高频成像器和成像电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及由像素矩阵形成的高频成像器，例如，太赫兹成像器。
【背景技术】
[0002]太赫兹成像器是适配于基于太赫兹波(即，具有例如在0.3到3THz之间的频率的波)来捕获场景的图像的设备。诸如在申请人的美国专利申请公开第2014/070103号中所公开的常规成像器包括用于照射待成像场景的太赫兹波发射器和从该场景接收太赫兹波的由像素矩阵构成的传感器。太赫兹成像器被用于大量应用中，其中希望看穿场景的一些材料。实际上，太赫兹波穿透大量介电材料和非极性液体、被水吸收、并且几乎完全被金属反射。太赫兹成像器尤其被用于机场中的安全扫描仪，用于看穿人的衣物或行李，从而例如检测金属物体。
[0003]图1是美国专利申请公开第2014/070103号的图1的复制件。传感器I包括适配于捕获太赫兹波的像素5的矩阵3。行解码器7接收行选择信号9，该行选择信号指示要读取哪一行并向矩阵3的行提供对应的控制信号11。像素矩阵3为矩阵的每列提供输出信号13。输出信号13被耦合到选择并控制每列的输出块15。列的读取由被耦合到输出块15的列解码器17控制，并且在该示例中，列被一个接一个地读取。输出块15提供表示所选的行和列的像素5的值的输出信号19。输出信号19被放大并耦合到模拟到数字转换器21。
[0004]为了分析接收到的信号，该信号与由振荡器23提供的参考太赫兹信号组合。振荡器23被布置在矩阵3的外部并向传感器I的大量像素或全部像素提供相同的太赫兹信号。该振荡器23优选地与太赫兹发射器(未示出)耦合以照射要被分析的场景。
[0005]图2是美国专利申请公开第2014/070103号的图3的复制件，并且图示了传感器I的一个像素5的示例。在该示例中，像素5包括由两个N-MOS晶体管29形成的检测天线25和检测电路27，晶体管的栅极被偏置处于电#Vgate。天线被耦合到图1所示的振荡器23和检测电路27。检测电路27的输出被耦合到行和列选择电路31。选择电路31通过由传感器I的行解码器7提供的信号Rsel并且通过由传感器I的列解码器17提供的信号Csel控制。表示像素5的值的模拟输出信号19能够在耦合到传感器I的转换器21 (图1)的节点COLqut处获得。
[0006]图3是美国专利申请公开第2014/070103号的图5的复制件，表示了太赫兹成像器的频率振荡电路33的示例。电路33包括由奇数N个反相器构成的环形振荡器，N在该示例中为三个。每个反相器包括NMOS晶体管35，NM0S晶体管35的漏极被耦合到节点37，并且NMOS晶体管35的源极被耦合到接地。每个节点37穿过电感器39被耦合到下一晶体管35的栅极，电感器39具有相同的电感值。每个节点37经过电感器43而被进一步親合到相加节点41，全部电感器43具有相同的电感值。相加节点41经由电感器47被耦合到DC电压源45，并且经由电感器51被耦合到发射器33的输出节点49。如图所示，输出节点49例如可以通过电阻器53而被接地。
[0007]在操作中，由环形振荡器生成的信号具有频率F的基波正弦分量和其中之一具有频率N*F的谐波正弦分量。每个电感器43的值被选择以实现中心频率为N*F的带通滤波器，并且具有等于N*F的频率fLQ的输出信号能够在被耦合到太赫兹发射天线的发射器33的输出节点49处获得。
[0008]图4是美国专利申请公开第2014/070103号的第八张附图的部分复制件，其示意性地图示了如结合图3所公开的频率振荡电路33的示例实施方式，但是具有5个反相器而不是3个反相器。在该不例中，每个电感器39、43、51被实施为传输线。
[0009]结合图1至图4公开的太赫兹成像器是被提供用于看穿大宗物体的一些材料的远场成像器，在距物体的远距离处观察，物体具有大于1cm的尺寸，优选大于I米。利用远场成像器得到的图像的分辨率最佳为大约成像器的操作波长，即，在300GHz频率下为Imm并且在3THz频率下为0.lnm。为了提高远场成像器的空间分辨率，可以增加成像器的操作频率。然而，这引起了各种问题。因此，远场太赫兹成像器并不适配于获得具有十分之几微米数量级分辨率的图像。
[0010]近场太赫兹成像器提供要分析的物体的具有十分之几微米数量级分辨率的图像。然而，特别是由于这些成像器使用诸如相干同步加速辐射之类的太赫兹发射源以及诸如椭圆镜之类的光学系统，使得这些成像器实施起来很复杂。Shade等人于2005年发表在Ultrafast Phenomena in Semiconductors and Nanostructure Materials IX，46中的文章“THz near-field imaging of b1logical tissues employing synchrotronradiat1n”中公开了这样的近场成像器的示例。
【实用新型内容】
[0011]因此，将期望提供尽可能简单的近场太赫兹成像器且该近场太赫兹成像器提供具有十分之几微米数量级的分辨率的图像。
[0012]因此，实施例提供了包括像素矩阵的高频成像器，每个像素包括:高频振荡器;定位在距该成像器的激活(active)表面小于振荡器的操作波长的距离处的传输线，传输线的第一端耦合到振荡器;以及耦合到传输线的第二端的读取电路。
[0013]根据实施例，每个像素的读取电路提供表示传输线的阻抗的信号。
[0014]根据实施例，每个像素的振荡器包括第二传输线。
[0015]根据实施例，适配于阻止高频波传播的层至少覆盖第二传输线。
[0016]根据实施例，像素的读取电路提供表示像素的振荡器的频率的信号。
[0017]根据实施例，传输线是微带类型的。
[0018]根据实施例，成像器被适配于以选自0.3至3THz范围内的频率操作。
[0019]实施例还提供了一种成像电路，包括:半导体支撑物;绝缘层，形成在所述半导体支撑物上，所述绝缘层具有激活表面;像素矩阵，形成在所述半导体支撑物和所述绝缘层中，所述像素矩阵包括多个像素，每个像素包括:振荡器电路，具有操作波长;读取电路；以及第一传输线，耦合在所述振荡器电路和所述读取电路之间，所述第一传输线形成在所述绝缘层中、距所述激活表面的如下距离处，该距离小于所述振荡器电路的所述操作波长。
[0020]根据实施例，每个像素的所述第一传输线包括共面传输线。
[0021]根据实施例，每个像素的所述第一传输线包括微带传输线，所述微带传输线包括微带部分和导电带部分，所述微带部分形成在所述绝缘层中、在距所述激活表面所述距离处，并且所述导电带部分形成在所述半导体支撑物的表面上。
[0022]根据实施例，每个像素的所述振荡器电路包括多个第二传输线。
[0023]根据实施例，所述多个第二传输线中的每个第二传输线包括形成在所述绝缘层中的微带传输。
[0024]根据实施例，所述多个第二传输线中的每个第二传输线还包括形成在所述绝缘层的所述激活表面上的屏蔽层。
[0025]根据实施例，所述屏蔽层形成所述激活表面上、在所述振荡器电路之上并且在所述读取电路之上但没有覆盖所述第一传输线。
[0026]根据实施例，所述第二传输线中的每个第二传输线形成所述振荡器电路的电感部件。
[0027]根据实施例，每个振荡器电路包括包含N个反相器的环形振荡器电路，N为奇整数，并且所述第二传输线与所述N个反相器互连。
[0028]根据实施例，所述半导体支撑物包括块状硅衬底和绝缘体上硅衬底中的一种。
[0029]实施例能够提供尽可能简单的高频成像器和成像电路，且该成像器提供具有十分之几微米数量级的分辨率的图像。
【附图说明】
[0030]本公开的前述和其他特征、方面和优点将通过参考附图并通过说明性而非限定性的方式给出的、下面对实施例的详细描述而变得显而易见。
[0031]图1(如上所述)是美国专利申请公开第2014/070103号的图1的复制件，其示意性表示了太赫兹成像器传感器的示例；
[0032]图2(如上所述)是美国专利申请公开第2014/070103号的图3的复制件，其示意性图示了图1的传感器的像素的示例；
[0033]图3(如上所述)是美国专利申请公开第2014/070103号的图5的复制件，其示意性图示了太赫兹频率振荡器电路的示例；
[0034]图4(如上所述)是美国专利申请公开第2014/070103号的第八张附图的复制件，其示例性表示了图3的电路的实施方式的示例；
[0035]图5是表示了根据本公开的实施例的太赫兹成像器的像素的一部分的示意性平面图；
[0036]图6是图5的平面AA的截面图并且表示了成像器的传输线；以及
[0037]图7是图5的平面BB的截面图并且表示了成像器的被屏蔽的传输线。
【具体实施方式】
[0038]在各种附图中，相同的元素由相同的附图标记指代，并且附加地，附图不是按比例绘制。在下面描述中，术语“在…之上”和“比…高”在相应的附图中指代相关元素的定向。除非特别指出，否则，表述“大约”和“以…的数量级”表示在所述值的10%以内，或优选地在5%以内。
[0039]图5是太赫兹成像器的实施例的示意性顶视图，在该图中仅示出了该成像器的一部分。成像器包括像素63的矩阵61，在图5中示出矩阵61的列的3个像素。每个像素包括振荡器(例如，如结合图3和图4公开的)、读取电路65和传输线67。传输线67的一端親合到振