CMOS太赫兹探测器的优化设计研究

发布时间：2017-05-12 05:00

  本文关键词：CMOS太赫兹探测器的优化设计研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：太赫兹技术被认为是改变未来世界的十大技术之一,在医学成像、安全检查、宽带通信、雷达等领域有着重要应用前景。利用集成电路制造技术,开发低成本的CMOS太赫兹探测器件是未来实现太赫兹技术实用化的重要途径。本文结合目前的研究现状,从晶体管传感器结构出发,分析了影响晶体管太赫兹响应的关键参数,设计了两种新型的CMOS结构用于太赫兹传感；在设计基础上,利用0.18μm集成电路工艺制造了带电学天线的CMOS探测器,研究了其探测性能,在不增加工艺成本的条件下,获得了高响应(Rv)和低噪声等效功率(NEP)的CMOS太赫兹探测器,为进一步实现高响应的片上太赫兹探测器开辟了新的方法。本论文的主要成果包括两个方面：1.利用TCAD仿真设计了非自对准和环栅两种优化CMOS结构,进一步利用0.18gm集成电路工艺集成了基于两种优化结构的CMOS太赫兹探测器。实验结果表明：使用两种新型CMOS结构均显著提高探测器对太赫兹信号的响应。与自对准FET结构相比,非自对准FET结构探测器的Rv提高了156%,NEP降低了69%；而环栅CMOS结构探测器的Rv提高了100%,NEP降低了42%。2.设计了折叠式共源共栅低噪声放大器,带宽为17kHz,开环增益为69.8dB,相位裕度为60度；进一步设计了LDO电流驱动电路,该电路可以由外部编程电阻控制驱动电流大小,最大可为CMOS探测器提供10μA的驱动电流。
【关键词】：太赫兹 MOSFET 探测器 非自对准 环栅 放大器 驱动电流
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN432
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 太赫兹技术及应用9-11
• 1.2 太赫兹探测器11-12
• 1.3 CMOS太赫兹探测器研究进展12-13
• 1.4 本文主要内容13-14
• 参考文献14-16
• 第二章 CMOS太赫兹探测器16-36
• 2.1 CMOS太赫兹探测器工作原理16-23
• 2.1.1 准静态分析16-20
• 2.1.2 非准静态分析20-23
• 2.2 CMOS尺寸对传感器性能的影响23-27
• 2.2.1 CMOS栅长对电压响应的影响23-26
• 2.2.2 CMOS栅宽对电压响应的影响26-27
• 2.3 带电波天线的CMOS探测器27-34
• 2.3.1 电波天线27-29
• 2.3.2 CMOS传感器的输入阻抗29-33
• 2.3.3 CMOS太赫兹探测器设计33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 参考文献35-36
• 第三章 CMOS太赫兹传感器结构的优化36-57
• 3.1 源极寄生电容分析36-40
• 3.1.1 MOSFET器件结构及电容模型36-38
• 3.1.2 源极寄生电容对MOSFET传感器性能的的影响38-40
• 3.2 非自对准MOSFET结构设计及验证40-48
• 3.2.1 非自对准结构设计40-43
• 3.2.2 非自对准结构的工艺制备及版图43-45
• 3.2.3 非自对准MOSFET探测器性能表征和讨论45-48
• 3.3 环栅MOSFET结构的设计及验证48-55
• 3.3.1 环栅MOSFET结构设计49-50
• 3.3.2 环栅MOSFET结构的3D-TCAD模拟50-52
• 3.3.3 环栅MOSFET探测器性能表征和讨论52-55
• 3.4 本章小结55-56
• 参考文献56-57
• 第四章 片上太赫兹探测器的电路设计57-73
• 4.1 前置放大器设计57-65
• 4.1.1 放大器设计指标57-58
• 4.1.2 运算放大器基本结构58-60
• 4.1.3 折叠式共源共栅放大器设计60-63
• 4.1.4 放大器的仿真与版图设计63-64
• 4.1.5 与套筒式共源共栅放大器比较64-65
• 4.2 片上LDO驱动电路设计65-71
• 4.2.1 漏端驱动电流对探测器响应的影响65-68
• 4.2.2 LDO结构驱动电路设计68-69
• 4.2.3 驱动电路仿真结果和讨论69-71
• 4.3 本章小结71-72
• 参考文献72-73
• 第五章 总结与展望73-74
• 5.1 总结73
• 5.2 展望73-74
• 硕士期间成果74-75
• 致谢75-76

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