基于180 nm CMOS工艺的281 GHz太赫兹探测器

作     者：姜宁 郭莹 刘朝阳 祁峰 JIANG Ning;GUO Ying;LIU Zhaoyang;QI Feng

作者机构：沈阳工业大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110870 中国科学院光电信息处理重点实验室辽宁沈阳110169 中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110169 辽宁省太赫兹成像感知重点实验室辽宁沈阳110169 

出 版 物：《红外与激光工程》 (Infrared and Laser Engineering)

年 卷 期：2025年第54卷第1期

页      面：247-255页

核心收录：

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2023YFF0718303) 雄安新区科技创新专项(2022XAGG0181) 国家自然科学基金项目(6180416,61801467) 

主　　题：CMOS探测器 贴片天线 阻抗匹配网络 陷波滤波器 太赫兹成像 

摘      要：基于180 nm标准CMOS工艺设计出了一种281 GHz太赫兹(THz)探测器。该探测器集成了贴片天线和NMOS场效应晶体管。为了提升天线和晶体管之间的太赫兹功率传输效率,在其之间设计了阻抗匹配网络。仿真结果显示,添加阻抗匹配网络后,探测器的性能提升了约20倍。为了消除栅极偏置线和芯片键合线对天线和晶体管之间阻抗匹配的影响,在晶体管栅极处设计了陷波滤波器。由于采用了辐射方向向上的贴片天线,无需集成硅透镜来补偿硅衬底导致的表面波损耗,降低了探测器的复杂性与成本。测试结果显示,在281 GHz频率下,探测器的电压响应率(Rv)和噪声等效功率(Noise Equivalent Power,NEP)分别为1524 V/W和19.9 pW/Hz1/2。利用该探测器搭建了太赫兹扫描成像系统,成像结果清晰地显示了门禁卡等物体内部线圈和芯片的位置。