中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高速圖像傳感及信息處理課題組副研究員劉力源等研制出面向860GHz CMOS太赫茲圖像傳感器的像素器件。相關(guān)研究成果將于2017年在太赫茲領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊IEEE Transaction on Terahertz Science and Technology 上發(fā)表。

太赫茲(Terahertz, THz) 波是指頻率在0.3 THz - 3 THz 范圍內(nèi)，波長(zhǎng)(1mm ~ 100mm) 介于毫米波與遠(yuǎn)紅外光之間的電磁波。太赫茲波成像技術(shù)作為一種新型無損成像技術(shù)正在興起，在生物醫(yī)學(xué)、醫(yī)療診斷、安全檢測(cè)、危險(xiǎn)物品檢查、隱形武器探測(cè)、材料表征和探傷等科學(xué)研究以及日用領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景，業(yè)已成為各國(guó)爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)技術(shù)。在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)基金和中科院基金的支持下，課題組研制出一種基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的太赫茲像素器件及其集成化低噪聲信號(hào)處理電路，如圖1所示。器件采用了自主設(shè)計(jì)的CMOS片上天線、太赫茲波段匹配網(wǎng)絡(luò)和高電壓響應(yīng)度晶體管結(jié)構(gòu)。在常溫工作條件下，像素器件的太赫茲電壓響應(yīng)率為3.3kV/W @860GHz，噪聲等效功率為106pW/Hz^0.5。課題組也驗(yàn)證了像素器件信號(hào)處理電路，它集成了低噪聲斬波式儀表放大器和高精度的SD-ADC，為實(shí)現(xiàn)單片集成高分辨率太赫茲圖像傳感器奠定了基礎(chǔ)。圖2是基于像素器件掃描成像的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。基于像素器件，有望進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)大面陣CMOS太赫茲圖像傳感器，提升我國(guó)在太赫茲成像領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

(a)                           (b)
圖1、太赫茲像素器件結(jié)構(gòu)（a）芯片照片(b)

圖2、成像結(jié)果：(a) 樹葉的成像；(b) 隱藏在信封內(nèi)的物體成像