留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于AlGaN/GaN场效应晶体管的太赫兹焦平面成像传感器

罗木昌 孙建东 张志鹏 李想 申志辉 王颖 陈红兵 董绪丰 张金峰 陈扬 周建勇 秦华

罗木昌, 孙建东, 张志鹏, 李想, 申志辉, 王颖, 陈红兵, 董绪丰, 张金峰, 陈扬, 周建勇, 秦华. 基于AlGaN/GaN场效应晶体管的太赫兹焦平面成像传感器[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(3): 320001-0320001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0320001
引用本文: 罗木昌, 孙建东, 张志鹏, 李想, 申志辉, 王颖, 陈红兵, 董绪丰, 张金峰, 陈扬, 周建勇, 秦华. 基于AlGaN/GaN场效应晶体管的太赫兹焦平面成像传感器[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(3): 320001-0320001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0320001
Luo Muchang, Sun Jiandong, Zhang Zhipeng, Li Xiang, Shen Zhihui, Wang Ying, Chen Hongbing, Dong Xufeng, Zhang Jinfeng, Chen Yang, Zhou Jianyong, Qin Hua. Terahertz focal plane imaging array sensor based on AlGaN/GaN field effect transistors[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(3): 320001-0320001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0320001
Citation: Luo Muchang, Sun Jiandong, Zhang Zhipeng, Li Xiang, Shen Zhihui, Wang Ying, Chen Hongbing, Dong Xufeng, Zhang Jinfeng, Chen Yang, Zhou Jianyong, Qin Hua. Terahertz focal plane imaging array sensor based on AlGaN/GaN field effect transistors[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(3): 320001-0320001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0320001

基于AlGaN/GaN场效应晶体管的太赫兹焦平面成像传感器

doi: 10.3788/IRLA201847.0320001
基金项目: 

国家自然科学基金(61401456,61271157,61401297,61611530708);国家重点研发计划(2016YFF0100501)

详细信息
    作者简介:

    罗木昌(1972-),男,研究员,博士,主要从事光电探测器件及成像传感器方面的研究。Email:mcluo@semi.ac.cn;孙建东(1982-),男,副研究员,博士,主要从事太赫兹场效应混频探测器方面的研究。Email:jdsun2008@sinano.ac.cn

    罗木昌(1972-),男,研究员,博士,主要从事光电探测器件及成像传感器方面的研究。Email:mcluo@semi.ac.cn;孙建东(1982-),男,副研究员,博士,主要从事太赫兹场效应混频探测器方面的研究。Email:jdsun2008@sinano.ac.cn

    通讯作者: 秦华(1972-),男,研究员,博士,主要从事太赫兹探测器和光源等半导体器件方面的研究。Email:hqin2007@sinano.ac.cn
  • 中图分类号: TN36

Terahertz focal plane imaging array sensor based on AlGaN/GaN field effect transistors

  • 摘要: 太赫兹波成像技术在人体安检、医学成像、无损检测等领域具有广泛的应用前景。文中面向高速、高灵敏度和便携式太赫兹成像应用需求,设计实现了一种基于AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管自混频检测机制的太赫兹焦平面成像传感器。该焦平面成像传感器由探测器阵列芯片和CMOS读出电路通过倒装互连实现,阵列规模达到3232。探测器阵列中具有对管差分功能的像元设计通过提高探测器的电压响应度和抑制共模电压噪声,提高了焦平面成像的灵敏度。焦平面成像传感器的输出模拟信号通过片外的模数转换(ADC)芯片转化为数字信号,由现场可编程门阵列(FPGA)采集后通过Camera Link图像数据与通信接口发送到计算机。利用该焦平面成像传感器,演示实现了太赫兹光斑、太赫兹干涉环和太赫兹光照下的旋转塑料叶片的视频成像,帧频达到30 Hz。
  • [1] Tonnuchi M. Cutting-edge terahertz technology[J]. Nature Photonics, 2007, 1(2):97-105.
    [2] Shen Y C, Lo A T, Taday P F, et al. Detection and identification of explosives using terahertz pulsed spectroscopic imaging[J]. Applied Physics Letters, 2005, 86(24):24116.
    [3] Chen Q, Jiang Z, Xu G X, et al. Near-field terahertz imaging with a dynamic aperture[J]. Optics Letters, 2000, 25(15):1122-1124.
    [4] Zhong H, Xu J, Xie X, et al. Nondestructive defect identification with terahertz time-of-flight tomography[J].IEEE Sensors Journal, 2005, 5(2):203-208.
    [5] Shi S C, Paine S, Yao Q J, et al. Terahertz and far-infrared windows opened at dome a in antarctica[J]. Nature Astronomy, 2016, 1(1):0001.
    [6] Shen Jin'e, Rong Jian, Liu Wenxin. Progress of terahertz in communication technology[J]. Infrared and Laser Engineering, 2006, 35(3):342-347. (in Chinese)申金娥, 荣健, 刘文鑫. 太赫兹技术在通信方面的研究进展[J]. 红外与激光工程, 2006, 35(3):342-347.
    [7] Feiginov M, Sydlo C, Cojocari O, et al. Resonant tunnelling diode oscillators operating at frequencies above 1.1 THz[J]. Applied Physics Letters, 2011, 99(23):233506.
    [8] Chen Zhen, Tan Zhiyong, Wang Chang, et al. Digital communication link based on THz QCL and THz QWP[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(10):2796-2799. (in Chinese)陈镇, 谭智勇, 王长, 等. 基于THz QCL和THz QWP的数字通信演示系统[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(10):2796-2799.
    [9] Dyakonov M, Shur M. Detection, mixing, and frequency multiplication of terahertz radiation by two-dimensional electronic fluid[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 1996, 43(3):380-387.
    [10] Lu J Q, Shur M S, Hesler J L, et al. Terahertz detector utilizing two-dimensional electronic fluid[J]. IEEE Electron Device Letters, 1998, 19(10):373-375.
    [11] Knap W, Kachorovskii V, Deng Y, et al. Resonant detection of subterahertz radiation by plasma waves in a submicron field-effect transistor[J]. Appl Phys Lett, 2002, 80(18):9346-9353.
    [12] Sun J D, Sun Y F, Wu D M, et al. High-responsivity, low-noise, room-temperature, self-mixing terahertz detector realized using floating antennas on a GaN-based field-effect transistor[J]. Applied Physics Letters, 2012, 100(1):013506.
    [13] Sun J D, Qin H, Lewis R A, et al. The effect of symmetry on resonant and nonresonant photoresponses in a field-effect terahertz detector[J]. Applied Physics Letters, 2015, 106(3):031119.
    [14] Lisauskas A, Pfeiffer U,jefors E, et al. Rational design of high-responsivity detectors of terahertz radiation based on distributed self-mixing in silicon field-effect transistors[J]. Journal of Applied Physics, 2009, 105(11):114511.
    [15] Liu Zhaoyang, Liu Liyuan, Wu Nanjian. Imaging system based on CMOS terahertz detector[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(1):0125001. (in Chinese)刘朝阳,刘力源,吴南健. 采用CMOS太赫兹波探测器的成像系统[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(1):0125001.
    [16] Vicarelli L, Vitiello M S, Coquillat D, et al. Graphene field-effect transistors as room-temperature terahertz detectors[J]. Nature Material, 2012, 11(10):865-871.
    [17] Qin H, Sun J D, Liang S X, et al. Room-temperature, low-impedance and high-sensitivity terahertz direct detector based on bilayer graphene field-effect transistor[J]. Carbon, 2017, 116:760-765.
    [18] Al Hadi R, Sherry H, Grzyb J, et al. A 1 k-pixel video camera for 0.7-1.1 terahertz imaging applications in 65-nm CMOS[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2012, 47(12):2999-3012.
    [19] Sun Jiandong. Field-Effect Self-Mixing Terahertz Detectors[M]. Berlin:Springer-Verlay, 2016.
  • [1] 梁清华, 魏彦峰, 陈洪雷, 郭晶, 丁瑞军.  天文应用红外焦平面读出电路研究 . 红外与激光工程, 2024, 53(1): 20230364-1-20230364-13. doi: 10.3788/IRLA20230364
    [2] 刘一霆, 丁青峰, 冯伟, 朱一帆, 秦华, 孙建东, 程凯.  集成AlGaN/GaN HEMT混频探测器的太赫兹矢量测量系统 . 红外与激光工程, 2023, 52(1): 20220278-1-20220278-8. doi: 10.3788/IRLA20220278
    [3] 姚立斌, 陈楠, 胡窦明, 王英, 毛文彪, 钟昇佑, 张济清.  数字红外焦平面探测器(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(1): 20210995-1-20210995-11. doi: 10.3788/IRLA20210995
    [4] 陈楠, 张济清, 毛文彪, 李雄军, 宋林伟, 高玲, 姚立斌.  大动态范围、高灵敏度红外焦平面数字像元读出电路技术(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20210821-1-20210821-11. doi: 10.3788/IRLA20210821
    [5] 钟昇佑, 姚立斌, 范明国, 李正芬.  1280 × 1024,10 μm数字红外焦平面读出电路设计(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(4): 20211113-1-20211113-8. doi: 10.3788/IRLA20211113
    [6] 郑丽霞, 刘高龙, 吴金, 孙伟锋.  多功能红外焦平面读出电路设计 . 红外与激光工程, 2022, 51(12): 20220139-1-20220139-7. doi: 10.3788/IRLA20220139
    [7] 刘煦, 李云铎, 叶联华, 黄张成, 黄松垒, 方家熊.  单光子探测InGaAs雪崩焦平面像素级高分辨率低误码时间数字转换电路 . 红外与激光工程, 2021, 50(11): 20210009-1-20210009-9. doi: 10.3788/IRLA20210009
    [8] 岑懿群, 张君玲, 陈洪雷, 丁瑞军.  红外焦平面列级ADC数字读出电路测试技术研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0404004-0404004-8. doi: 10.3788/IRLA202049.0404004
    [9] 钟燕平, 袁红辉, 鞠国豪.  非均匀性校正的长波光导探测器读出电路设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(1): 104001-0104001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0104001
    [10] 李潇, 石柱, 代千, 覃文治, 寇先果, 袁鎏, 刘期斌, 黄海华.  64×64 InGaAs/InP三维成像激光焦平面探测器 . 红外与激光工程, 2018, 47(8): 806004-0806004(5). doi: 10.3788/IRLA201847.0806004
    [11] 马丁, 刘福浩, 李向阳, 张燕.  GaN基紫外探测器读出电路注入效率 . 红外与激光工程, 2017, 46(11): 1120001-1120001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.1120001
    [12] 刘朝阳, 刘力源, 吴南健.  采用CMOS太赫兹波探测器的成像系统 . 红外与激光工程, 2017, 46(1): 125001-0125001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0125001
    [13] 张立森, 邢东, 徐鹏, 梁士雄, 王俊龙, 王元刚, 杨大宝, 冯志红.  最大振荡频率640 GHz的70 nm栅长InAs PHEMTs器件 . 红外与激光工程, 2016, 45(7): 720004-0720004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0720004
    [14] 赵公元, 赵毅强.  非制冷红外焦平面读出电路用带隙基准电压源 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2627-2632.
    [15] 高磊, 翟永成, 梁清华, 蒋大钊, 丁瑞军.  红外焦平面读出电路集成数字输出 . 红外与激光工程, 2015, 44(6): 1686-1691.
    [16] 袁红辉, 陈永平.  一种长波红外光导探测器CMOS电路设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 762-765.
    [17] 王攀, 丁瑞军, 叶振华.  短波红外焦平面弱信号读出的高帧频模拟链路设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1370-1374.
    [18] 陈国强, 张君玲, 王攀, 周杰, 高磊, 丁瑞军.  碲镉汞e-APD 焦平面数字化读出电路设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2798-2804.
    [19] 祖秋艳, 王玮冰, 黄卓磊, 何鑫, 陈大鹏.  二极管非制冷红外探测器及其读出电路设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1680-1684.
    [20] 胡滨, 李威, 李平, 阙滨城.  有源电阻RTIA红外焦平面读出电路 . 红外与激光工程, 2012, 41(8): 2008-2011.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  710
  • HTML全文浏览量:  111
  • PDF下载量:  101
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-10-05
  • 修回日期:  2017-11-15
  • 刊出日期:  2018-03-25

基于AlGaN/GaN场效应晶体管的太赫兹焦平面成像传感器

doi: 10.3788/IRLA201847.0320001
    作者简介:

    罗木昌(1972-),男,研究员,博士,主要从事光电探测器件及成像传感器方面的研究。Email:mcluo@semi.ac.cn;孙建东(1982-),男,副研究员,博士,主要从事太赫兹场效应混频探测器方面的研究。Email:jdsun2008@sinano.ac.cn

    罗木昌(1972-),男,研究员,博士,主要从事光电探测器件及成像传感器方面的研究。Email:mcluo@semi.ac.cn;孙建东(1982-),男,副研究员,博士,主要从事太赫兹场效应混频探测器方面的研究。Email:jdsun2008@sinano.ac.cn

    通讯作者: 秦华(1972-),男,研究员,博士,主要从事太赫兹探测器和光源等半导体器件方面的研究。Email:hqin2007@sinano.ac.cn
基金项目:

国家自然科学基金(61401456,61271157,61401297,61611530708);国家重点研发计划(2016YFF0100501)

  • 中图分类号: TN36

摘要: 太赫兹波成像技术在人体安检、医学成像、无损检测等领域具有广泛的应用前景。文中面向高速、高灵敏度和便携式太赫兹成像应用需求,设计实现了一种基于AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管自混频检测机制的太赫兹焦平面成像传感器。该焦平面成像传感器由探测器阵列芯片和CMOS读出电路通过倒装互连实现,阵列规模达到3232。探测器阵列中具有对管差分功能的像元设计通过提高探测器的电压响应度和抑制共模电压噪声,提高了焦平面成像的灵敏度。焦平面成像传感器的输出模拟信号通过片外的模数转换(ADC)芯片转化为数字信号,由现场可编程门阵列(FPGA)采集后通过Camera Link图像数据与通信接口发送到计算机。利用该焦平面成像传感器,演示实现了太赫兹光斑、太赫兹干涉环和太赫兹光照下的旋转塑料叶片的视频成像,帧频达到30 Hz。

English Abstract

参考文献 (19)

目录

    /

    返回文章
    返回