[發(fā)明專利]太赫茲信號(hào)探測(cè)器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911045501.0
• 申請(qǐng)日: 2019-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110783354B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴陽(yáng);邵龑;楊春雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146
• 代理公司: 深圳市銘粵知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰;但念念

本發(fā)明提供了一種太赫茲信號(hào)探測(cè)器，所述太赫茲信號(hào)探測(cè)器包括襯底及設(shè)置于所述襯底上的太赫茲信號(hào)探測(cè)像素陣列，所述太赫茲信號(hào)探測(cè)像素陣列包括多條信號(hào)線、多條數(shù)據(jù)線以及由所述多條信號(hào)線和所述多條數(shù)據(jù)線交叉限定的多個(gè)像素單元，每一個(gè)所述像素單元包括太赫茲信號(hào)接收層和薄膜晶體管，所述薄膜晶體管的源極與所述太赫茲信號(hào)接收層電連接，所述薄膜晶體管的漏極與其中一條數(shù)據(jù)線連接，所述薄膜晶體管的柵極與其中一條信號(hào)線連接，所述薄膜晶體管用于將所述太赫茲信號(hào)接收層接收的太赫茲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并輸出。本發(fā)明通過(guò)將TFT作為太赫茲信號(hào)的處理電路，從而可以實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)級(jí)像素以上的高分辨率太赫茲成像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太赫茲信號(hào)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種太赫茲信號(hào)探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)

太赫茲波是指頻率范圍為0.1THz～10THz的電磁波，相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍為3毫米～30微米，介于微波與紅外線之間，因此也被稱作亞毫米波段或遠(yuǎn)紅外波段。

太赫茲波的以下特點(diǎn)使其具有廣闊的應(yīng)用前景：(1)光子能量低。在太赫茲波的頻率范圍內(nèi)，其光子能量處于毫電子伏量級(jí)，只有X射線光子能量的百萬(wàn)分之一，而生物大分子自身的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)位于太赫茲波段，有機(jī)分子之間相互作用會(huì)在太赫茲波段呈現(xiàn)強(qiáng)烈的吸收特性，因此，太赫茲波可以應(yīng)用于生物大分子等物質(zhì)的活體檢測(cè)、人體安檢等。(2)穿透性強(qiáng)。太赫茲波的波長(zhǎng)長(zhǎng)于可見(jiàn)光，可以穿透多種材料，例如皮革、塑料、脂肪等，并且其在沙塵、煙霧等環(huán)境下傳輸損耗也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可見(jiàn)光，因此，太赫茲波可以應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境下的人員裝備探測(cè)。(3)寬波段與高分辨率。太赫茲波比微波的頻段更寬，具有更大的傳輸容量，其脈沖寬度可以達(dá)到皮秒量級(jí)、波長(zhǎng)短于微波，因此，太赫茲波可以實(shí)現(xiàn)更高的時(shí)間和空間分辨率的信號(hào)傳輸。

適用于室溫下的太赫茲信號(hào)探測(cè)器主要是熱型探測(cè)器。其工作原理是太赫茲信號(hào)輻射導(dǎo)致其探測(cè)單元溫度上升，引起某些可測(cè)量的物理特性的變化，通過(guò)進(jìn)一步測(cè)量這種變化完成太赫茲信號(hào)的探測(cè)。這些物理特性可以是電阻、電容、熱釋電效應(yīng)和熱彈性效應(yīng)等等。這種熱型太赫茲信號(hào)探測(cè)器最大優(yōu)點(diǎn)是可以在室溫下應(yīng)用，不需要額外制冷單元，整個(gè)成像系統(tǒng)功耗、體積等均較小。目前主要的太赫茲信號(hào)探測(cè)器均是基于硅基的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)。由于太赫茲信號(hào)的波長(zhǎng)介于30微米～3000微米之間，以頻率為1THz的太赫茲信號(hào)為例，其對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為300微米，對(duì)應(yīng)的探測(cè)像素的尺寸需要300微米以上。因此，如果要實(shí)現(xiàn)1024×1024的分辨率，芯片尺寸需要達(dá)到30厘米以上，而現(xiàn)有的CMOS技術(shù)無(wú)法制備如此大尺寸的單個(gè)芯片，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)高分辨率太赫茲成像。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種太赫茲信號(hào)探測(cè)器，將薄膜晶體管與太赫茲信號(hào)接收層結(jié)合，利用薄膜晶體管可以實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)級(jí)像素以上的高分辨率太赫茲成像。

本發(fā)明提出的具體技術(shù)方案為：提供一種太赫茲信號(hào)探測(cè)器，所述太赫茲信號(hào)探測(cè)器包括襯底及設(shè)置于所述襯底上的太赫茲信號(hào)探測(cè)像素陣列，所述太赫茲信號(hào)探測(cè)像素陣列包括多條信號(hào)線、多條數(shù)據(jù)線以及由所述多條信號(hào)線和所述多條數(shù)據(jù)線交叉限定的多個(gè)像素單元，每一個(gè)所述像素單元包括太赫茲信號(hào)接收層和薄膜晶體管(TFT)，所述TFT的源極與所述太赫茲信號(hào)接收層電連接，所述TFT的漏極與其中一條數(shù)據(jù)線連接，所述TFT的柵極與其中一條信號(hào)線連接，所述TFT用于將所述太赫茲信號(hào)接收層接收的太赫茲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并輸出。

進(jìn)一步地，所述太赫茲信號(hào)接收層包括太赫茲信號(hào)轉(zhuǎn)換層、熱敏層，所述熱敏層設(shè)于所述襯底與所述太赫茲信號(hào)轉(zhuǎn)換層之間。

進(jìn)一步地，所述太赫茲信號(hào)轉(zhuǎn)換層包括導(dǎo)熱層、太赫茲信號(hào)吸收層，所述導(dǎo)熱層設(shè)于所述熱敏層與所述太赫茲信號(hào)吸收層之間。

進(jìn)一步地，所述太赫茲信號(hào)吸收層包括兩層金屬層及設(shè)于所述兩層金屬層之間的中間介質(zhì)層。

進(jìn)一步地，所述太赫茲信號(hào)探測(cè)器還包括支撐結(jié)構(gòu)及反射層，所述支撐結(jié)構(gòu)位于所述襯底與所述反射層之間。

進(jìn)一步地，所述支撐結(jié)構(gòu)為可伸縮結(jié)構(gòu)。