\r谢 生1,王雪飞1,兰馗博1,毛陆虹2,董威锋1,丛 佳2,孙邵凡\r1\r
\r
AuthorsHTML:\r谢 生1,王雪飞1,兰馗博1,毛陆虹2,董威锋1,丛 佳2,孙邵凡\r1\r
\r
AuthorsListE:\rXie Sheng1,Wang Xuefei1,Lan Kuibo1,Mao Luhong2,Dong Weifeng1,Cong Jia2,Sun Shaofan\r1\r
\r
AuthorsHTMLE:\rXie Sheng1,Wang Xuefei1,Lan Kuibo1,Mao Luhong2,Dong Weifeng1,Cong Jia2,Sun Shaofan\r1\r
\r
Unit:\r1. 天津大学微电子学院天津市成像与感知微电子技术重点实验室,天津 300072;
2. 天津大学电气自动化与信息工程学院,天津 300072\r
\r
Unit_EngLish:\r1. Tianjin Key Laboratory of Imaging and Sensing Microelectronic Technology,School of Microelectronics,Tianjin University,Tianjin 300072,China;
2. School of Electrical and Information Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China\r
\r
Abstract_Chinese:\r针对硅基光电探测响应度低的问题,设计了一款与标准CMOS 工艺兼容的、可用于弱光探测的高响应度的NMOS 型光电探测器(NMOS-PD).该探测器由栅体互连的NMOS 管和T-well/N-well 结光电二极管构成,利用光电二极管的光生伏特效应改变T 阱电势,进而控制NMOS 管的栅压和阈值电压,以此实现光信号的探测与倍增放大,故所设计光电探测器具有更高的光电流增益和更宽的动态范围.经理论模拟计算和优化设计,本文设计了总面积为20 μm×20 μm 的NMOS-PD,选用整个T 阱区作为光敏区域(16 μm×16 μm),以增加光的吸收量,所设计光电探测器经UMC 0.18 μm CMOS工艺流片制备.测试结果表明,所设计探测器在400~700 nm波长范围内具有较好的响应度.采用630 nm LED 作为光源,当输出光功率密度Popt=5 mW/cm2、漏源偏压VDS=0.4 V 时,NMOS-PD的响应度达到1 550 A/W,并实现了200 kHz 的信号探测.尽管随着光强增大,光电探测器响应度逐渐降低,但整体上仍超过103 A/W.与硅基CMOS 工艺制备的传统光电探测器相比,所设计光电探测器结构不仅可在低压、低功耗下正常工作,且在弱光条件下具有极高的倍增放大能力,有望应用于弱光探测的图像传感领域.\r
\r
Abstract_English:\rThis study aims to design a novel N-channel metal oxide semiconductor transistor-type photodetector(NMOS-PD) with high responsivity for ultra-weak light detection based on standard CMOS technology to improve the responsivity of photodetectors in optoelectronic integrated circuits. NMOS-PD comprises a gate/body-tied NMOS transistor and photodiode formed by a T-well/N-well junction. The photovoltage induced by the photodiode controls the gate and threshold voltages of the NMOS transistor,thereby improving the sensitivity of NMOS-PD. After simulation calculation and optimization,a total area of 20 μm×20 μm was adopted for the NMOS-PD. Moreover,the whole T-well region was selected as the photosensitive area(16 μm×16 μm)to increase light absorption. The designed NMOS-PD was fabricated in UMC 0.18 μm CMOS technology. Results showed that the output characteristics of NMOS-PD were as similar to that of the NMOS transistor,and the designed NMOS-PD demonstrated a good spectral response between 400 and 700 nm. When the device was biased by a drain voltage of 0.4 V and illuminated by a 630 nm LED source with an average output power density of 5 mW/cm2,a responsivity of 1 550 A/W was obtained. The device could normally operate up to 200 kHz. Although the responsivity gradually decreased as the light intensity was enhanced,it still exceeded 103 A/W. In comparison with traditional silicon photodetectors fabricated in standard CMOS,the designed NMOS-PD could operate properly under low voltage with low power consumption and exhibited high multiplying amplification capability under weak light conditions. Therefore,the proposed NMOS-PD has potential applications in the field of ultra-weak light imaging detection.\r
\r
Keyword_Chinese:光电探测器;响应度;弱光探测;CMOS工艺\r
Keywords_English:photoelectric device;responsivity;weak light detection;CMOS technology\r
PDF全文下载地址:http://xbzrb.tju.edu.cn/#/digest?ArticleID=6269
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
高响应度的NMOS 型栅体互连光电探测器\r\n\t\t
本站小编 Free考研考试/2022-01-16
相关话题/光电 探测器
基于地理探测器的农田土壤重金属影响因子分析
李雨,韩平,任东,罗娜,王纪华.基于地理探测器的农田土壤重金属影响因子分析[J].中国农业科学,2017,50(21):4138-4148https://doi.org/LIYu,HANPing,RENDong,LUONa,WANGJiHua.InfluenceFactorAnalysisofFar ...中国农业科学院科研学术 本站小编 Free考研考试 2021-12-26基于已知振幅信息约束的叠层光电成像
王智博1,张骏1,李拓1,史祎诗1,21.中国科学院大学,北京100049;2.中国科学院光电研究院,北京1000942016年09月02日收稿;2016年11月04日收修改稿基金项目:国家自然科学基金(61575197)和中国科学院"科教融合"教育创新项目资助通信作者:史祎诗,E-mail:sys ...中国科学院大学科研学术 本站小编 Free考研考试 2021-12-25空间激光干涉引力波探测器轨道修正方法*
引力波是广义相对论的著名预言[1]。自引力波被提出以来,世界各国科学家采用了各种方式进行探测。20世纪60年代,韦伯(Weber)设计了共振棒式引力波探测器[2]。由于灵敏度低、探测频带窄,共振棒式引力波探测器未能取得成功。20世纪70年代,韦思(Weiss)对激光干涉引力波探测器进行了深入的研究。 ...北京航空航天大学论文文献 本站小编 Free考研考试 2021-12-25光电二极管的地球反照光校正及卫星姿态估计*
姿态估计是卫星上最重要的测量之一。目前常用的姿态传感器有太阳敏感器、地磁、星敏感器、地球敏感器和GPS等,这些传感器有其各自的优点和使用限制。卫星上常装配多种敏感器,采用多种方案相互备份和补充,从而保证测量的可靠性和鲁棒性。光电二极管[1]是一种成本低廉、体积更小的感光传感器,根据其输出电压可以感测 ...北京航空航天大学论文文献 本站小编 Free考研考试 2021-12-25Co和P掺杂对α-Fe2O3光电化学催化分解水的影响*
光电化学催化分解水是利用太阳光的能量使水分子分解,生成氢气和氧气。氢气可以作为清洁能源储存起来,为解决能源问题提出了全新的概念和方法,开启了太阳能光催化分解水技术研究的新篇章[1-3]。α-Fe2O3具有良好的化学稳定性、无毒性、可见光吸收、储量丰富和成本低等优点,同时其禁带宽度较小(2.1eV), ...北京航空航天大学论文文献 本站小编 Free考研考试 2021-12-25行星三体引力摄动对卫星探测器大气制动的影响*
大气制动是一种气动力辅助的航天器变轨方式[1]。将转移轨道的近拱点置于环绕天体的大气内,利用大气阻力降低航天器的轨道速度,通过多次穿越大气,使轨道远拱点高度逐步降低至目标高度,此时在远拱点执行脉冲变轨,即可实现环绕目标天体的任务轨道。这个过程所消耗的推进剂质量远小于直接变轨消耗的推进剂,可以大量节省 ...北京航空航天大学论文文献 本站小编 Free考研考试 2021-12-25探测器触地关机软着陆稳定性分析*
深空探测器的着陆过程虽仅有不到10min的时间,却在整个飞行任务中起到至关重要的作用[1]。探测器能否安全地降落星球表面,并保证其搭载的仪器仪表等精密设备保持正常工作状态,是探测任务能够顺利完成的关键。国内外已进行多次深空探测活动,且多采用腿式缓冲机构实现软着陆[2]。针对探测器的软着陆稳定性,各国 ...北京航空航天大学论文文献 本站小编 Free考研考试 2021-12-25基于毫米波探测器的炸高可选择近炸引信的炸高解算方法
程呈,高敏,周晓东,刘振亚.基于毫米波探测器的炸高可选择近炸引信的炸高解算方法[J].北京理工大学学报(自然科学版),2018,38(8):808~813.CHENGCheng,GAOMin,ZHOUXiao-dong,LIUZhen-ya.ABurstHeightCalculationMethod ...北京理工大学科研学术 本站小编 Free考研考试 2021-12-21光电互联PCB随机振动响应分析
成磊,周德俭,吴兆华.光电互联PCB随机振动响应分析[J].北京理工大学学报(自然科学版),2017,37(6):631~636.CHENGLei,ZHOUDe-jian,WUZhao-hua.AnalysisonRandomVibrationResponseofPhotoelectricPCB[J ...北京理工大学科研学术 本站小编 Free考研考试 2021-12-21低噪声、宽谱响应的碳纳米管薄膜-石墨烯复合光探测器
低噪声、宽谱响应的碳纳米管薄膜-石墨烯复合光探测器李子珅,刘旸,许海涛,魏楠,於菪珉,王胜纳米器件物理与化学教育部重点实验室,北京大学电子学系,北京100871收稿日期:2015-01-26修回日期:2015-05-14出版日期:2016-05-20基金资助:国家重点基础研究发展计划(2011CB9 ...北京大学科研学术 本站小编 Free考研考试 2021-12-20