硅基CMOS太赫兹波三维图像传感器研究

Terahertz (THz) 3-Dimension (3-D) imaging is a promising evolution for the next generation CMOS THz image sensors. It will be widely applied in biomedical test, aeronautics material analysis, 3-D printing and so on. With the development of CMOS technology, CMOS THz 2-D image sensors are already available. This project is going to design a fully-integrated CMOS image sensor with THz 3-D imaging capability. We are going to explore a new 3-D THz imaging method based on amplitude modulated continuous wave THz radiation. We also study novel 3-D THz imaging sensor architecture, active THz detection pixel as well as dynamic circuit with low power potential. The aim of this project is to implement a complete 25fps imaging chip with 64×64 pixels array and THz 3-D imaging capability using standard CMOS technology.

针对新型CMOS太赫兹波三维成像器件的迫切需求及其关键科学技术问题,本项目拟开展新型硅基CMOS太赫兹波三维图像传感器芯片的应用基础研究。本项目探索和研究太赫兹波三维成像的新方法和成像芯片架构、太赫兹波探测像素新结构、低功耗动态放大电路和三维成像系统设计方法等关键科学技术问题。突破与CMOS太赫兹波图像传感器相兼容的三维成像方法、CMOS太赫兹波三维成像芯片架构，具备三维成像探测能力的新型像素等关键问题，摸索出一整套CMOS太赫兹波三维成像图像传感器芯片的设计方法，设计出原型芯片，促进我国下一代CMOS太赫兹波图像传感器的发展。

太赫兹波成像可广泛应用于无损检测、生物医学、材料分析等领域具有广阔的应用前景。小型化的面阵太赫兹探测器是太赫兹成像中急需的关键核心芯片。伴随着探测方法和太赫兹波探测器件技术的进步，太赫兹波成像逐步向三维成像方向发展。基于CMOS工艺的太赫兹波探测和成像芯片具有大规模集成优势，探测器、读出电路以及处理电路都可以集成在一块芯片上，因此获得广泛的关注。本项目针对三维CMOS太赫兹波成像器件的迫切需求以及待解决的关键科学技术问题,提出了基于CMOS自混频太赫兹探测器的理论模型、像素结构、读出电路和系统架构。项目设计了面向太赫兹三维成像的64×64阵列；设计了128×128大面阵太赫兹波图像传感器。项目已完成的阵列成像芯片在太赫兹成像、无损检测以及太赫兹波光源观测等方面具有重要的应用价值。项目阶段发表论文12篇，申请国家发明专利7项，在国内外会议上做邀请报告8次。