硅基CMOS太赫兹波成像芯片研究

Terahertz(THz) imaging is a promising non-destructive imaging technique and will be widely applied in biomedical test, material analysis, security check and so on. With the development of modern technology, portable terahertz imaging devices are demanded. Emerging of CMOS THz imaging chip has paved the way. Current reported CMOS THz imaging chips suffers from problmes such as weak output of the detector, poor performance on-chip THz antenna, lack of accurate THz device model and difficulties of integrating low noise readout circuits. To deal with above problmes,this project is going to study THz detector with new physics principles and structures, accurate THz device modeling methods, new architecture of on-chip THz antenna and low noise readout circuits design. The aim is to implement a complete 25fps terahertz imaging chip with 32×32 pixels array and 40dB dynamic range using standard CMOS technology.

太赫兹波成像是一种新兴的无损成像技术，在生物医学、材料分析和危险物品检测等领域具有广阔的应用前景。CMOS太赫兹波成像芯片是未来便携式太赫兹波成像设备的核心器件。针对太赫兹波成像器件的迫切需求以及CMOS太赫兹波成像芯片的关键科学技术问题,本项目拟开展CMOS太赫兹波成像芯片设计的应用基础研究。本项目探索和研究CMOS太赫兹波成像芯片的新型像素器件、器件物理机理和模型、高效片上太赫兹波接收天线、新型低噪声像素信号读出电路和成像芯片的集成方法等关键科学技术问题。突破CMOS太赫兹波成像芯片的像素器件响应度低、无太赫兹波段器件端口阻抗模型、片上太赫兹波接收天线增益低和低噪声像素信号读出电路设计难度大等瓶颈问题，摸索出一整套CMOS太赫兹波成像芯片设计方法，设计出新型CMOS太赫兹波成像的原型芯片，促进我国CMOS太赫兹波成像芯片的设计和应用技术发展。

太赫兹波成像是一种新兴的无损成像技术，在生物医学、材料分析和危险物品检测等领域具有广阔的应用前景。太赫兹探测器是太赫兹成像的基础。热释电、高莱等探测器的灵敏度虽然较高，但是体积较大不利于大规模集成。基于CMOS工艺的太赫兹波探测和成像芯片具有以上探测器所不具有的大规模集成优势，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CMOS太赫兹波探测器和成像芯片是未来便携式太赫兹波成像设备的核心器件 。本项目针对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CMOS太赫兹探测器的模型，设计准则，天线和探测器输入端的匹配网络设计方法以及低噪声信号读出电路设计方法。项目提出了CMOS太赫兹波成像芯片的架构，设计出了32×24阵列以及32×32阵列并实现了太赫兹波的探测和成像。项目总结的设计方法对于未来构建更大规模的太赫兹波成像芯片具有重要的理论价值。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18篇，申请国家发明专利6项，已获授权2项，在国内外会议上做邀请报告3次，分组报告5次。