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《基于CMOS工藝的太赫茲熱探測器關(guān)鍵技術(shù)的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、基于CMOS工藝的太赫茲熱探測器關(guān)鍵技術(shù)的研究ResearchonthekeytechniquesofCMOSTHzthermaldetector學(xué)科專業(yè)：微電子學(xué)與固體電子學(xué)作者姓名：楊嬌指導(dǎo)教師：陳霏講師天津大學(xué)微電子學(xué)院二零一七年十一月摘要太赫茲（Terahertz，THz）波為頻段在0.3THz到30THz之間一種電磁波，處于毫米波段和紅外波段之間。因其有能量低，穿透力強，與宇宙星體的輻射波長相近等特點，使得太赫茲波的探測在安全監(jiān)測，軍事檢查，宇宙檢查等領(lǐng)域上有著廣闊的發(fā)展前景。目前，大多數(shù)現(xiàn)有的太赫茲探測器受到半導(dǎo)體截止頻率的限制，不能探測太赫茲的較高波段；為克服上
2、述存在的問題，本文提出了對基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的太赫茲熱探測器的研究和設(shè)計。本文提出的CMOS太赫茲熱探測器采用“金屬天線-電阻負載-溫度傳感電路”結(jié)構(gòu)。可通過調(diào)節(jié)金屬天線的尺寸使得探測器的工作頻率覆蓋到太赫茲波的任何波段。探測器在標(biāo)準(zhǔn)的0.18μmCMOS工藝下進行制造，工作在常溫環(huán)境下。在基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)下，本文設(shè)計出“偶極子天線-多晶硅電阻-PTAT溫度傳感器”和“十字天線-多晶硅電阻-NMOS溫度傳感器”兩種類型的探測器結(jié)構(gòu)。首先，提出CMOS太赫茲探測器的原理，并構(gòu)建其完備的理論分析模型。通過HFSS，COMSOL和Candece軟件對熱探測器工作過程中涉及到的天線輻
3、射吸收、熱傳遞、溫度傳感三個物理過程進行建模仿真。通過仿真優(yōu)化后，得出CMOS太赫茲熱探測器最終的設(shè)計方案。然后，根據(jù)已有設(shè)計方案，對太赫茲探測器進行芯片設(shè)計。最后，將版圖方案交付到工藝廠進行流片。本文設(shè)計的“偶極子天線-多晶硅電阻-PTAT溫度傳感器”型單元探測器經(jīng)過仿真得出其響應(yīng)率為18.5V/W，仿真得出的等效噪聲功率為1.7μW/√Hz.?！笆痔炀€-多晶硅電阻-NMOS溫度傳感器”型單元探測器的仿真響應(yīng)率為8.6V/W，等效噪聲功率為0.12μW/√Hz。最后，對流片返回的探測器芯片進行測試方案的設(shè)計、設(shè)計平臺的搭建及初步測試，并進行結(jié)果分析。關(guān)鍵詞：CMOS太赫茲
4、熱探測器，太赫茲片上天線，非穩(wěn)態(tài)熱傳遞，溫度傳感IABSTRACTTerahertz(THz)waveiselectromagneticwavebetween0.3THzto30THz,locatingbetweenmillimeterwaveandinfraredwavelength.Thewaveislow-powerandstronglypenetrating.Itswavelengthisclosetoradiationwavelengthofcosmicobjects.Inrecentyears,therehasbeenanincreasinginterestinT
5、Hzapplicationslikesafetymonitoring,militaryexaminationanduniversalobservationduetoitsuniquecharacteristics.Atpresent,mostTHzdetectorslimitedbythesemiconductorcut-offfrequencycan’tdetecthigherterahertzwaveband.ToovercomethelimitationoftheTHzdetector,thispaperproposedanew-typethermalTHzdetect
6、orbasedonthestandardCMOStechnology.The“metalantenna-resistance-temperaturesensing”detectorstructurewasproposed.Thedetectorcancoveranybandoftheterahertzwave.Thedetectorisbasedonthestandard0.18μmCMOStechnology,whichworksatroomtemperature.Undertheguidanceofbasictheory,wedesigned"dipoleantenna-
7、polyresistance-PTATtemperaturesensor"and"crossantenna-polyresistance-NMOStemperaturesensor"twotypesofdetectorstructure.WiththehelpofHFSS,COMSOLandCandence,thephysicalmodelingofthedetectorincludingthemechanismoftheelectromagneticenergyabsorption,thetherma
