一种四叉树结构阵列的场效应晶体管太赫兹探测器芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种四叉树结构阵列的场效应晶体管太赫兹探测器芯片，包括芯片基底和场效应晶体管太赫兹探测器阵列；场效应晶体管太赫兹探测器阵列采用半导体工艺制备在芯片基底表面，并且在芯片基底上以四叉树结构阵列进行排布；场效应晶体管太赫兹探测器由场效应晶体管和太赫兹天线组成，越靠近场效应晶体管太赫兹探测器阵列中心位置的太赫兹天线特征尺寸越小，中心频率越高；本发明专利技术将不同太赫兹频段的场效应晶体管太赫兹探测器集成在一个芯片上，能够实现宽频谱太赫兹波的探测，解决目前场效应晶体管太赫兹探测器探测频谱窄的问题，并且四叉树结构的阵列排布方式可以有效减小芯片的面积，从而降低芯片成本。从而降低芯片成本。从而降低芯片成本。

【技术实现步骤摘要】
一种四叉树结构阵列的场效应晶体管太赫兹探测器芯片


[0001]本专利技术属于太赫兹探测
，特别涉及一种四叉树结构阵列的场效应晶体管太赫兹探测器芯片。

技术介绍

[0002]太赫兹波是一种频率介于0.1
‑
10THz，波长在30μm
‑
3mm之间的电磁波，在电磁波谱中处于毫米波与红外光波段之间。太赫兹波介于光学与电子学的交叉区域，兼具可见光与微波的特点，如高透射性、低能量性、空间分辨率高、承载信息量大等特点。这些特殊的性质使其在材料的无损检测、无损成像、生物大分子指纹识别、超快速无线通信、宇宙空间探测等领域有着广泛应用，近年来受到了国内外研究人员的普遍关注。而太赫兹技术能够投入实际应用离不开对太赫兹波的高灵敏探测。场效应晶体管太赫兹探测器作为一种等离子体类型的太赫兹探测器，有着非常高的灵敏度和超快的响应速度，抗干扰能力强，基本不受环境中的热源影响。且制备工艺成熟，特征尺寸在微纳米级别，可以实现阵列化制备。但目前已报道的基于平面天线的场效应晶体管太赫兹探测器普遍探测频宽较窄，不适用于宽频谱太赫兹探测的应用场合。四叉树结构实际上是栅格数据结构的一种压缩数据的编码方法；将空间区域按照四个象限递归分割n次，每次分割形成n个子象限，将该结构应用于量的研究，应用前景广阔。
[0003]专利申请CN105679778B公开了一种太赫兹探测器芯片，有第一MOS探测管和第二MOS探测管，通过对第一MOS探测管和第二MOS探测管接收到的信号进行整流后输出的直流信号进行放大的低噪声放大器，第一MOS探测管和第二MOS探测管的漏极共同连接低噪声放大器的输入端，第一MOS探测管和第二MOS探测管的源极共同接地，第一MOS探测管的栅极通过第一阻抗匹配器连接第一片状天线，第二MOS探测管的栅极通过第二阻抗匹配器连接第二片状天线。该专利技术虽然一定程度上达到了天线、探测管和放大器的集成,将探测器的小型化，仍存在探测频宽较窄，宽频谱太赫兹探测的应用受限。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提出了一种四叉树结构阵列的场效应晶体管太赫兹探测器芯片，通过以四叉树结构阵列布置场效应晶体管太赫兹探测器，能够覆盖宽频谱和节约芯片面积，进而提高场效应晶体管太赫兹探测器的频率探测范围。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种四叉树结构阵列的场效应晶体管太赫兹探测器芯片，包括芯片基底1和芯片基底1上的场效应晶体管太赫兹探测器2；所述场效应晶体管太赫兹探测器2以四叉树结构在芯片基底1上阵列进行排布。
[0007]所述场效应晶体管太赫兹探测器2包括场效应晶体管8，场效应晶体管8包括栅极9、源极10和漏极11，场效应晶体管8通过栅极9与太赫兹天线7相连接，场效应晶体管8工作
中给栅极9施加偏压使栅极9下方形成有导电沟道，太赫兹天线7接收外部太赫兹源发出的太赫兹辐射并将感生出的电信号传输到场效应晶体管8的栅极9，再由栅极9耦合到导电沟道中，与导电沟道中的等离激元混频，在源极10和漏极11产生电信号。
[0008]所述四叉树结构是将芯片基底1表面划分成若干正方形子区域，每靠近中心一层的大小相同的子区域面积是靠外一层大小相同的子区域面积的四分之一，且每个子区域中包括一个场效应晶体管太赫兹探测器2，从而形成场效应晶体管太赫兹探测器2阵列。
[0009]所述芯片基底1材料选用硅、碳化硅或蓝宝石为场效应晶体管太赫兹探测器2提供支撑。
[0010]所述场效应晶体管8包括金属氧化物场效应晶体管、高电子迁移率晶体管或石墨烯场效应晶体管。
[0011]所述太赫兹天线8包括贴片天线、蝶形天线、对数周期天线或螺旋型天线平板类型天线。
[0012]本专利技术的有益效果在于：
[0013]将不同太赫兹频段的太赫兹探测器集成在一个芯片上，能够覆盖宽频谱，解决目前场效应晶体管太赫兹探测器探测频谱窄的问题。
[0014]四叉树结构阵列的排布方式，每靠近中心一层的子区域中太赫兹天线的中心频率增加一倍，特征尺寸减小1/2，从而实现了宽频率太赫兹波的探测，并且场效应晶体管太赫兹探测器阵列在芯片基底上的空间分配合理，能够有效减小芯片基底的面积，从而节约了成本。
附图说明
[0015]图1为本专利技术四叉树结构阵列的太赫兹探测器芯片的整体结构示意图。
[0016]图2为四叉树结构阵列的排布方式示意图。
[0017]图3为场效应晶体管太赫兹探测器结构示意图。
[0018]图4为场效应晶体管太赫兹探测器检测系统示意图。
[0019]图中：1
‑
芯片基底，2
‑
场效应晶体管太赫兹探测器，3
‑
四叉树结构一级子区域，4
‑
四叉树结构二级子区域4，5
‑
四叉树结构三级子区域，6
‑
四叉树结构四级子区域，7
‑
太赫兹天线，8
‑
场效应晶体管，9
‑
栅极，10
‑
源极，11
‑
漏极，12
‑
太赫兹波，13
‑
太赫兹源，14
‑
太赫兹透镜，15
‑
太赫兹探测器芯片，16
‑
印制电路板，17
‑
锁相放大器。
具体实施方式
[0020]以下结合实施例并参照附图，对本专利技术作进一步阐述。
[0021]如图1所示，一种四叉树结构阵列的场效应晶体管太赫兹探测器芯片，包括芯片基底1和芯片基底1上的场效应晶体管太赫兹探测器2；芯片基底1为硅、碳化硅或蓝宝石等能够为场效应晶体管太赫兹探测器2提供支撑作用的材料。场效应晶体管太赫兹探测器2通过半导体加工工艺制备在芯片基底上，形成如图1所示的四叉树结构阵列的场效应晶体管太赫兹探测器芯片。
[0022]如图2所示，场效应晶体管太赫兹探测器2的阵列以四叉树结构的方式在芯片基底1上进行排布。所述四叉树结构是将芯片基底1表面划分成若干正方形区域单元，每靠近中
心一层的区域面积是靠外一层区域面积的四分之一。其中四叉树结构二级子区域4的面积是四叉树结构一级子区域3的面积的四分之一，四叉树结构三级子区域5是四叉树结构二级子区域4的面积的四分之一，四叉树结构四级子区域6是四叉树结构三级子区域5的面积的四分之一。每个单元区域内包括一个场效应晶体管太赫兹探测器，从而形成场效应晶体管太赫兹探测器2阵列结构。所述场效应晶体管太赫兹探测器2包括场效应晶体管7和太赫兹天线8。如图3所示，所述场效应晶体管包括栅极9、源极10和漏极11。太赫兹天线7用于接收太赫兹辐射并将感生出的电信号传输到场效应晶体管8的栅极9，再由栅极9耦合到场效应晶体管太赫兹探测器2的导电沟道中与导电沟道中的等离激元混频，在源极1010和漏极11产生电信号。
[0023]如图4的场效应晶体管太赫兹探测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四叉树结构阵列的场效应晶体管太赫兹探测器芯片，包括芯片基底(1)和芯片基底(1)上的场效应晶体管太赫兹探测器(2)；其特征在于：所述场效应晶体管太赫兹探测器(2)以四叉树结构在芯片基底(1)上阵列进行排布。2.根据权利要求1所述的一种四叉树结构阵列的场效应晶体管太赫兹探测器芯片，其特征在于：所述场效应晶体管太赫兹探测器(2)包括场效应晶体管(8)，场效应晶体管(8)包括栅极(9)、源极(10)和漏极(11)，场效应晶体管(8)通过栅极(9)与太赫兹天线(7)相连接，场效应晶体管(8)工作中给栅极(9)施加偏压使栅极(9)下方形成有导电沟道，太赫兹天线(7)接收外部太赫兹源发出的太赫兹辐射并将感生出的电信号传输到场效应晶体管8的栅极(9)，再由栅极(9)耦合到导电沟道中，与导电沟道中的等离激元混频，在源极(10)和漏极(11)产生电信号。3.根据权利要求1所述的一种四叉树结构阵列的场效...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆之，林启敬，景蔚萱，王杨涛，王泽林，赵娜，姚坤，张福政，蒋庄德，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：