中国光学, 2020, 13 (1): 1, 网络出版: 2020-03-09   

平面天线在场效应晶体管太赫兹探测器中的应用

Application of planar antenna in field-effect transistor terahertz detectors
王晓东 1,2,*颜伟 1李兆峰 1,2,3张博文 1,3黄镇 1,3杨富华 1,2,3,4
作者单位
1 中国科学院半导体研究所 半导体集成技术工程研究中心, 北京 100083
2 中国科学院大学 微电子学院, 北京 100049
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
4 中国科学院半导体研究所 超晶格国家重点实验室, 北京 100083)
摘要
为了提高场效应晶体管太赫兹探测器的响应度并降低噪声等效功率, 需要对探测器集成平面天线的结构进行合理设计与优化, 本文对集成平面天线结构的场效应晶体管太赫兹探测器的研究进行了深入调研。首先, 对场效应晶体管太赫兹探测器的工作原理进行了分析, 介绍了集成平面天线如何解决耦合太赫兹波效率低的问题。然后, 介绍了一些常用的平面天线结构, 包括偶极子天线、贴片天线、缝隙天线、grating-gate和其他类型的结构, 比较了各种天线的性能以及引入后对太赫兹探测器响应度的影响。通过对比不同天线结构的探测器响应度和噪声等效功率等参数指标, 发现: 采用平面天线结构之后, 场效应晶体管太赫兹探测器的响应度有了大幅度的提升, 各种类型的天线对探测器响应度都有不同程度的提升。本文着重介绍了几种集成于场效应晶体管的平面天线结构, 包括各种天线的性能和研究进展, 最后分析了场效应晶体管太赫兹探测器存在的问题和发展趋势。
Abstract
In order to improve the responsivity and reduce the noise equivalent power of Field-Effect Transistor (FET) THz detectors, a suitable planar antenna structure is necessary.In this paper, we investigate the research progress of FET THz detectors integrated with planar antenna structures. Firstly, we analyze the working principle of FET THz detectors and clarify that an integrated planar antenna could effectively improve the detector's performance by enhancing its coupling efficiency with terahertz waves. Secondly, we present some typical planar antennas and discuss their pros and cons. These include the dipole antenna, the patch antenna, the slot antenna, the grating-gate, and others, which are each compared with respect to responsivity for the detectors. Finally,we find that the responsivity of the FET THz detectors can be greatly improved when applying planar antenna structure and that each type of antennas contributes uniquely. This work introduces several planar antennas integrated into FET THz detectors, including the performance and research progress of various antennas.Some existing problems are described and some predictions of the future development trends for this technology are summarized.

王晓东, 颜伟, 李兆峰, 张博文, 黄镇, 杨富华. 平面天线在场效应晶体管太赫兹探测器中的应用[J]. 中国光学, 2020, 13(1): 1. WANG Xiao-Dong, YAN Wei, LI Zhao-feng, ZHANG Bo-wen, HUANG Zhen, YANG Fu-hua. Application of planar antenna in field-effect transistor terahertz detectors[J]. Chinese Optics, 2020, 13(1): 1.

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