[发明专利]一种组合式太赫兹阵列探测器

说明书

本发明公开了一种组合式太赫兹阵列探测器。所述阵列探测器包括N个太赫兹探测器；所述太赫兹探测器包括辐射太赫兹的天线单元、天线单元的同轴馈电结构、用于检波的场效应晶体管、行开关、列开关和静电保护电路。所述天线单元、行开关、列开关和场效应探测单元平行同向放置并组成M×M的天线阵列；天线单元包括开槽主辐射贴片和双层慢波结构；探测器中加入了静电保护电路，有效提高了芯片的良品率，本发明用更小面积的天线阵列在硅基上实现了高响应度，并支持不同尺寸的天线单元工作在相同的谐振点上，且可以通过调控天线阵列的面积来调控系统性能，同时可通过开关阵列调节探测系统的分辨率。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，提供一种组合式太赫兹阵列探测器，更具体的涉及一种基于天线阵列与场效应晶体管协同设计的组合式太赫兹阵列探测器。

背景技术

太赫兹波一般指频段在0.1THz-10THz的电磁波，其波长在30μm-3mm，其具有强相干性、宽带、强穿透性等特点，这些特点使其在未来的通信、遥感、检测、成像、探伤等技术领域上具备较大的应用价值。

在上述技术领域中，太赫兹探测器是必不可少的器件。但现有的太赫兹探测器存在灵敏度低、价格昂贵、工艺复杂、工作条件复杂、工作频率较低等问题，因此研制一款灵敏度高、价格低廉、工艺简单、工作条件简便、工作频率较高的太赫兹探测器具备较重要的价值。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种组合式太赫兹阵列探测器，使用更小面积的天线阵列在硅基上实现高响应度，并使探测器支持不同尺寸的天线单元工作在相同谐振点上，且可以通过调控天线阵列面积来调控系统性能。探测器中加入了静电保护电路，有效提高了芯片良品率，并且可以通过行列开关的调控，使探测系统拥有低响应度多像素点和高响应度单像素点的两种输出模式。

技术方案：为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供的一种组合式太赫兹阵列探测器通过如下技术方案实现：

该阵列探测器包括N个太赫兹探测器；所述太赫兹探测器包括辐射电磁波的天线单元、天线的馈电结构、用于检波的场效应晶体管、静电保护电路、均由CMOS传输门组成的行开关和列开关；所述天线单元、行开关、列开关和场效应晶体管组成探测单元，平行同向放置并组成M×M的天线阵列；天线单元通过一金属柱作为馈电结构将天线单元与有源电路的场效应晶体管连接起来，N个场效应管晶体管的源极分别连接M×M阵列中不同的天线单元，N个场效应管晶体管的栅极通过静电保护电路一起连接偏置电源，N个场效应管晶体管的漏极分别通过行开关和列开关输出电压信号。

所述组合式太赫兹阵列探测器为阵列型组合式探测器，通过底部馈电的方式和天线阵列连接，不需要外加微带线进行匹配。

所述组合式探测器使用了N个微带贴片的天线单元，所述天线单元具有相同或不同的物理尺寸，同向并排平行放置，边长为0.65-0.85个自由空间波长，从上到下包括顶层介质层、顶层金属层、慢波结构层、中间介质层和底层金属地。

所述天线单元包括开槽主辐射贴片和双层慢波结构，所述慢波结构为交趾型结构，由上下两层金属栅条组成，栅条宽度为0.005-0.008个自由空间波长，栅条长度为0.009-0.016个自由波长。

所述馈电结构采用金属柱。

所述天线单元尺寸不相同，通过调整慢波结构的尺寸，使不同尺寸的天线单元均工作在相同的谐振点上。

所述天线阵列的性能通过调控天线单元的尺寸来调控，从而调控探测器的性能。

所述场效应晶体管为金属–氧化物–半导体场效应晶体管MOSFET。