太赫兹互补金属氧化物半导体场效应管探测器理论模型中扩散效应研究

针对基于经典动力学理论传统模型中忽略扩散效应的问题,通过对基于玻尔兹曼理论的场效应管传输线模型的理论分析,建立了包含扩散效应的太赫兹互补金属氧化物半导体(CMOS)场效应管探测器理论模型,研究扩散效应对场效应管电导及响应度的影响.同时,将此模型与忽略了扩散效应的传统模型进行了对比仿真模拟,给出了两种模型下的电流响应度随温度及频率变化的差别.依据仿真结果,并结合3σ原则明确了场效应管传输线模型中扩散部分省略的依据和条件.研究结果表明:扩散部分引起的响应度差异大小主要由场效应管的工作温度及工作频率决定.其中工作频率起主要作用,温度变化对差异大小影响较为微弱;而对于工作频率而言,当场效应管工作频率小于1 THz时,模型中的扩散部分可以忽略不计;而当工作频率大于1 THz时,扩散部分不可省略,此时场效应管模型需同时包含漂移、散射及扩散三个物理过程.本文的研究结果为太赫兹CMOS场效应管理论模型的精确建立及模拟提供了理论支持.

基于CMOS的高响应度太赫兹探测器线阵

本文提出了一种基于CMOS 0.18μm工艺的改进型高响应度太赫兹探测器线阵,各探测像素单元由高增益片上天线、高耦合度差分自混频功率探测电路和集成电压放大器组成。其中,差分探测电路利用源极差分驱动场效应管的交叉耦合电容,将太赫兹差分信号耦合至场效应管的栅极与源极,增强场效应管沟道内自混频太赫兹信号的强度,实现高响应度。其次,该探测器配备高增益片上环形差分天线与集成电压放大器,可有效放大混频后的信号,进而提高系统信噪比,最终达到增强探测器响应度的目的。探测器1×3线阵系统充分利用CMOS工艺多层结构的特点,将电压放大器布置在天线地平面下方,提高了芯片面积的利用率,有效降低了制作成本,整个系统的面积为0.5 mm^(2)。测试结果表明,当场效应管的栅极偏置为0.42 V时,该探测系统对0.3 THz辐射信号的电压响应度(Rv)最大可达到43.8 kV/W,对应的最小噪声等效功率(NEP)为20.5 pW/Hz^(1/2)。动态测试结果显示该探测器可对不同材质的隔挡物进行区分。

用金属氧化物半导体探测器探测重离子和裂变碎片

【民主德国《同位素实践》1989年第6期第233页报道】民主德国德累斯登技术大学的施特罗伊贝尔等4位科学工作者,研究了利用各种氧化物半导体探测器探测重离子和裂变碎片的技术,并报道了他们的研究成果。他们在其论文的引言中说,利用金属氧化物半导体探测器测定重离子裂变碎片的方法,是最近由托马斯诺等人提出的。

高分辨紫外电子轰击互补金属氧化物半导体器件的实验研究

基于真空紫外光电阴极和背照式互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器研制了紫外光响应的电子轰击CMOS(EBCMOS)器件,实现了EBCMOS器件在40 mlx光照度环境下的高分辨探测,电子图像灰度随电子能量的变化呈现出极好的线性关系.对器件成像分辨率测试的结果表明,在电场强度为5000 V/mm时,器件的空间分辨率可以达到25 lp/mm,与国际相关报道水平相当.研制的EBCMOS器件可直接在紫外弱光探测领域应用,如天文观察、高能物理、遥感测绘等,同时也可为下一步研制可见光和近红外敏感的EBCMOS器件提供参考.

基于4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器总剂量辐射效应研究

对基于4晶体管像素结构互补金属氧化物半导体图像传感器的电离总剂量效应进行了研究,着重分析了器件的满阱容量和暗电流随总剂量退化的物理机理.实验的总剂量为200 krad(Si),测试点分别为30 krad(Si),100 krad(Si),150 krad(Si)和200 krad(Si),剂量率为50 rad(Si)/s.实验结果发现随着辐照总剂量的增加,器件的满阱容量下降并且暗电流显著增加.其中辐照使得传输门沟道掺杂分布发生改变是满阱容量下降的主要原因,而暗电流退化则主要来自于浅槽隔离界面缺陷产生电流和传输门-光电二极管交叠区产生电流.实验还表明样品器件的转换增益在辐照前后未发生明显变化,并且与3晶体管像素结构不同,4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器没有显著的总剂量辐照偏置效应.

基于互补金属氧化物半导体的高精度地沟油检测计

利用地沟油与正常食用油的导电率不同导致单位体积电阻不同,提出一种基于互补金属氧化物半导体工艺(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)的线性检测模块。由于使用直接选择与短接到地的方法实现电阻串分压,使得分压线性度更高。在脉冲计数的作用下,电阻分压通过与参考电压相比较可以得到不同的高电平数,不仅可以区分地沟油与正常食用油,还可以得出正常油掺入地沟油的质量分数。在检测计核心电路设计方面,由于采用CMOS工艺设计,所以可以实现低面积和低功耗的检测。

基于0.18μm CMOS工艺的300GHz高响应度探测器

基于0.18μm CMOS工艺设计了一种300 GHz高响应度探测器。该探测器集成了双馈差分天线和双场效应管(FET)对称差分自混频电路。双馈差分天线较单馈天线有更高的精确度及更优的抗干扰性。差分自混频电路能有效地抑制共模信号,减小噪声输入。双场效应管后增加一级放大电路,将自混频电路输出的微弱信号进一步放大以增大响应度。天线与电路间的匹配网络实现了信号的最大功率传输。在全波电磁场仿真软件HFSS下对双馈天线进行建模与仿真优化,并与电路进行联合仿真。结果显示探测器在栅源电压为0.43 V、输入功率为-40 dBm时,最大响应度为11.25 kV/W,最小噪声等效功率为115pW/√Hz。

用全耗尽绝缘硅互补型金属氧化物半导体集成技术实现一种激光测距电路

在对薄膜全耗尽绝缘硅互补型金属氧化物半导体 (SOICMOS)结构进行模拟和测试基础上 ,采用薄膜全耗尽绝缘硅 (SOI)结构 ,并在工艺中利用优质栅氧化、Ti硅化物、轻掺杂漏 (LDD)结构等关键技术实现了一种高速低功耗SOICMOS激光测距集成电路。测试结果表明 :1.2 μm器件 10 1级环振单门延迟为 2 5 2 ps ,总延迟为 5 4.2ns .电路静态功耗约为 3mW ,动态功耗为

欧盟启动“洞察力”项目开发互补金属氧化物半导体技术

未来的雷达成像系统和5G通信系统在高频率工作时将具有更高的分辨率和更高的数据传输速率,但同时会增加功率消耗。为了降低功耗,提高性能和降低成本,欧洲启动＂洞察力＂（INSIGHT）项目（下一代高性能CMOS SoC技术的Ⅲ -Ⅴ族半导体纳米线集成）旨在开发Ⅲ -Ⅴ族CMOS（互补金属氧化物半导体）技术。该项目的参研单位包括德国应用固体物理研究所（IAF）、

EBCMOS混合型光电探测器研究

介绍了EBCMOS探测器的工作原理、器件结构与发展历史。详细阐述了EBS增益机理,实现了600倍的EBS增益,并将EBCMOS与几种常见探测器特性进行了深入的对比研究。EBCMOS探测器将真空器件与半导体器件有机结合,融合了真空光电探测器增益高、响应速度快、光谱灵活和半导体器件空间分辨率高、数字化输出、功耗低和成本低等优点。目前已在生物检测、微光夜视、激光雷达等诸多领域取得了广泛的应用。

基于CMOS工艺的150 GHz正交外差探测器电路设计

传统太赫兹探测器仅能获取信号幅值信息,为此提出一种正交外差混频结构,可同时获得信号的幅值、相位和极化信息,有效提升探测器的灵敏度和信息量。该探测器基于40 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,在传统吉尔伯特双平衡混频结构的开关级与跨导级之间串联电感,输出级联cascode中频放大器,进一步提高探测器响应电压。经过仿真优化,该探测器在-50 dBm射频功率,0 dBm本振功率条件下,1 GHz中频信号的电压响应度为1100 kV/W,噪声等效功率为26.8 fW/Hz 1/2,输出波形显示了良好的正交性。同时,设计了一个1∶8层叠式功分器用于分配本振功率,在150 GHz频率处,该功分器的插入损耗约为5 dB,四路差分输出信号的幅值差为0.8~1.2 dB,相位差为0.4°~1.7°。

用于射频能量收集的低阈值CMOS整流电路设计

基于TSMC 180 nm工艺,设计了一款高效率低阈值整流电路。在传统差分输入交叉耦合整流电路的基础上,提出源极与衬底之间增加双PMOS对称辅助晶体管配合缓冲电容的改进结构,对整流晶体管进行阈值补偿。有效缓解了MOS管的衬底偏置效应,降低了整流电路的开启阈值电压,针对较低输入信号功率,提高了整流电路的功率转换效率(PCE)。同时将低阈值整流电路三级级联以提高输出电压。测试结果显示,在输入信号功率为-14 dBm@915 MHz时,三级级联低阈值整流电路实现了升压功能,能稳定输出1.2 V电压,峰值PCE约为71.32%。相较于传统结构,该低阈值整流电路更适合用于射频能量收集。

基于CMOS工艺的太赫兹探测器

提出了一种新型多频太赫磁探测器电路结构,采用圆形、菱形以及环形天线嵌套式构成多频探测单元,四个探测器相互之间设计保护层包围隔离,防止外部电路对其影响。在高频结构仿真器（HFSS）下对设计的双环差分天线、单环差分天线、圆形开槽天线和菱形天线进行模型与特性参数仿真优化。基于TSMC CMOS 0.18μm工艺制备了多频太赫兹探测器芯片,该芯片能实现280,290,320,600和806 GHz多频段探测功能。测试结果表明,双环天线结构、圆形开槽天线结构、菱形天线结构和单环差分天线结构的探测器在阈值电压为0.42 V时,最佳响应度分别为366.6,1 286.6,366.3和701.2 V/W,最小噪声等效功率分别为0.578,0.211,0.594和0.261 nW√Hz。

MEMS矢量水听器敏感结构的后CMOS释放工艺研究

纤毛式微机电系统(MEMS)矢量水听器可探测水下质点振速等矢量信息,与互补金属氧化物半导体(CMOS)集成能够很大程度地提升其性能。针对纤毛式MEMS矢量水听器的CMOS集成提出了一种方案,该方案在MEMS后处理工艺中,利用侧墙保护和各向异性湿法腐蚀从正面释放水听器的十字梁敏感结构。整个后处理过程不需要光刻,降低加工难度的同时,保证了加工结构的精确性。设计出了一种验证性的工艺流程,具体分析了4种不同结构的湿法腐蚀过程。最终完成了这4种结构的工艺流片,对实验结果进行了分析。实验验证了该方案的可行性,为纤毛式MEMS矢量水听器的CMOS集成奠定了基础。

CMOS红外光源的设计与实现

基于红外气体传感器微型化、低成本和低功耗的发展需要,设计了一种用于非色散红外(NDIR)集成气体传感器的互补金属氧化物半导体(CMOS)红外光源。它以非等间隔的蛇形钨(W)薄膜电阻作为加热丝,以二氧化硅(SiO_(2))和氮化硅(Si_(3)N_(4))多层复合介质薄膜为支撑形成悬空膜片式微热板,以氧化铜(CuO)和二氧化锰(MnO_(2))纳米材料复合薄膜作为辐射增强层。基于COMSOL软件进行了热电耦合仿真,证明结构设计合理性。采用标准CMOS工艺、硅(Si)的深刻蚀工艺以及静电流体动力学打印技术流片制造了该CMOS红外光源芯片。性能测试结果表明:该红外光源从室温升温至469℃的热响应时间约为41 ms,电功耗仅为138 mW,辐射区温度分布均匀,引入辐射增强层使表面比辐射率提高约35%,红外光源的辐射功率和红外光谱辐射强度测试结果表明:该涂层有效地增强了红外辐射。

电离效应对EBCMOS中电子倍增层增益的影响研究

采用蒙特卡罗模拟方法研究了电子轰击互补金属氧化物半导体(EBCMOS)成像器件中高能电子轰击半导体时产生的电离效应对电荷收集效率和电子倍增层增益的影响。分析了入射电子能量、p型衬底层掺杂浓度、电子倍增层和钝化层厚度对电荷收集效率和增益的影响。结果表明,增加入射电子能量(小于4keV)、减小电子倍增层和钝化层厚度、降低掺杂浓度等是提高电荷收集效率和电子倍增层增益的有利途径,可为获得高增益的EBCMOS器件提供理论支撑。

基于45 nm CMOS SOI工艺的毫米波双频段低相噪压控振荡器设计

本文基于45 nm互补金属氧化物半导体绝缘体上硅工艺(Complementary Metal Oxide Semiconductor Silicon On Insulator,CMOS SOI)设计了一款支持5G毫米波24.25~27.5 GHz和37~43.5 GHz双频段的低相位噪声压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO).基于CMOS SOI工艺良好的晶体管开关特性,结合开关电容阵列及开关电感方案,提高宽带调谐电容、电感Q值,扩展VCO工作频段,降低相位噪声.同时,输出匹配网络也采用开关电容切换方式,实现了5G毫米波双频段良好阻抗匹配及稳定功率输出.流片测试结果表明该VCO可以完整覆盖5G毫米波双频段24.25~27.5 GHz和37~43.5 GHz,低频段输出功率-4.8~0 dBm,高频段输出功率-6.4~-2.3 dBm.在24.482 GHz载频,1 MHz频偏处的相位噪声为-105.1 dBc/Hz;在43.308 GHz载频,1 MHz频偏处的相位噪声为-95.3 dBc/Hz.VCO核心直流功耗15.3~18.5 mW,电路核心面积为0.198 mm^(2).低频段(高频段)的FoM(Figure of Merit)及FoMT优值分别达到-181.3 dBc/Hz(-175.4 dBc/Hz)、-194.3 dBc/Hz(-188.3 dBc/Hz).

1064nm纳秒单脉冲激光对互补金属氧化物半导体探测器的损伤效应实验研究

实验采用60ns、1064nm单脉冲激光辐照前照式有源型可见光CMOS探测器，随着损伤程度的加深，分别观察到点损伤、半边黑线损伤以及十字交叉黑线损伤等硬损伤现象。各损伤现象出现时对应的探测器表面激光能量密度分别为0．38、0．64、1．0J／cm2。进一步提高激光能量密度，观察到十字交叉黑线变粗，覆盖面积扩大。即使激光能量密度达到2．8J／cm2，此时黑线已经覆盖绝大部分探测器像元，但探测器仍然没有完全失效，未损伤区域还可以成像。基于CMOS样品的结构和工作原理，对损伤机理进行了理论分析，认为点损伤是由于热效应引起结构缺陷从而造成漏电流增加，半边黑线损伤和十字交叉黑线损伤是由于器件电路的熔断导致信号中断。

紧跟CCD器件的CMOS探测器

经过数十年的研究与发展,互补金属氧化物半导体(CMOS)探测器有可能在各种应用中取代随处可见的电荷耦合器件(CCD),而且不单单是在成像技术方面。CMOS器件可做在与微处理器使用的芯片相同的芯片上。