半导体所研制出面向860GHz CMOS太赫兹图像传感器的像素器件

中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室高速图像传感及信息处理课题组副研究员刘力源等研制出面向860GHz CMOS太赫兹图像传感器的像素器件。相关研究成果将于2017年在太赫兹领域学术期刊IEEE Transaction on Terahertz Science and Technology 上发表。

太赫兹(Terahertz, THz) 波是指频率在0.3 THz - 3 THz 范围内，波长(1mm ~ 100mm) 介于毫米波与远红外光之间的电磁波。太赫兹波成像技术作为一种新型无损成像技术正在兴起，在生物医学、医疗诊断、安全检测、危险物品检查、隐形武器探测、材料表征和探伤等科学研究以及日用领域具有非常广阔的应用前景，业已成为各国争相研究的热点技术。在国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中科院青年创新促进会基金和中科院基金的支持下，课题组研制出一种基于标准CMOS工艺的太赫兹像素器件及其集成化低噪声信号处理电路，如图1所示。器件采用了自主设计的CMOS片上天线、太赫兹波段匹配网络和高电压响应度晶体管结构。在常温工作条件下，像素器件的太赫兹电压响应率为3.3kV/W @860GHz，噪声等效功率为106pW/Hz^0.5。课题组也验证了像素器件信号处理电路，它集成了低噪声斩波式仪表放大器和高精度的SD-ADC，为实现单片集成高分辨率太赫兹图像传感器奠定了基础。图2是基于像素器件扫描成像的实验结果。基于像素器件，有望进一步实现大面阵CMOS太赫兹图像传感器，提升我国在太赫兹成像领域的国际竞争力。

(a)                           (b)
图1、太赫兹像素器件结构（a）芯片照片(b)

图2、成像结果：(a) 树叶的成像；(b) 隐藏在信封内的物体成像