[发明专利]一种基于非对称沟道的场效应晶体管太赫兹波探测器

说明书

本发明公开一种基于非对称沟道的场效应晶体管太赫兹波探测器，包括：用来接收太赫兹波信号的贴片天线，用于探测该贴片天线接收的太赫兹波信号并整流成较微弱的直流信号读出的非对称沟道的N型‑金属‑氧化物‑半导体场效应晶体管；所述贴片天线及晶体管组之间设置有由三根传输线组成T形阻抗匹配网络，以使天线馈电处的输入阻抗与N型‑金属‑氧化物‑半导体场效应晶体管的源极输入阻抗匹配，以实现贴片天线到N型‑金属‑氧化物‑半导体场效应晶体管之间的功率最大化传输。本发明能对太赫兹波信号有更高响应，以增大探测响应度。

技术领域

本发明涉及太赫兹波探测器技术领域，具体涉及一种基于非对称沟道的场效应晶体管太赫兹波探测器。

背景技术

太赫兹技术被认为是“未来改变世界的十大技术之一”。目前，国际上对太赫兹辐射波段两侧的电磁波技术，即红外技术和微波技术的研究水平已经非常成熟。由于缺乏有效的太赫兹辐射产生和检测手段,并且此波段既不完全适合用光学理论来处理，也不完全适合用微波电子学理论来研究，所以目前科学界对于该波段的了解一直比较有限,于是太赫兹成为电磁波谱中最后一个未被全面研究的频率窗口,以至于它被业内称为电磁波谱中的“太赫兹空隙(terahertz gap)”。从二十多年前开始,随着太赫兹辐射源和太赫兹探测器的相继问世及快速发展,太赫兹技术的研究和应用才有了较快发展,因为太赫兹辐射的量子能量很低，信噪比很高，频谱极宽，具有一系列特殊的性质，在基础研究、核技术、医疗诊断、安全检测、射电天文、物体成像、宽带移动通信和国防军事等领域显示了重大的科学价值及实用前景,与此同时,其他方面的工程应用潜力也受到关注。目前国际上已提出基于场效应晶体管的探测器结构，该结构是将片上贴片天线接收到的太赫兹波信号传输到N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管(NMOSFET)的源极，并在天线处以及N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极分别接固定电势，此外，为了使天线与晶体管之间的阻抗匹配好，还在天线与晶体管之间进行了阻抗匹配网络的设计。并且为了消除偏置电压对天线与晶体管阻抗匹配的影响，还在偏置端接了一根四分之一波长的传输线。该结构的缺点是标准工艺的N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管对THz信号的响应不高，不能获得晶体管整流的最大电流，并且阻抗匹配网络的设计在高频时不适用。

综上所述，为了克服使用标准工艺的N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管获得整流信号较小的问题，迫切需要提出一种非对称沟道的N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管，解决晶体管对THz响应较小的问题，实现场效应晶体管对THz信号整流后更高的响应。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于非对称沟道的场效应晶体管太赫兹波探测器，可以有效解决标准工艺下晶体管对太赫兹波响应不高从而导致整流后的信号太小的问题，实现太赫兹探测器对太赫兹波的高响应度的效果。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种基于非对称沟道的场效应晶体管太赫兹波探测器，包括：

用来接收太赫兹波信号的贴片天线，用于探测该贴片天线接收的太赫兹波信号并整流成较微弱的直流信号读出的非对称沟道的N型-金属-氧化物-半导体场效应晶体管；所述贴片天线及晶体管组之间设置有由三根传输线组成T形阻抗匹配网络，以使天线馈电处的输入阻抗与N型-金属-氧化物-半导体场效应晶体管的源极输入阻抗匹配，以实现贴片天线到N型-金属-氧化物-半导体场效应晶体管之间的功率最大化传输。

所述N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极外接偏置电源以使N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管的沟道打开，并且在该栅极处接一开路四分之一波长的阻抗变换器，消除对贴片天线与N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管之间的阻抗匹配的影响。

所述N型金属-氧化物-半导体场效应晶体管的非对称沟道为横梯形状。

本发明的太赫兹波探测器具有以下益效果：