[发明专利]偶极子天线与NMOS温度传感器一体化的太赫兹探测器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体电磁波探测领域，特别是涉及一种偶极子天线与NMOS温度传感器一体化的太赫兹探测器。

背景技术

太赫兹波是指一种介于毫米波段与红外波段之间的电磁波，太赫兹频段被定义到0.3THz到30THz之间(波长为1mm～10μm)，属于电子学和光学的交界区域。太赫兹波相较于x射线能量更低，相比于可见光穿透性更好，这些特性使得太赫兹成像在安全监测、医疗卫生方面有巨大的发展前景。

太赫兹探测器的种类有很多，例如天线耦合的FET(Field Effect Transistor)自混合探测器，天线耦合的肖特基二极管探测器，异质结探测器和天线耦合的太赫兹热探测器等。这些探测器都有着相同的特点：均是由探测天线和感知器件进行耦合的，并且两个部分是相互独立的。现在太赫兹热探测所使用到的温度传感部分大多采用的是PTAT(proportional to absolute temperature)电路或者是三极管等温度传感器件，但是PTAT电路很复杂，所需要的器件数量较多，占据了较大的芯片面积，造成了成本上的增加；三极管、二极管等器件在CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺下相对NMOS管占据的面积更大。另一方面，传感器采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技术，相比较于CMOS工艺需要的工艺难度和成本也是大大增加。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种偶极子天线与NMOS温度传感器一体化的太赫兹探测器，其在标准CMOS工艺下，将NMOS管的栅极作为探测器的偶极子天线结构，实现了天线和温度传感器集成，减小芯片面积，节约成本。

为此，本发明的技术方案如下：

一种偶极子天线与NMOS温度传感器一体化的太赫兹探测器，包括硅衬底和设置在所述硅衬底上的第一NMOS管和第二NMOS管；所述第一NMOS管的栅极与其漏极连接；所述第二NMOS管的栅极与其漏极连接；所述第一NMOS管漏极连接电源；所述第一NMOS管的源极连接第二NMOS管的漏极，所述第二NMOS管的源极接地；所述第一NMOS管和第二NMOS管相同，两者的栅极长度均为1.28～128.25μm，作为偶极子天线使用。

进一步，所述硅衬底由多晶硅电阻利用CMOS标准工艺制成。

进一步，所述第一NMOS管的栅极和第二NMOS管的栅极之间的距离为0.24～5μm。

进一步，所述第一、第二NMOS管的栅极宽为0.24～10μm。

该偶极子天线与NMOS温度传感器一体化的太赫兹探测器有以下优点：

1)成本降低。相比较于其他类型的太赫兹温度传感器，NMOS可以采用CMOS工艺实现，而其他类型的温度传感器或者采用更加复杂的工艺或者是更加复杂的电路实现，并且一体化探测器所占用的芯片面积远远小于其他类型的温度传感器，使得整个探测器的成本大大降低并且易于实现。

2)不影响天线和NMOS器件单独工作。将NMOS管的栅极作为探测天线可以实现天线和温度传感器的一体化，温度传感器可以在很短的距离内感应到温度的变化，并且不会影响到NMOS在电路中的作用。

3)使用多晶硅作为天线，免去了在电路中串联电阻的步骤。因为多晶硅本身就有一定的阻抗，当作为天线使用时，就相当于一个理想的天线和一个电阻串联，省去了在设计时增加一个电阻的麻烦，节省了芯片的面积。

4)偶极子天线采用了两个NMOS管串联的方式，使得温度探测的能力相对于单个NMOS管大大增强，温度探测器灵敏度更高。

附图说明

图1为偶极子天线与NMOS温度传感器一体化的太赫兹探测器的原理图；

图2为NMOS太赫兹热探测器电路示意图；

图3为NMOS太赫兹热探测器版图示意图；

图4为NMOS太赫兹热探测器输出电压——温度图像；

图5为实施例1中2.66THz偶极子天线S参数图像；

图6为实施例2中29.6THz偶极子天线S参数图像。

图7为实施例3中16.3THz偶极子天线S参数图像。

具体实施方式