基于石墨烯探测器的积分电路设计

发布时间：2021-12-31 21:41

　　为了解决石墨烯探测器光电探测的难题,针对石墨烯探测器受光照像元电阻发生变化的特点,设计了基于石墨烯探测器的新型积分电路结构。该积分电路结构主要包含前端偏置电路、运算放大器以及开关和反馈电容等部分,电路主要利用暗像元电阻不随光照变化,而感光像元电阻会随光照强度变化而变化的特点,将光照条件下暗像元支路的电流与感光像元支路电流的差作为光响应电流,并采用CTIA积分电路进行电流积分,将光响应电流转换为积分电压输出,进而实现石墨烯探测器对光响应信号的探测和输出。文中对相关的主要电路设计进行了分析,并基于Cadence ADE仿真环境完成了电路仿真。经仿真分析,基于文中的积分电路,可以将不同光照条件下石墨烯探测器的光响应转换为对应的积分电压输出。可见,所设计的积分电路能够满足石墨烯探测器对光响应探测的需求,对石墨烯材料进入光电探测器领域具有重要意义。 

【文章来源】：半导体光电. 2020,41(01)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

石墨烯量子点复合单元及阵列结构示意图

从信号注入的方式上，可将非致冷红外探测器前端偏置电路的结构分为几类：源跟随器结构（SFD）、直接注入结构（DI）、缓冲直接注入结构（BDI）、电容反馈跨导放大结构（CTIA）和电阻反馈跨导放大结构（RTIA)[3]，如图2所示。电路结构性能对比见表1[4]。通过对以上积分电路结构的比较和分析[5]可知，CTIA结构的性能最好，这种结构也是目前红外探测器读出电路最常用的结构。另外，结合石墨烯探测器的特点，CTIA结构也能够满足其输出信号需要较好线性度的要求。

本文所采用CTIA型积分电路结构如图3所示，主要由前端偏置电路、运算放大器、复位开关和反馈电容构成[6]。从图3所示原理图可以看出，探测器正常工作需要三个偏置电压：Veb,Vdet和Vref，经分析可知，输出电压Vout与这三个偏压的关系可以用式（1）表示：

【参考文献】：
期刊论文
[1]低噪声非制冷红外焦平面阵列驱动电路的设计[J]. 张沛,祝红彬,吕坚,蒋亚东.  红外与激光工程. 2010(05)
[2]国外非制冷红外焦平面阵列探测器进展[J]. 雷亚贵,王戎瑞,陈苗海.  激光与红外. 2007(09)

硕士论文
[1]非制冷红外探测器及其读出电路的研究[D]. 薛惠琼.长春理工大学 2009
[2]一种10位，200MSample/s模数转换器的设计[D]. 林佳明.上海交通大学 2008



本文编号：3561030