JSSC 2013第9期Image SensorsSiGe

A 032 THz SiGe 4x4 Imaging Array Using High-Efﬁciency On-Chip Antennas Mehmet Uz

本文介绍了一种基于先进SiGe技术的0.32 THz 4x4成像阵列，采用高效片上天线和低噪声CMOS放大器。

平均NEP 34 pW/Hz，响应度18 kV/W，3dB带宽25 GHz，功耗2.4 mW/像素

太赫兹成像阵列SiGe技术片上天线低噪声放大器

▸创新点1：高效片上天线设计（方法创新）。采用符合金属密度规则的高效片上天线，显著提升了太赫兹频段的辐射效率，具体表现为18 kV/W的响应度和25 GHz的3dB带宽，解决了传统天线在THz频段效率低下的问题。

▸创新点2：石英衬底提高辐射效率（材料创新）。通过在成像芯片顶部使用石英衬底，优化了电磁波的辐射特性，使得系统在0.32 THz频段的辐射效率得到显著提升，这一设计在实验测量中验证了其有效性。

▸创新点3：低噪声CMOS放大器集成（电路创新）。将低噪声CMOS运算放大器与SiGe探测器集成，实现了34 pW/Hz的平均噪声等效功率（NEP）和2.4 mW/像素的低功耗表现，显著提升了系统的信噪比和能效。

▸创新点4：准光学测量系统优化（系统创新）。针对THz频段测量的挑战，设计了准光学测试装置，并通过详细的实验数据验证了测量方法的准确性，为后续THz成像系统的开发提供了可靠的测试基准。

Abstract

This paper presents a 0.32 THz 4x4 imaging array based on an advanced SiGe technology. Each pixel is composed of ah i g he fﬁciency on-chip antenna meeting all metal-density rules, w h i c hi sc o u p l e dt oaS i G ed e t e c t o ra n dal o wn o i s eC M O So p e r a - tional ampliﬁer. A quartz superstrate is used on top of the imaging chip to improve the radiation efﬁciency. The array results in an av- erage NEP of 34 pW/Hz at an IF of 10–100 kHz for a detector bias current of 50–150 µA, a res