太赫兹单光子探测器

太赫兹波探测技术在天文、国防、安检以及生物等领域发挥着越来越重要的作用.随着技术的发展,太赫兹探测器的灵敏度在不断提高,目前已经发展到单光子探测水平.在太赫兹频段,由于光子能量低,传输损耗较大,太赫兹单光子探测器的研制开发面临极大的技术挑战.本文首先介绍了太赫兹单光子探测器的基本原理、主要指标和测试系统并提出了实现太赫兹单光子探测的基本要求.然后,介绍了几种常见的太赫兹单光子探测器,包括半导体量子点探测器、量子阱探测器以及超导量子电容探测器,并对这些器件的发展历史、工作原理和性能指标进行了概述.半导体量子点探测器以及量子阱探测器可以实现10-21W/Hz1/2量级的噪声等效功率,并且具有很大的电流响应以及动态范围,但是其量子效率较低.超导量子电容探测器目前已实现1.5 THz的单光子探测,其噪声等效功率优于10~(-20)W/Hz~(1/2)并且探测效率可达90%.此外,纳米测热辐射计等太赫兹探测器也展现了太赫兹单光子探测的前景,本文对其工作原理和发展现状进行了介绍.结合目前国际上的重大研究项目以及报道的应用实例分析了太赫兹单光子探测器在太赫兹成像、天文观测、量子信息等领域的应用前景,阐述了太赫兹单光子探测器在这些应用中的优势.最后,对太赫兹单光子探测器的性能指标进行了总结并对未来的发展趋势进行了展望.     

太赫兹快速成像技术研究进展

太赫兹(terahertz,THz)成像技术有广泛的应用前景,但受现有太赫兹辐射源限制,传统太赫兹成像技术采用点扫描探测方式,导致图像采集时间过长,限制了该技术的进一步发展和应用.为了提高太赫兹成像速度,近几年提出了许多技术方案.简要介绍了传统的点扫描太赫兹成像技术,分析了影响太赫兹成像速度的原因,综述了包括快速扫描成像、太赫兹单像素成像、太赫兹波电光调制二维成像、二维太赫兹波探测器阵列(太赫兹相机)直接成像等太赫兹成像技术及其优缺点.     

太赫兹快速成像技术研究进展

太赫兹（terahertz,THz）成像技术有广泛的应用前景,但受现有太赫兹辐射源限制,传统太赫兹成像技术采用点扫描探测方式,导致图像采集时间过长,限制了该技术的进一步发展和应用。为了提高太赫兹成像速度,近几年提出了许多技术方案。简要介绍了传统的点扫描太赫兹成像技术,分析了影响太赫兹成像速度的原因,综述了包括快速扫描成像、太赫兹单像素成像、太赫兹波电光调制二维成像、二维太赫兹波探测器阵列（太赫兹相机）直接成像等太赫兹成像技术及其优缺点。     

太赫兹时域光谱技术

介绍了太赫兹时域光谱技术的优势,太赫兹时域光谱系统及太赫兹时域光谱技术的原理和应用.     

2020年太赫兹科学与技术热点回眸

 2020年太赫兹科学与技术在辐射源、探测器、5G/6G通信、医疗、农业、安检与军事等领域取得了一系列突破性发展,为太赫兹的工程应用和产业化起到了积极的推动作用。对2020年太赫兹科学与技术关键热点,包括6G通信、太赫兹医疗、太赫兹军事应用等进行了概述,并展望了其未来发展。     

非常规油气资源太赫兹技术表征与评价

太赫兹技术在石油领域展现出重要的应用价值,尤其是针对油气储层潜能的表征与评价,已在岩石矿物演化、地壳构造、孔隙结构、岩性、应力、各向异性、吸附动力学等方面取得了重要进展.非常规油气资源储层富含纳米尺寸的分子和结构单元,目前,太赫兹技术在纳米尺度晶体管成像、粒子存在性探测、移动载流子分布等领域的突破,为非常规油气资源的太赫兹波谱表征奠定了基础.本文详细介绍了油气储层潜能太赫兹技术表征与评价的研究进展,总结了近几年太赫兹波谱在微纳结构表征方面的技术突破,最后提出了未来太赫兹技术在非常规油气资源领域的发展方向和面临的主要挑战.     

高功率太赫兹基波压控振荡器设计

基于55 nm CMOS工艺提出了一款具有高输出功率的太赫兹基波压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator,VCO).设计采用堆叠结构来克服单个晶体管供电电压受限导致输出摆幅较低的问题来有效提高了输出功率.依据单边化技术在核心晶体管的栅漏之间嵌入自馈线来调整栅漏之间的相移和增益以最大化晶体管在期望频率下的可用增益,从而提高晶体管的功率输出潜力.提取版图寄生后的仿真结果表明:在2.4 V供电电压下,VCO的输出频率范围为200.5 GHz～204.4 GHz,电路峰值输出功率为3.25 dBm,在1 MHz的频偏处最优相位噪声为-98.7 dBc/Hz,最大效率为8.1％.包括焊盘在内的版图面积仅为0.18 mm2.此次工作实现了高输出功率并具有紧凑的面积,为高功率太赫兹频率基波VCO设计提供了一种设计思路.     

基于超表面的宽带太赫兹热释电探测器设计

为了解决传统太赫兹（THz）探测器吸收效率低,频率范围小的问题,提出将双层超表面吸收阵列结构与钽酸锂热释电探测器相贴合,构成宽带太赫兹超表面热释电探测器。采用MATLAB和CST联合仿真的优化方法对超表面结构进行按需优化;使用ANSYS对热释电探测器进行仿真分析,得到敏感层、绝热层等特征参数对太赫兹热释电探测器的温度变化率以及响应电流的影响。结果表明,采用超表面阵列结构提高了全THz波段的探测性能,凳型热释电探测器在给定条件下的平均热释电电流输出为31.52 pA。使用超表面作为吸收结构可以使热释电探测器具有连续且高效的吸波特性,为宽带太赫兹探测器的设计提供参考。     

太赫兹技术与在太赫兹波段的超光速研究

首先综述了太赫兹电磁辐射的性质和特点、太赫兹电磁辐射的产生和探测、以及太赫兹技术的应用.文章重点介绍了太赫兹波段的超光速研究进展,这里以介绍英国Strathclyde大学Klaas Wynne等人的若干实验结果为主.     

表面等离子体狭缝波导上的石墨烯光电探测器

基于表面等离子体的硅基集成光电探测器因具有THz带宽潜力而受到广泛关注.本文基于简化的两步光刻工艺实现表面等离子体狭缝波导与石墨烯相结合的光电导探测器,直接采用对称的狭缝波导金属作为微波电极,理论计算3-dB带宽大于120 GHz,受限于测试设备,实际测试的带宽大于70 GHz,实验上实现了72 Gbit/s NRZ和64 Gbit/s PAM-4等高速信号的接收,误码率均低于15%的软判决前向纠错码门限.由于表面等离子体增强了光和石墨烯的相互作用,在吸收区长度不大于7μm和偏置电压0.4 V的条件下,探测器的响应度大于0.13 A/W.该探测器解决了目前表面等离子体探测器普遍存在工艺复杂、高速性能受限于吸收材料载流子动态特性的问题,具备超小尺寸、高速大带宽、工艺简单和与CMOS工艺兼容的特点,有望在高速光互连、太赫兹发射以及太赫兹通信中得到应用.     

PDP选址驱动芯片高压管设计

PDP选址驱动芯片实现低压控制高压输出，其中高压管的设计是关键，文中提出了能与低压CMOS工艺相兼容的高压管HV—CMOS结构及其中的高低压转换电路，采用TSUPREM-4与MEDICI软件对其击穿特性进行了相应的模拟分析；通过对已流水的芯片中的高压管进行分析验证看出该结构击穿电压大于80V，工作电流大于40mA。     

基于负微分电阻特性的SET/CMOS反相器

基于单电子晶体管(SET)和PMOS管串联产生的负微分电阻(NDR)特性,提出了一种新型的SET/CMOS反相器.该反相器利用NDR特性与NMOS负载管的电流-电压特性构成两个单稳态点,实现反相功能.应用HSPICE仿真器,采用精准的单电子晶体管的子电路模型及22nm CMOS预测技术模型对该反相器进行仿真,结果表明:该反相器的功能正确,具有比传统CMOS反相器更低的功耗;与其它单电子反相器相比,该反相器可在室温下实现输出电压全摆幅,且具有较低的传输延迟.     

新型低泄漏防闩锁ESD钳位保护电路

提出了一种新型抗静电泄放(ESD)钳位保护电路--栅控可控硅级联二极管串(gcSCR-CDS)结构.相比传统级联二极管串(CDS)结构,新结构利用插入的SCR管减小了钳位电路的泄漏电流和导通电阻,提高了电路的抗ESD能力;利用栅控的PMOS管,提高了维持电压,抑制了闩锁效应.0.35μm标准CMOS工艺流片结果表明,该结构泄漏电流为 12nA,抗ESD能力超过 8kV.     

MOS晶体管模型参数提取的实验方法探讨

基于CMOS（互补金属氧化物半导体）的集成电路设计在当今集成电路设计中占有很大的比重,MOS晶体管作为CMOS集成电路中最基本的元件之一,其参数的提取在计算机辅助分析中是不可缺少的关键环节之一。文章详细讨论了MOS晶体管众多参数提取的理论基础和实验方法,通过该实验方法的学习和应用,可以使学生对MOS晶体管有更深的认识,同时也对CMOS集成电路设计打下扎实的基础。     

在芯片可调低电压带隙基准源设计

为高速双模预分频器提供所需的稳定的参考电平,提出了一种基于带隙基准核的在芯片可调低电压带隙基准源电路设计方法,通过在双极型晶体管的附近并联少量电阻,获得数值可调的、常温下具有零温度系数的低电压基准。讨论了运放的反馈环路、失调电压以及开环增益等各项因素对基准电压精度的影响,并给出了相关的分析公式。设计采用0.18μm数模混合CMOS工艺。仿真结果表明,电路的电源抑制比(PSRR)为-48dB,-40℃~+125℃温度变化范围内的温漂系数为8.3×10-6/℃。电路综合性能良好,能满足低温漂、高精度的设计要求。     

贝尔实验室半导体器件的研制

叙述了贝尔实验室有关半导体器件的研制工作，主要论述了早期半导体器件的开发，点接触晶体管和结型晶体管，场效应晶体管（ＦＥＴ），发光二极管（ＬＥＤｓ），里德二极管（ＩＭＰＡＴＴ），以及光生伏打电池等     

CMOS集成电路中MOS管匹配特性分析

目的研究CMOS集成电路中MOS管匹配特性。方法通过分析MOS管在饱和区和线性区的工作方程,分别推导了引起MOS管电压、电流失配的因素,并分析对MOS管匹配特性的影响。结果系统地提出一些进行MOS管匹配设计的方法及应该采取的版图设计规则。结论可作为CMOS集成电路设计提供必要的理论依据。     

多层电磁超材料在太赫兹技术中的应用研究进展

基于电磁超材料的电磁谐振通过合理设计可以实现太赫兹波段的频率响应,为太赫兹波调控开辟了新的道路,特别是利用多层电磁超材料设计的太赫兹功能器件.本文综述了当前国内外基于多层电磁超材料在太赫兹波段技术的应用研究进展,分类介绍了其在太赫兹滤波器、吸收器、偏振器等方面的应用,最后对多层超材料在太赫兹技术应用的发展趋势作了探讨.     

太赫兹成像技术在人体安检领域的研究进展

分析了太赫兹波的特点及其在人体成像安检中应用的潜在优势,概述了国内外太赫兹人体成像安检的发展现状,总结了太赫兹人体成像安检技术正在向阵列化、多频段、复合式方向发展,并对国内外学者在太赫兹图像处理算法上的研究成果进行了总结。     

Research of the terahertz dual-band notch filter based on FSS structures

In this paper, a dual-band notch filter for two-layer frequency selective surface （FSS） at terahertz （THz） frequency with high fil- tering performance has been realized on high-resistivity silicon substrates. With periodic metallic resonators patterned on the sili- con wafer, the designed filter can provide two tunable resonant frequencies for terahertz application. The transmission response was improved by introducing an extra surrounding pattern around the T-shaped structure, and the location of transmission drop was tuned independently with geometric parameters. Simulated by finite-integral time-domain method, the filter is designed to operate between 0.2 and 0.6 THz with dual-band band-stop performance, a salient feature of this design is making the low sensi- tivity of its frequency response to the incident angles, which allows to place the filter close to the radiation source with spherical wave fronts. The proposed structures were fabricated using photolithography and tested by THz time-domain spectroscopy system Experimental results show that the transmission response has more than 12 and 32 dB rejections near 285 and 460 GHz respectively, which is in good agreement with the simulation result.