基于65 nm标准CMOS工艺的3.0 THz 探测器
A 3.0 THz detector in 65 nm standard CMOS process
1 State Key Laboratory of Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing00083, China
2 Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing100083, China
3 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing100049, China
图 & 表
图 1. 电磁波大气衰减图（大气压力为101.300 kPa、温度为15℃、水汽密度为7.5g/m3）
Fig. 1. 电磁波大气衰减图（大气压力为101.300 kPa、温度为15℃、水汽密度为7.5g/m3）
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图 3. NMOS场效应晶体管沟道中太赫兹波衰减仿真图
Fig. 3. NMOS场效应晶体管沟道中太赫兹波衰减仿真图
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图 4. 仿真的归一化功率和辐射效率随金属层的变化曲线
Fig. 4. 仿真的归一化功率和辐射效率随金属层的变化曲线
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图 5. （a）贴片天线的仿真模型,（b）模型（a）的归一化功率及辐射效率仿真结果
Fig. 5. （a）贴片天线的仿真模型,（b）模型（a）的归一化功率及辐射效率仿真结果
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图 6. 芯片照片及3.0 THz天线照片（左图标记部分）
Fig. 6. 芯片照片及3.0 THz天线照片（左图标记部分）
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图 7. 扫描光源光斑实验装置示意图
Fig. 7. 扫描光源光斑实验装置示意图
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图 8. （a）单像素偏置在0.23 V时的光斑扫描图（20 μm的扫描步长）,（b）为光斑的水平横截面图
Fig. 8. （a）单像素偏置在0.23 V时的光斑扫描图（20 μm的扫描步长）,（b）为光斑的水平横截面图
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图 9. 芯片噪声电压测量示意图
Fig. 9. 芯片噪声电压测量示意图
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图 11. 太赫兹透射成像系统示意图
Fig. 11. 太赫兹透射成像系统示意图
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图 12. 扫描的牙签的成像图（100 μm 步长）,（a）为牙签的实物照片,（b）为牙签扫描结果,（c）显示了扫描的尺寸,（d）是（b）的单行数据显示结果
Fig. 12. 扫描的牙签的成像图（100 μm 步长）,（a）为牙签的实物照片,（b）为牙签扫描结果,（c）显示了扫描的尺寸,（d）是（b）的单行数据显示结果
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图 13. 使用CMOS探测器扫描的树叶的成像图（100 μm 步长）,（a）为待成像树叶,（b）为扫描成像结果,（c）为（b）的局部放大结果
Fig. 13. 使用CMOS探测器扫描的树叶的成像图（100 μm 步长）,（a）为待成像树叶,（b）为扫描成像结果,（c）为（b）的局部放大结果
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图 14. 高莱探测器树叶扫描成像图（100 μm 步长），（a）为THz-QCL打开时采集到的数据即树叶加背底,（b）为THz-QCL关闭状态采集到的数据即背底，（c）为图（a）减去图（b）得到的树叶图，（d）为采用CMOS探测器扫描得到的树叶图
Fig. 14. 高莱探测器树叶扫描成像图（100 μm 步长），（a）为THz-QCL打开时采集到的数据即树叶加背底,（b）为THz-QCL关闭状态采集到的数据即背底，（c）为图（a）减去图（b）得到的树叶图，（d）为采用CMOS探测器扫描得到的树叶图
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表 1高频CMOS太赫兹探测器之间的性能比较
Table1. 高频CMOS太赫兹探测器之间的性能比较
| CMOS工艺 | 频率.[THz] | Rv [V/W] | NEP [pW/Hz1/2 | 参考 文献. |
|---|
| 65 nm CMOS | 3.0 | 526 | 73 | 本工作 | | 90 nm CMOS | 4.75 | 75 | 404 | [31] | | 90 nm CMOS | 4.25 | 230 | 110 | [32] | | 90 nm CMOS | 2.54, 3.13 | 336, 308 | 63,85 | [33] | | 90 nm CMOS | 3.1 | 230 | 85 | [34] | | 130 nm CMOS（SBD） | 4.92 | 383 | 430 | [35] | | 150 nm CMOS | 2.9 | 30 | 487 | [36] |
|
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方桐, 刘力源, 刘朝阳, 冯鹏, 李媛媛, 刘俊岐, 刘剑, 吴南健. 基于65 nm标准CMOS工艺的3.0 THz 探测器[J]. 红外与毫米波学报, 2020, 39(1): 56. Tong FANG, Li-Yuan LIU, Zhao-Yang LIU, Peng FENG, Yuan-Yuan LI, Jun-Qi LIU, Jian LIU, Nan-Jian WU. A 3.0 THz detector in 65 nm standard CMOS process[J]. Journal of Infrared and Millimeter Waves, 2020, 39(1): 56.
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