導體場效應晶體管的溝道打開，并且在該柵極處接一開路四分之一波長的阻抗變換器，消除對貼片天線與N型金屬-氧化物-半導體場效應晶體管之間的阻抗匹配的影響。

所述N型金屬-氧化物-半導體場效應晶體管的非對稱溝道為橫梯形狀。

本發明的太赫茲波探測器具有以下益效果：