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相似文献
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1.
吴昊  朱一帆  丁青峰  张金峰  上官阳  孙建东  秦华 《红外与激光工程》2022,51(12):20220225-1-20220225-7
为充分发挥AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 (High-Electron-Mobility Transistor, HEMT)太赫兹探测器阵列的高电子迁移率优势,文中研究了HEMT太赫兹探测器阵列在77 K下的探测特性。使用液氮杜瓦为降温主体搭建了适用于焦平面 (Focal-Plane Array, FPA)芯片的低温系统,实现了对焦平面芯片常温与低温下的对比测试。温度从300 K降到77 K时,探测器阵列像元的平均响应度提高近3倍,平均噪声有小幅增大,340 GHz时平均噪声等效功率 (Noise Equivalent Power, NEP)从45.1 pW/Hz1/2降低到了19.4 pW/Hz1/2,灵敏度提高两倍以上。与硅透镜耦合的单元探测器相比,阵列像元的灵敏度提升仍有较大空间。主要是由于各像素点最佳工作电压的不一致,导致在给定统一工作电压下像元间的响应度和噪声都表现出较大的离散性,文中讨论了降低最佳工作电压离散度的可能解决方案。  相似文献   

2.
蝶形天线增强的HEMT室温太赫兹探测器   总被引:1,自引:1,他引:0  
介绍了一种基于GaN/AlGaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的高速、高灵敏度室温太赫兹探测器。在太赫兹波辐射下,HEMT源漏端产生直流光电流,并能被栅压灵敏地调控。探测器中新颖的蝶形天线设计使接收到的太赫兹电场得到显著增强,提高了探测器的响应度。通过测量探测器对不同偏振方向的太赫兹光的响应,有效验证了蝶形天线对太赫兹电场的增强作用。室温下,探测器的等效噪声功率约为5×10-10W/Hz21,平均响应度达42mA/W。实验结果表明,光电流的产生与二维电子气沟道的场效应特性和入射太赫兹波电场在电子沟道中的分布密切相关。自混频理论能很好地描述实验结果。  相似文献   

3.
太赫兹在高速通信、生物医学、无损检测、空间探测和安全防护等众多领域有广阔的应用前景,然而高灵敏室温太赫兹探测器是其亟待解决的难题之一。新兴拓扑材料特殊的光电子学性质为太赫兹探测开辟了新路径。基于第一性原理计算第Ⅱ类狄拉克半金属NiTe2的能带结构及拓扑表面态,采用机械剥离法得到NiTe2纳米片,通过集成电路工艺制备金属-NiTe2-金属场效应晶体管,并测量其太赫兹光电流响应。结果表明,室温下NiTe2响应度可达2.44 A/W,噪声等效功率约为14.96 pW/Hz1/2,在零偏压自驱动下,响应度仍有2.25 A/W,噪声等效功率下降到9.55 pW/Hz1/2,可与同类探测器媲美,且具有较大的线性度范围,在空气中也具有良好的稳定性。该器件良好的性能对进一步促进室温太赫兹探测器实际应用及集成具有重要意义。  相似文献   

4.
基于本征高迁移率、无能隙光谱以及非特征频率吸收的特性,石墨烯在太赫兹频段的调制器和探测器应用被予以厚望。制备了碟形天线耦合的CVD石墨烯场效应晶体管太赫兹探测器,实现了室温的高灵敏太赫兹探测。采用Au膜辅助转移技术屏蔽了有机物对石墨烯的沾污,配合自对准工艺控制了栅源间寄生效应,石墨烯器件场效应迁移率达7000 cm^(2)/(V·s),且在室温下表现出较高的太赫兹探测灵敏度,0.3 THz频率下器件的电压响应率为50 V/W,噪声等效功率为58 pW/Hz0.5。  相似文献   

5.
廉宇轩  冯伟  丁青峰  朱一帆  孙建东  秦华  程凯 《红外与激光工程》2021,50(5):20210202-1-20210202-8
利用天线耦合AlGaN/GaN HEMT太赫兹探测器的自混频和外差混频效应,分别设计并测试了340 GHz频段直接检波式和外差混频式接收机前端。通过接收机信噪比的测量和接收功率的定标,得到了两种接收机的等效噪声功率。直接检波模式下探测器的响应度约为20 mA/W,直接检波模式和外差混频模式下接收机的等效噪声功率分别约为?64.6 dBm/Hz1/2和?114.79 dBm/Hz。在相同的载波功率和接收信号带宽条件下,当本振太赫兹波功率大于?7 dBm时,外差混频接收的信噪比优于直接检波的信噪比。当本振功率大于0 dBm时,外差混频接收机表现出优良的解调特性,其信噪比高出直接检波接收机的信噪比10 dB以上。  相似文献   

6.
基于石墨纳米材料,成功制备金属-石墨-金属结构电磁诱导势阱效应室温太赫兹探测器,实现了高性能的室温太赫兹探测。器件在0.035 THz的响应率达到20 kV/W,在0.1673 THz的响应率达到11 kV/W,器件在0.035 THz的噪声等效功率达到1.25 ,在0.1673 THz的噪声等效功率达到2.27 。我们的研究结果为石墨烯太赫兹探测器提供新的思路。  相似文献   

7.
基于Dyakonov和Shur等离子体波振荡原理设计并流片制备了一种采用65 nm标准CMOS工艺的3.0THz探测器,探测器包括贴片天线、NMOS场效应晶体管、匹配网络及陷波滤波器。探测器在室温条件下可达到526 V/W的响应率(Rv)和73 pW/Hz1/2的噪声等效功率(NEP)。采用该探测器和步进电机搭建了太赫兹扫描成像系统,获得了太赫兹源出射光斑的远场形状,光斑的半高宽(FWHM)为240μm;并对聚甲醛牙签和树叶进行了扫描成像实验,结果表明CMOS太赫兹探测器在成像领域有潜在的应用前景。  相似文献   

8.
设计了一款太赫兹准光探测器, 该探测器主要由砷化镓肖特基二极管芯片以及高阻硅透镜组成.为了减小所设计芯片的欧姆损耗, 将天线图案生长在了半绝缘砷化镓层上.在335~350GHz频率范围内, 准光探测器的实测电压响应率为1360~1650V/W, 双边带变频损耗为10.6~12.5dB.对应估算的等效噪声功率为1.65~2pW/Hz1/2.基于所设计的准光探测器进行了成像实验, 该实验分别在直接检波和外差探测两种模式间进行, 成像结果表明所设计的太赫兹准光探测器能够满足太赫兹成像方面应用.  相似文献   

9.
本文主要论述一种带平板天线,基于GaN/AlGaN高电子迁移率场效应晶体管的室温太赫兹探测器。太赫兹辐射下,由于天线的作用会在栅下感应出平行沟道和垂直沟道的太赫兹电场,由此在源漏产生强烈依赖于栅压的直流光电流。尽管栅极远离源漏两端,平行沟道和垂直沟道的太赫兹电场依然很强。探测器可以用自混频理论很好的描述。在室温下,探测器的响应度和噪声等效功率分别为100 nW/sqrt(Hz)和 3 mA/W。探测器具有很高的响应速度,在5 KHz的调制下,光电流没有衰减。如果缩少栅极和源漏的距离将进一步提高探测灵敏度。  相似文献   

10.
基于超薄钽酸锂晶体材料高响应太赫兹探测器   总被引:1,自引:1,他引:0       下载免费PDF全文
太赫兹(Thz)探测器工作在室温条件下极大地促进了太赫兹科学与技术的应用。超薄(10μm)钽酸锂(LiTaO3)晶片被用作太赫兹探测器敏感元材料。基于钽酸锂晶片太赫兹探测器在2.52 THz激光辐射源照射下, 20Hz斩波频率时响应率可达到8.38×104V/W, 等效噪声功率NEP)可达到1.26×10-10W。这种加工超薄钽酸锂晶片的方法为制备高响应率太赫兹探测器提供了一个可行的方法。  相似文献   

11.
(英)一种基于透镜天线的宽带太赫兹准光检波器   总被引:1,自引:1,他引:0       下载免费PDF全文
设计了一种能够工作在140~325 GHz频带的宽带准光检波器,由一颗高阻硅透镜和单片集成检波芯片组成.设计并加工出双缝天线,在天线馈电端集成了肖特基二极管,该紧凑结构使其能够接收空间中的太赫兹辐射并转换为基带信号.为增强片上天线的方向性,利用MLFMM算法进行了扩展半球硅透镜的设计和优化,实现了良好的辐射特性.通过测试,天线在220 GHz和324 GHz处的辐射增益分别为26 dB和28 dB.在140~325 GHz,检波器测试得到的响应率可达到1 000~4 000 V/W,对应的等效噪声功率(NEP)估算为0.68~273 pW/Hz.  相似文献   

12.
To overcome the large chip area occupation for the traditional terahertz multi-frequency detector by using the antenna elements in a different frequency, a novel structure for a multi-frequency detector is proposed and studied. Based on the ring antenna detector, an embedded multi-ring antenna with multi-port is proposed for the multi-frequency detector. A single-ring and dual-ring detectors are analyzed and designed in 0.18 μ m CMOS. For the single-ring detector, the best responsivity and NEP is 701 V/W and 261 pW/Hz0.5 at the frequency of 290 GHz. For the dual-ring detector, the best responsivity is 367 V/W and 297 V/W, NEP is 578 pW/Hz0.5 and 713pW/Hz0.5, at the frequency of 600 GHz and 806 GHz, respectively. This embedded multi-ring detector has a simple structure which can be expanded easily in a compact size.  相似文献   

13.
A focal-plane array (FPA) for room-temperature detection of 0.65-THz radiation has been fully integrated in a low-cost 0.25$ mu$m CMOS process technology. The circuit architecture is based on the principle of distributed resistive self-mixing and facilitates broadband direct detection well beyond the cutoff frequency of the technology. The 3 $,times,$5 pixel array consists of differential on-chip patch antennas, NMOS direct detectors, and integrated 43-dB voltage amplifiers. At 0.65 THz the FPA achieves a responsivity $(R_v)$ of 80 kV/W and a noise equivalent power (NEP) of 300 pW/ $sqrt{hbox{Hz}}$. Active multi-pixel imaging of postal envelopes demonstrates the FPAs potential for future cost-effective terahertz imaging solutions.   相似文献   

14.
传统太赫兹探测器仅能获取信号幅值信息,为此提出一种正交外差混频结构,可同时获得信号的幅值、相位和极化信息,有效提升探测器的灵敏度和信息量。该探测器基于40 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,在传统吉尔伯特双平衡混频结构的开关级与跨导级之间串联电感,输出级联cascode中频放大器,进一步提高探测器响应电压。经过仿真优化,该探测器在 -50 dBm射频功率,0 dBm本振功率条件下,1 GHz中频信号的电压响应度为1 100 kV/W,噪声等效功率为26.8 fW/Hz1/2,输出波形显示了良好的正交性。同时,设计了一个1∶8层叠式功分器用于分配本振功率,在150 GHz频率处,该功分器的插入损耗约为5 dB,四路差分输出信号的幅值差为0.8~1.2 dB,相位差为0.4°~1.7°。  相似文献   

15.
采用分子束外延技术制备了InP基HEMT样片,室温下样片迁移率达10 289 cm2/(Vs)。通过光刻、腐蚀、磁控溅射、点焊等工艺技术制备出了蝶形天线耦合的太赫兹探测器件。器件采用的蝶形天线经HFSS软件仿真优化后,天线S11参数为-40 dB,电压驻波比(VSWR)为1.15,增益可达6 dB,并与二维电子气沟道实现阻抗匹配。在VDI公司0.3 THz肖特基二极管太赫兹源辐照下进行器件测试,测试结果表明,室温下器件噪声等效功率(NEP)为40 nW/Hz1/2,探测响应度46 V/W,器件响应时间优于330 s。  相似文献   

16.
刘一霆  丁青峰  冯伟  朱一帆  秦华  孙建东  程凯 《红外与激光工程》2023,52(1):20220278-1-20220278-8
矢量测量是表征太赫兹波段天线与准光系统波束特性的主流技术。该文介绍了一种基于AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(High-electron-mobility transistor, HEMT)混频探测器的太赫兹矢量测量系统。该系统核心器件为以准光-波导为耦合方式的高灵敏度太赫兹混频探测器,在340 GHz频率外差模式下,其噪声等效功率达-113 dBm/Hz。为了抑制系统相位噪声,搭建了基于二次下变频原理的硬件电路。通过对固定位置天线的长时间测量,表明系统相位稳定度优于4°,系统最小可测功率达到119 nW。基于相干AlGaN/GaN HEMT混频探测器实现了太赫兹连续波幅度和相位分布测量,该工作为后续阵列化太赫兹矢量测量提供了基础。  相似文献   

17.
This paper presents a high-gain, noise-efficient readout interface for a FET-based direct THz detector fabricated in 0.15 μm standard CMOS technology. The pixel, conceived to be used in array configuration for an imaging application, consists of an on-chip antenna, a FET device for THz signal detection and a chopper-stabilized readout interface performing in-pixel filtering and amplification. The switched-capacitor multistage design achieves a closed-loop gain of 70 dB and a system bandwidth of 1 kHz, thereby improving the SNR and limiting the total integrated input referred noise of the channel to less than the minimum detectable signal limit defined by the FET detector. The measurement results show that the pixel is able to achieve a maximum voltage responsivity of 470 kV/W and a minimum NEP value of 480 pW/√Hz at the antenna frequency of 370 GHz. The pixel consumes 200 μW power, and it occupies an area of 0.375mm2.  相似文献   

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