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太赫兹波具有穿透性强、安全性高、信息承载量大等特性,因此被广泛应用于安全检测、生物医学、环境检测、信息通信等领域。太赫兹技术性能优越,近几年来成为科学研究的热点。太赫兹探测器和太赫兹辐射源作为太赫兹技术最重要的模块之一,一直受到科学界的广泛关注。但是大部分太赫兹探测器和太赫兹辐射源是基于光学技术基础上研制出来的,这些系统体积大,成本高,集成度低。相比而言CMOS工艺太赫兹探测器和太赫兹辐射源体积小,成本低,集成度高,并且能够量产,因此本文采用CMOS工艺进行相关设计,论文的主要工作与成果如下:
1.基于55nmCMOS工艺设计了2.58THz太赫兹探测器,探测器晶体管采用非对称结构能够提高探测器整体性能。测试结果表明:探测器响应度为42.98V/W,噪声等效功率为1.15nW/Hz1/2。
2.针对太赫兹片上天线增益和辐射效率受到限制的问题,将石英覆盖物和介质谐振器与基片集成波导(SIW)技术结合,设计出石英覆盖SIW缝隙天线和介质谐振SIW缝隙天线来提高片上天线增益和辐射效率。石英覆盖SIW缝隙天线实现的指标为:相对带宽10.7%,天线增益4.9dBi,天线辐射效率76%。介质谐振SIW缝隙天线实现的指标为:相对带宽9.5%,天线增益10.5dBi,天线辐射效率80.5%。
3.设计了427GHz三推振荡器,利用三次谐波提高振荡器的工作频率。后仿结果表明:振荡器在427GHz频率处输出功率为-6dBm,1MHz频率偏移处相位噪声为-89.69dBc/Hz。该振荡器分别与石英覆盖SIW缝隙天线和介质谐振SIW缝隙天线相连,振荡器与石英覆盖SIW缝隙天线相连实现EIRP为-1dBm,振荡器与介质谐振SIW缝隙天线相连实现EIRP为4.5dBm。
1.基于55nmCMOS工艺设计了2.58THz太赫兹探测器,探测器晶体管采用非对称结构能够提高探测器整体性能。测试结果表明:探测器响应度为42.98V/W,噪声等效功率为1.15nW/Hz1/2。
2.针对太赫兹片上天线增益和辐射效率受到限制的问题,将石英覆盖物和介质谐振器与基片集成波导(SIW)技术结合,设计出石英覆盖SIW缝隙天线和介质谐振SIW缝隙天线来提高片上天线增益和辐射效率。石英覆盖SIW缝隙天线实现的指标为:相对带宽10.7%,天线增益4.9dBi,天线辐射效率76%。介质谐振SIW缝隙天线实现的指标为:相对带宽9.5%,天线增益10.5dBi,天线辐射效率80.5%。
3.设计了427GHz三推振荡器,利用三次谐波提高振荡器的工作频率。后仿结果表明:振荡器在427GHz频率处输出功率为-6dBm,1MHz频率偏移处相位噪声为-89.69dBc/Hz。该振荡器分别与石英覆盖SIW缝隙天线和介质谐振SIW缝隙天线相连,振荡器与石英覆盖SIW缝隙天线相连实现EIRP为-1dBm,振荡器与介质谐振SIW缝隙天线相连实现EIRP为4.5dBm。