專利名稱：THz波普通靈敏度攝像頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
THz波普通靈敏度攝像頭(一) 技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及普通靈敏度的THz波攝像頭，特別涉及應(yīng)用于探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的THz波二維實(shí) 時(shí)成像系統(tǒng)。(二) 背景技術(shù)THz波通常指的是頻率在100GHz 10THz (30iim 3ram)區(qū)間的電磁輻射，其波段位于微 波和紅外光之間。由于以前缺乏有效的THz產(chǎn)生和檢測(cè)方法，人們對(duì)該波段電磁輻射性質(zhì)的 了解非常有限，以至于長(zhǎng)期以來該波段被稱為電磁波譜中的"THz空隙"。近十幾年來，超快 激光技術(shù)的迅速發(fā)展，為THz脈沖的產(chǎn)生提供了穩(wěn)定、可靠的激發(fā)光源，促進(jìn)了THz波輻射 的機(jī)理研究、檢測(cè)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的蓬勃發(fā)展。THz脈沖光源與傳統(tǒng)光源相比具有很多獨(dú)特的性質(zhì)例如脈寬很窄，約為皮秒量級(jí)；單 個(gè)脈沖的頻帶覆蓋范圍很寬；THz波激光器發(fā)射的具有很高的時(shí)間和空間相干性的THz波可 作為攝像光源，從而可以同時(shí)獲得其帶寬覆蓋的各頻率分量的振幅和位相；THz波光子的能 量只有毫電子伏特，不容易破壞被檢測(cè)的物質(zhì)，從而可以進(jìn)行無損檢測(cè)。TH'z波作為 -種新型遠(yuǎn)紅外相千光源，目前主要的應(yīng)用集中在兩個(gè)方面，即THz波時(shí)域 光譜分析技術(shù)和THz波成像技術(shù)，可能的應(yīng)用包括各種固體尤其是半導(dǎo)體的THz時(shí)間分辨光 譜測(cè)量，THz波醫(yī)學(xué)成像，生物分子構(gòu)象的THz波時(shí)域光譜分析，無標(biāo)記DNA分子探測(cè)，THz 波顯微成像等。目前的THz光譜和成像技術(shù)中THz波的掃描延遲系統(tǒng)主要采用機(jī)械掃描或電動(dòng)平移臺(tái)進(jìn) 行掃描，實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲的時(shí)域光譜測(cè)量和逐點(diǎn)掃描成像。這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)是有一個(gè)掃描 上限，掃描時(shí)間太長(zhǎng)，觀測(cè)光譜信息不夠及時(shí)，時(shí)空分辨率都很低，難以做到實(shí)時(shí)成像。另 外，由于掃描速度太慢，屬于慢掃描時(shí)間延遲測(cè)量，從而不能很有效地抑制熱背景噪聲。這 使得THz成像技術(shù)無法在實(shí)際中獲得應(yīng)用，例如，在海關(guān)檢査或者保密場(chǎng)所的安全檢查中都 需要立即獲得圖像信號(hào)，這就要求發(fā)展實(shí)用化的THz的探測(cè)器和攝像頭。另外，目前大多數(shù)THz探測(cè)和成像技術(shù)都是使用大體積的電光調(diào)制元件來實(shí)現(xiàn)的，這也 阻礙了 THz探測(cè)器和攝像頭向小型化和集成化的方向發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)的不足和缺陷，提供了一種體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可集成化以及可實(shí) 時(shí)二維成像的普通靈敏度THz波攝像頭，其結(jié)構(gòu)如下。含有一層基體(襯底)層，在襯底上 有一半導(dǎo)體介質(zhì)棒二維持陣列，半導(dǎo)體介質(zhì)棒二維持陣列的下面是一半導(dǎo)體晶體管二維陣列， 各晶體管分別接到差分放大電路，差分放大電路的輸出接普通的圖像處理、存儲(chǔ)和顯示器。 半導(dǎo)體晶體管的最佳選擇為晶體三極管，下面在介紹工作原理時(shí)，選擇晶體管為三極管。該裝置的工作原理如下由于介質(zhì)棒的折射率比四周空氣的折射率高很多，由光學(xué)原理 可知，當(dāng)THz電磁波入射時(shí)，THz信號(hào)將主要集中沿著半導(dǎo)體介質(zhì)棒下行，在介質(zhì)棒下部 分的區(qū)域產(chǎn)生熱效應(yīng)，激發(fā)出電子空穴對(duì)。在偏置電壓的作用下，電子空穴對(duì)被注入三極管 基極。三極管使得外回路中產(chǎn)生放大的信號(hào)電流，該信號(hào)電流的大小與入射波的強(qiáng)度成正比， 因此可實(shí)現(xiàn)對(duì)THz波的探測(cè)。三極管后面接差分放大電路，其作用是消除THz背景輻射產(chǎn)生 的共模信號(hào)，有利于它在常溫環(huán)境下工作，去掉龐大的制冷裝置。把許多個(gè)THz波探測(cè)器排 列成二維陣列，使不同位置的探測(cè)器接收不同位置的THz入射波，把各個(gè)端口輸出的信號(hào)電 流連接到信號(hào)采集電路，在電子開關(guān)的作用下，信號(hào)采集電路將所采集的信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn) 換器，然后再存入存儲(chǔ)器，最后通過顯示器顯示出來，這樣就可以獲得一幅完整的THz圖像。需要說明的是，由于介質(zhì)桿引導(dǎo)THz波傳輸主要依靠其高介電常數(shù)，因此桿的形狀和桿排列的結(jié)構(gòu)不影響信號(hào)的檢測(cè)。在介質(zhì)桿的下面布置的三極管除了接收電子空穴對(duì)產(chǎn)生電流外，還有一定的信號(hào)放大作 用，在普通靈敏度要求的情況下，也可以用二極管接收電子空穴對(duì)產(chǎn)生信號(hào)電流。因?yàn)樯鲜鯰Hz波攝像頭直接使用半導(dǎo)體材料來實(shí)現(xiàn)成像功能，所以可以實(shí)現(xiàn)和其它比如 芯片等半導(dǎo)體器件的集成。介質(zhì)棒的尺寸可以做得很小，因此在很小的體積上可以集成非常多的介質(zhì)棒，從而提高探測(cè)精度。(四)
圖l:單個(gè)THz波普通靈敏度探測(cè)器的側(cè)剖面圖圖2:普通靈敏度型THz波圖像攝像頭核心部件局部圖其中l(wèi)為介質(zhì)棒，2為基體。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明的核心部件的一個(gè)實(shí)施例。參照?qǐng)Dl， THz攝像頭就是由許多這樣的THz波探測(cè)器二維排列形成的。在陶瓷基體l 上通過分子束外延方式制作半導(dǎo)體Si平板，然后在Si平板的下半部分摻入雜質(zhì)原子形成NPN 結(jié)，鍍制連接導(dǎo)線，再在其上部再生長(zhǎng)Si平板層，然后由刻蝕方法在Si平板的上半部分制 作出所需尺寸的圓柱形介質(zhì)棒2，最后在介質(zhì)棒的上端鍍制金屬電極連線。介質(zhì)棒的下方正 好和三極管基極相連接。三極管和差分電路相連。差分電路后面接外電路。單個(gè)介質(zhì)棒的半 徑為lym，相鄰介質(zhì)棒相隔距離為10um，參照CCD的像素2048X2048，整個(gè)探測(cè)面積約 為2cmX2cm。
權(quán)利要求1. 一種THz波普通靈敏度攝像頭，其特征在于含有引導(dǎo)THz波的高折射率半導(dǎo)體介質(zhì)棒二維陣列，和接收THz波在半導(dǎo)體介質(zhì)棒二維陣列中激發(fā)的電子空穴對(duì)、并對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行放大的晶體管二維陣列。
2. 按權(quán)利要求1所述的THz波普通靈敏度攝像頭，其特征在于每根半導(dǎo)體介質(zhì)棒的下 面與晶體管相連接。
3. 按權(quán)利要求1所述的THz波普通靈敏度攝像頭，其特征在于介質(zhì)棒所連接的晶體管 最佳選擇為三極管。
4. 按權(quán)利要求1所述的Tllz波普通靈敏度攝像頭，其特征在于品體管后面連接了為消 除背景THz噪聲的差分放大電路。
專利摘要一種THz波普通靈敏度攝像頭，其結(jié)構(gòu)如下。包含有引導(dǎo)THz信號(hào)的高折射率半導(dǎo)體介質(zhì)棒二維陣列，還包含有接收THz波在半導(dǎo)體介質(zhì)棒中激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)的晶體管二維陣列，晶體管后面接消除THz背景輻射的差分放大電路。各差分放大電路的信號(hào)輸出到通用圖像信息處理電路、圖像存儲(chǔ)與顯示裝置，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)THz波成像。
文檔編號(hào)G01R29/08GK201100866SQ20072011796
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2007年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月12日
發(fā)明者歐陽征標(biāo) 申請(qǐng)人:歐陽征標(biāo);羅賢達(dá)