[發明專利]基于周期性光柵化柵極金屬柵MOSFET太赫茲探測器

有效

• 申請號: 201811456308.1
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109541712B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 馬建國;周紹華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01V8/10
• 分類號: G01V8/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 吳學穎

本發明公開了一種基于周期性光柵化柵極金屬柵MOSFET太赫茲探測器，包括具有周期性光柵化柵極及其各種不同圖案形式的金屬柵MOSFET、低噪聲前置放大器和電壓反饋回路；金屬柵MOSFET的柵極用于接收太赫茲信號，金屬柵MOSFET的柵極經一號偏置電阻連接一號偏置電壓源，金屬柵MOSFET的源極接地，金屬柵MOSFET的漏極和低噪聲前置放大器的正向輸入端之間連接有一號隔直電容；低噪聲前置放大器的正向輸入端經二號偏置電阻連接二號偏置電壓源；所述電壓反饋回路包括反饋電阻、接地電阻、二號隔直電容和三號隔直電容。本發明通過調節柵極的光柵化結構參數來實現THz響應波段范圍的調節，從而提高太赫茲探測器的探測靈敏度。

技術領域

本發明涉及太赫茲探測器技術領域，更具體的說，是涉及一種基于周期性光柵化柵極金屬柵MOSFET太赫茲探測器。

背景技術

太赫茲波是電磁波譜上介于微波與紅外光之間的電磁波，其頻率在0.1～10THz左右，波長對應3mm～30μm。太赫茲技術是目前信息科學技術研究的前沿與熱點領域之一，近幾年來，受到世界各國研究機構的廣泛關注。美、日、歐等發達國家先后將太赫茲技術評定為“改變未來世界的十大技術”和“國家支柱技術十大重點戰略目標”，投入巨資來夯實在太赫茲領域的國際地位。太赫茲具備廣泛的應用前景，在天體物理學、材料科學、生物醫學、環境科學、光譜與成像技術、信息科學技術等領域有著廣泛的技術應用。太赫茲技術能夠顯著提升我國在航空航天、空間通信、生物醫療、甚至是食品檢測等方面的實力。而作為太赫茲應用基礎的太赫茲探測器是太赫茲安防、檢測的關鍵部件。

在太赫茲頻段由于任何導體引線都會帶來極其嚴重的寄生效應，使得絕大多數基于III-V/II-VI族工藝的探測器性能難以控制，甚至出現不工作的情況，從而制約了這類太赫茲探測器的實用化。發展基于CMOS兼容工藝的室溫太赫茲探測器是太赫茲探測和陣列成像實現低成本、大規模推廣的基礎。而目前現有的基于CMOS兼容工藝的探測器普遍存在響應速度慢、靈敏度低、價格昂貴、通常需要在低溫下工作等諸多缺點,這在很大程度上限制了太赫茲技術的集成應用和發展。因此發展具有高響應度、高靈敏度、價格低廉的CMOS兼容的室溫太赫茲探測器成為了太赫茲技術集成應用和發展進程中迫切需要解決的問題。

發明內容

本發明提供一種基于周期性光柵化柵極金屬柵MOSFET太赫茲探測器，通過調節柵極的光柵化結構參數(光柵的寬度、長度、區域面積、周期和圖案形式)來實現THz響應波段范圍的調節，從而提高探測器的探測靈敏度；通過光刻、納米壓印和人工微結構材料的調控引入周期可調且具有各種不同圖案形式的光柵結構替代原有MOSFET的金屬柵，實現由CMOS兼容的低維半導體材料(如納米線)制備的金屬柵極光柵化，使柵極與太赫茲波產生共振，增強等離子體諧振效應，從而提高探測器的響應速度。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明基于周期性光柵化柵極金屬柵MOSFET太赫茲探測器，包括具有周期性光柵化柵極及其各種不同圖案形式的金屬柵MOSFET、低噪聲前置放大器和電壓反饋回路；

所述金屬柵MOSFET的柵極用于接收太赫茲信號，所述金屬柵MOSFET的柵極經一號偏置電阻連接一號偏置電壓源，所述金屬柵MOSFET的源極接地，所述金屬柵MOSFET的漏極和低噪聲前置放大器的正向輸入端之間連接有一號隔直電容；所述低噪聲前置放大器的正向輸入端經二號偏置電阻連接二號偏置電壓源；

所述電壓反饋回路包括反饋電阻、接地電阻、二號隔直電容和三號隔直電容，所述反饋電阻連接于低噪聲前置放大器的輸出端和反向輸入端之間，所述接地電阻一端連接低噪聲前置放大器的反向輸入端，另一端經二號隔直電容接地，所述三號隔直電容一端連接低噪聲前置放大器的輸出端，另一端接地。

所述一號偏置電壓源和一號偏置電阻用于給金屬柵MOSFET提供直流供電，通過調節金屬柵MOSFET柵極的光柵化結構參數(光柵的寬度、長度、區域面積、周期和圖案形式)來實現THz響應波段范圍的調節。