[发明专利]基于非周期光栅化栅漏极MOSFET太赫兹探测器

说明书

本发明公开了一种基于非周期光栅化栅漏极MOSFET太赫兹探测器，包括具有非周期性光栅化栅漏极及其各种不同图案形式的金属栅MOSFET、低噪声前置放大器和电压反馈回路；金属栅MOSFET的栅极和漏极均用于接收太赫兹信号，金属栅MOSFET的栅极经一号偏置电阻连接一号偏置电压源，金属栅MOSFET的源极和低噪声前置放大器的正向输入端之间连接有一号隔直电容；低噪声前置放大器的正向输入端经二号偏置电阻连接二号偏置电压源；电压反馈回路包括反馈电阻、接地电阻、二号隔直电容和三号隔直电容。本发明通过调节栅漏极的光栅化结构参数来实现THz响应波段范围的调节，从而提高探测器的探测灵敏度，实现窄带太赫兹探测。

技术领域

本发明涉及太赫兹探测器技术领域，更具体的说，是涉及一种基于非周期光栅化栅漏极MOSFET太赫兹探测器。

背景技术

太赫兹波是电磁波谱上介于微波与红外光之间的电磁波，其频率在0.1～10THz左右，波长对应3mm～30μm。太赫兹技术是目前信息科学技术研究的前沿与热点领域之一，近几年来，受到世界各国研究机构的广泛关注。美、日、欧等发达国家先后将太赫兹技术评定为“改变未来世界的十大技术”和“国家支柱技术十大重点战略目标”，投入巨资来夯实在太赫兹领域的国际地位。太赫兹具备广泛的应用前景，在天体物理学、材料科学、生物医学、环境科学、光谱与成像技术、信息科学技术等领域有着广泛的技术应用。太赫兹技术能够显著提升我国在航空航天、空间通信、生物医疗、甚至是食品检测等方面的实力。而作为太赫兹应用基础的太赫兹探测器是太赫兹安防、检测的关键部件。

在太赫兹频段由于任何导体引线都会带来极其严重的寄生效应，使得绝大多数基于III-V/II-VI族工艺的探测器性能难以控制，甚至出现不工作的情况，从而制约了这类太赫兹探测器的实用化。发展基于CMOS兼容工艺的室温太赫兹探测器是太赫兹探测和阵列成像实现低成本、大规模推广的基础。而目前现有的基于CMOS兼容工艺的探测器普遍存在响应速度慢、灵敏度低、价格昂贵、通常需要在低温下工作等诸多缺点,这在很大程度上限制了太赫兹技术的集成应用和发展。因此发展具有高响应度、高灵敏度、价格低廉的CMOS兼容的室温太赫兹探测器成为了太赫兹技术集成应用和发展进程中迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明提供一种基于非周期光栅化栅漏极MOSFET太赫兹探测器，通过调节栅漏极的光栅化结构参数(光栅的宽度、长度、区域面积和图案形式)来实现THz响应波段范围的调节，从而提高太赫兹探测器的探测灵敏度；通过光刻、纳米压印和人工微结构材料的调控引入非周期性且具有各种不同图案形式的光栅结构替代原有金属栅MOSFET的栅漏极，实现由CMOS兼容的低维半导体材料(如纳米线)制备的栅漏极光栅化，使栅漏极与太赫兹波产生共振，增强等离子体谐振效应，从而提高探测器的响应速度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明基于非周期光栅化栅漏极MOSFET太赫兹探测器，包括具有非周期性光栅化栅漏极及其各种不同图案形式的金属栅MOSFET、低噪声前置放大器和电压反馈回路；

所述金属栅MOSFET的栅极和漏极均用于接收太赫兹信号，所述金属栅MOSFET的栅极经一号偏置电阻连接一号偏置电压源，所述金属栅MOSFET的源极和低噪声前置放大器的正向输入端之间连接有一号隔直电容；所述低噪声前置放大器的正向输入端经二号偏置电阻连接二号偏置电压源；

所述电压反馈回路包括反馈电阻、接地电阻、二号隔直电容和三号隔直电容，所述反馈电阻连接于低噪声前置放大器的输出端和反向输入端之间，所述接地电阻一端连接低噪声前置放大器的反向输入端，另一端经二号隔直电容接地，所述三号隔直电容一端连接低噪声前置放大器的输出端，另一端接地。

所述一号偏置电压源和一号偏置电阻用于给金属栅MOSFET提供直流供电，通过调节金属栅MOSFET栅漏极的光栅化结构参数(光栅的宽度、长度、区域面积和图案形式)来实现THz响应波段范围的调节。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：