[发明专利]N×M基于DRA的NMOSFET太赫兹阵列探测器和天线设计方法

权利要求书

1.一种N×M基于DRA的NMOSFET太赫兹阵列探测器，其特征在于，包括N×M太赫兹探测器阵列，N×M太赫兹探测器阵列与第一隔直电容一端相连，第一隔直电容另一端与第二偏置电阻一端相连，第二偏置电阻另一端与第二偏置电压相连，第二偏置电阻还与低噪声前置放大器的正极相连，第一电阻两端分别与低噪声前置放大器的负极以及输出极相连，第一电阻的一端还与第二电阻一端相连，第二电阻另一端与第二隔直电容一端相连，第二隔直电容另一端接地，第一电阻的另一端与第三隔直电容一端相连，第三隔直电容另一端接地，其中所述N×M太赫兹探测器阵列包括有N×M个探测器单元，每个探测器单元同时与第三偏置电阻相连，第三偏置电阻与第三偏置电压相连，其中所述N×M太赫兹探测器阵列通过行的选控制开关和列的选控制开关实现控制。

2.如权利要求1所述的太赫兹阵列探测器，其特征在于，所述探测器单元包括基于DRA的NMOSFET太赫兹探测器和与之相连的NMOSFET，基于DRA的NMOSFET太赫兹探测器具体包括依次相连的片上太赫兹DRA介质谐振天线、匹配网络MN、第一NMOSFET，第一NMOSFET还同时与第一偏置电阻以及开路的四分之一波长的第三微带传输线相连，第一偏置电阻还与第一偏置电压相连，NMOSFET则与SEL端口以及Vout端口相连。

3.如权利要求2所述的太赫兹阵列探测器，其特征在于，所述匹配网络MN由第一微带传输线和第二微带传输线构成，第一微带传输线左端与所述介质谐振天线相连，第一微带传输线另一端与所述第一NMOSFET的晶体管源极M1相连，第一微带传输线还与第二微带传输线一端相连，第二微带传输线另一端接地。

4.如权利要求3所述的太赫兹阵列探测器，其特征在于，所述介质谐振天线包括有片上H形缝隙结构和通过绝缘胶层设置在片上H形缝隙结构上的矩形介质谐振块，片上H形缝隙结构形成在集成工艺顶层金属上。

5.如权利要求4所述的太赫兹阵列探测器，其特征在于，所述片上H形缝隙结构位于采用集成工艺中除集成工艺顶层金属和集成工艺底层金属以外的中间层金属及金属过孔堆叠形成的金属腔中，片上H形缝隙结构包括有两条平行形成的左垂直缝隙和右垂直缝隙，左垂直缝隙和右垂直缝隙相对应侧分别形成有一个倒L型的左侧缝隙和右侧缝隙，倒L型的左侧缝隙和右侧缝隙中的水平部分连接在所对应的左垂直缝隙和右垂直缝隙中部，倒L型的左侧缝隙和右侧缝隙中的垂直部分相互平行构成天线与外部结构相连的两条引出缝隙。

6.如权利要求5所述的太赫兹阵列探测器，其特征在于，所述片上H形缝隙结构选用硅基工艺设计加工，所述绝缘胶层将所述矩形介质谐振块固定于片上激励结构，矩形介质谐振块选用相对介电常数绝缘材料加工成特定尺寸并以耦合并向空间辐射电磁场。

7.如权利要求6所述的太赫兹阵列探测器，其特征在于，矩形介质谐振模选为TE_δ,1,3模，介质谐振天线设计的中心频率为300GHz，选用相对介电常数为9.65的氧化镁作为矩形介质谐振块的材料，选用0.18mGeSiBiCMOS工艺参数设计片上结构。

8.一种关于如权利要求6所述N×M基于DRA的NMOSFET太赫兹探测器的介质谐振片上太赫兹天线设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：矩形介质谐振块设计，谐振模式为在TE_δ,1,3模式下，所述矩形介质谐振块其尺寸可通过求解超越方程(1)计算求解：

上述公式(2)为公式(1)参数解释说明，其中c为光速，f_mn为此模式下矩形介质谐振块的工作频率，通过矩形介质谐振块谐振模选用高阶谐振模式TE_δ,1,3模，然后通过数学软件Matlab编程求解超越方程(1)，得到矩形介质谐振块尺寸；

步骤S2：片上激励结构设计，设计过程中选用顶层金属Metal6设计缝隙结构，同时选用底层金属Metal1作为金属地板以抑制电磁波向高损耗的硅基衬底传播，将中间金属层及金属过孔堆叠形成金属屏蔽腔围于H形缝隙结构周围以抑制电磁泄露和减小损耗，最终确定H形缝隙结构各尺寸参数；

步骤S3：薄绝缘胶的选取，绝缘胶选用相对介电常数热稳定性绝缘胶，用于将矩形介质谐振块和片上H形缝隙结构结合；

步骤S4：利用高频结构仿真分析软件仿真片上太赫兹DRA。