[發(fā)明專利]基于超材料的金屬柵MOSFET柵極光柵化的探測器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811581753.0
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109781255B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬建國;周紹華
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44;H01L31/113;H01L31/0232
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 伍時(shí)禮;楊曉松

本發(fā)明公開基于超材料的金屬柵MOSFET柵極光柵化的探測器包括基于超材料的具有光柵化柵極結(jié)構(gòu)及其各種不同光柵圖案形式的金屬柵MOSFET，金屬柵MOSFET的柵極與第一偏置電阻和第一偏置電壓相連，金屬柵MOSFET源極接地，金屬柵MOSFET漏極與第一隔直電容相連，第一隔直電容與低噪聲前置放大器相連，低噪聲前置放大器與第一隔直電容之間相連有第二偏置電阻和第二偏置電壓。本發(fā)明技術(shù)方案能夠完全吸收特定頻段的太赫茲波并產(chǎn)生共振，其共振響應(yīng)速度屬于超高速響應(yīng)，可在極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生響應(yīng)信號，極大提高響應(yīng)速度；通過改變該光柵結(jié)構(gòu)和超材料參數(shù)可調(diào)控對應(yīng)的太赫茲波的吸收頻段和強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)太赫茲探測器在太赫茲波段響應(yīng)范圍拓展，提高太赫茲探測器的探測靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太赫茲技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于超材料的金屬柵MOSFET柵極光柵化的探測器。

背景技術(shù)

太赫茲波是電磁波譜上介于微波與紅外光之間的電磁波，其頻率為0.1～10THz且波長對應(yīng)3mm～30μm。

太赫茲技術(shù)是目前信息科學(xué)技術(shù)研究的前沿與熱點(diǎn)領(lǐng)域之一，近幾年來受到世界各國研究機(jī)構(gòu)廣泛關(guān)注，其中美、日、歐等發(fā)達(dá)國家先后將太赫茲技術(shù)評定為“改變未來世界的十大技術(shù)”和“國家支柱技術(shù)十大重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)”，因此投入巨資來夯實(shí)在太赫茲技術(shù)領(lǐng)域的國際地位。

太赫茲技術(shù)由于具備廣泛的應(yīng)用前景，可在天體物理學(xué)、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、光譜與成像技術(shù)、信息科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，因此太赫茲技術(shù)能夠顯著提升我國在航空航天、空間通信、生物醫(yī)療、甚至是食品檢測等方面實(shí)力。

然而現(xiàn)有技術(shù)中，作為太赫茲技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)的太赫茲探測器是太赫茲安防、檢測的關(guān)鍵部件，但目前基于現(xiàn)有技術(shù)的太赫茲探測器普遍存在響應(yīng)速度慢、探測靈敏度低等諸多缺點(diǎn)，這很大程度限制了太赫茲技術(shù)的集成應(yīng)用和發(fā)展。基于光柵化柵極的HEMT進(jìn)行太赫茲探測已被證明是非常切實(shí)可行，但由于HEMT工藝與CMOS工藝不兼容，而太赫茲探測器的讀出電路和信號處理電路等基本上都是用CMOS工藝來實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在太赫茲探測器的發(fā)展趨勢是小型化和高集成度，因此發(fā)展基于CMOS兼容工藝的室溫太赫茲探測器及太赫茲源是太赫茲探測和陣列成像以實(shí)現(xiàn)低成本的全集成是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。HEMT與傳統(tǒng)MOSFET的最大差別之一就是HEMT采用金屬柵，而傳統(tǒng)的MOSFET采用多晶硅柵極。從2014年之后金屬柵的MOSFET成為CMOS的主流，本發(fā)明創(chuàng)新地將HEMT太赫茲探測器中的關(guān)鍵點(diǎn)--光柵化柵極引入到金屬柵極的MOSFET中，使得MOSFET像HEMT一樣來探測太赫茲成為現(xiàn)實(shí)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提出一種基于超材料的金屬柵MOSFET柵極光柵化的太赫茲探測器，旨在提高CMOS太赫茲探測器的響應(yīng)速度和探測靈敏度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的基于超材料的金屬柵MOSFET柵極光柵化的探測器，包括基于超材料的具有光柵化柵極結(jié)構(gòu)及其各種不同光柵圖案形式的金屬柵MOSFET，所述金屬柵MOSFET的柵極與提供直流電源的第一偏置電阻和第一偏置電壓相連，所述金屬柵MOSFET的源極接地，所述金屬柵MOSFET的漏極與第一隔直電容相連，所述第一隔直電容與低噪聲前置放大器相連，所述低噪聲前置放大器與所述第一隔直電容之間還相連有用于提供直流電源的第二偏置電阻和第二偏置電壓。

優(yōu)選地，所述低噪聲前置放大器還相連有電壓反饋回路。

優(yōu)選地，所述電壓反饋回路包括與所述低噪聲前置放大器兩端相連的第一電阻，所述第一電阻與所述低噪聲前置放大器負(fù)極相連的左端部還依次相連第二電阻、第二隔直電容以及接地，所述第一電阻右端還依次相連第三隔直電容以及接地。

優(yōu)選地，所述金屬柵MOSFET的光柵圖案結(jié)構(gòu)在橫向以不同類型或相同類型進(jìn)行周期性變化，單列縱向的光柵圖案結(jié)構(gòu)為相同或不相同。

優(yōu)選地，所述金屬柵MOSFET的光柵圖案結(jié)構(gòu)在橫向?yàn)榉侵芷谛宰兓瑔瘟锌v向的光柵圖案結(jié)構(gòu)為相同或不相同。