[发明专利]一种基于CMOS工艺的金属天线耦合太赫兹波热探测器结构

说明书

本发明公开一种基于CMOS工艺的金属天线耦合太赫兹波热探测器结构，采用基于CMOS工艺下的天线耦合的太赫兹热探测器结构，采用接受率较高的天线阵列接收太赫兹波，可以实现对入射波的频率选择性，并且有助于提升探测器的响应率，采用天线后接匹配的多晶硅电阻，将天线接受到电磁能量尽最大可能的转化为热能，从而帮助提升探测器的响应率。采用红外领域常用的源漏短接的NMOS管温度传感器，占用面积小，容易制造，成本较低。

技术领域

本发明属于半导体探测领域，更具体的说，属于基于CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor)工艺的太赫兹波(波段为0.3THz～30THz的电磁波)热探测领域。

背景技术

太赫兹(Terahertz，THz)波是指一种处于毫米波段与红外波段之间电磁波，太赫兹频段被定义在0.3THz到30THz之间，属于电子学和光学的交界区域。由于太赫兹波处于电磁波谱的特殊位置，具有量子能量低，对人类伤害小，穿透能力强，接近于众多星体的辐射峰值波长等优越的特性，使得太赫兹成像技术在安全监测，星体探测等领域越来越受到重视。而太赫兹探测作为太赫兹成像技术的关键技术之一，在研究领域热度也不断提升。目前，主要有两大类主流太赫兹探测器：一类是基于CMOS工艺的场效应管自混频探测器，这种探测器目前发展相对成熟，但覆盖频段为太赫兹的低频段。另一类是热探测器，可探测较高的太赫兹波段，但是基于测辐射热计的半导体热探测方法，需要特殊超导材料，成本较高；应用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)工艺制成的热探测器，工艺复杂成本高，无法大量生产；基于COMS标准工艺的仿红外的热探测方法，响应率还有待提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于CMOS工艺的天线耦合太赫兹波热探测器结构，在标准CMOS工艺下，结合微波探测中天线吸收原理与红外探测中温度传感原理，采用“金属天线-电阻-温度传感”结构，通过天线和电阻将吸收的电磁能量转化为热量，再通过温度传感器探测热量，将热量转化为电信号输出，从而达到探测太赫兹波的目的，降低太赫兹探测器的成本，覆盖较高的太赫兹频率，提高探测器响应率。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种基于CMOS工艺的天线耦合太赫兹波热探测器结构，CMOS工艺中的顶层金属作为接收太赫兹波的天线，多晶硅电阻通过通孔与顶层金属相连，温度传感器放置在多晶硅电阻的一侧，选择多晶硅电阻最热的点的一侧；温度传感器为栅漏短接的MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)管温度传感器。

在本发明技术方案中，采用基于CMOS工艺下的天线耦合的太赫兹热探测器结构，有以下几点益处：1)基于CMOS标准工艺，该工艺目前使用广泛，容易制造，成本较低，且在该工艺下制成的探测器，最终可以制成探测器阵列，后接读出电路，数模转换器，数字图像处理模块，制成太赫兹图像传感器。最终实现太赫兹成像传感器的小型化和集成化。2)采用接受率较高的天线阵列接收太赫兹波，可以实现对入射波的频率选择性，并且有助于提升探测器的响应率。3)采用天线后接匹配的多晶硅电阻，将天线接受到电磁能量尽最大可能的转化为热能，从而帮助提升探测器的响应率。4)最后采用红外领域常用的源漏短接的NMOS管温度传感器，占用面积小，可有效缩小整体体积。

附图说明

图1是本发明中“金属天线-电阻-温度传感”探测器原理示意图。

图2是本发明中探测器简易工艺示意图。

图3是本发明中太赫兹波热探测器结构中NMOS源漏短接示意图。

图4是本发明中天线S参数仿真图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。