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新型GaAs/InGaAs量子效应光电探测器读出设计

作　者: 王永攀
导　师: 郭方敏
学　校: 华东师范大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: GaAs/InGaAS量子效应光电探测器读出电路噪声动态范围灵敏度
分类号: TN215
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

针对新型GaAs/InGaAs量子效应光电探测器具有的高灵敏度、大动态范围等优点,设计了CTIA-源极跟随CDS读出结构,针对传统CDS的不足,还设计了可削弱像素串扰的源极跟随CDS电路,应用TSMC0.35μm2P4M n阱CMOS工艺对读出电路进行设计、仿真、版图布局及验证,实现了流片。比较了0.35μm工艺的CTIA读出电路和0.5μm工艺的SI读出电路对接2×8探测器阵列测试结果,获得了积分时间、探测器偏压及光照功率等工作条件与响应电压、噪声等关键参数的关系。测试结果表明CTIA读出条件的探测器偏压稳定,输出信号线性度99.8%,输出信号摆幅超过2V；而SI读出结构的信噪比较高、芯片面积及功耗更小。通过对读出电路改进方案进行了设计与仿真,证明改进设计可以降低读出噪声,提高动态范围和灵敏度。通过对微弱交流信号模拟前端接收放大器的测试结果分析,模拟仿真了加入带隙基准源,为放大器提供基准电压及偏置电压,减少外部环境的影响,用仪表放大器消除共模噪声,用带通滤波器进一步削弱噪声。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第一章绪论  10-12
  1.1 论文研究背景  10-11
  1.2 研究内容与方法  11
  1.3 论文创新点  11-12
第二章量子效应光电探测器读出设计与实现  12-21
  2.1 CTIA读出结构设计与分析  12-18
  2.2 相关双采样(CDS)单元的设计  18-20
    2.2.1 CDS工作原理  18-19
    2.2.2 CDS的设计与改进  19-20
  2.3 本章小结  20-21
第三章量子效应光电探测读出测试与改进  21-36
  3.1 新型GaAs/InGaAs量子效应光电探测器特性  21-22
  3.2 CTIA读出电路与器件对接测试  22-26
  3.3 自积分(SI)读出电路与器件对接测试  26-27
  3.4 CTIA与SI读出结构对比  27-28
  3.5 读出结构改进设计  28-35
    3.5.1 不同积分电容CTIA读出结构的测试与分析  29-30
    3.5.2 增益可调放大器的设计与分析  30-33
    3.5.3 模拟仿真  33-35
  3.6 本章小结  35-36
第四章微弱信号模拟前端接收电路测试与改进  36-49
  4.1 微弱信号模拟前端接收电路的工作原理  36-37
  4.2 微弱信号模拟前端接收电路测试  37-39
  4.3 微弱信号模拟前端接收电路的改进设计  39-47
    4.3.1 带隙基准源的设计  39-43
    4.3.2 仪表放大器设计  43-45
    4.3.3 带通滤波电路设计  45-47
  4.4 本章小结  47-49
第五章总结展望  49-50
参考文献  50-54
附录攻读学位期间发表的学术论文  54-55
致谢  55

新型GaAs/InGaAs量子效应光电探测器读出设计

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