光电晶体管体偏置MOSFET设计及应用的研究及其在光学测量中的潜在价值

科学讲座4（2022）100098光电二极管体偏置MOSFET，增益可调范围为1至106，动态范围超过160 dB，支持光学测量应用王凯，高超中山大学电子与信息学院光电材料与技术国家重点实验室，显示材料与技术省重点实验室，广东自动清洁装置保留字：PD体偏置MOSFET高增益宽动态范围可调增益宽频谱A B标准光学传感器已被发现在许多测量应用的科学仪器和万用表。 为了实现高增益，通常使用诸如光电倍增管（PMT）、雪崩光电二极管（APD）和光电晶体管的器件。具有>105的高增益的光电倍增管体积大且具有高功耗。紧凑型APD往往具有高散粒噪声和强温度依赖性。另一方面，光电晶体管利用双极结型晶体管（BJT）的电流放大，不需要高电场即可获得10-100的增益。在这里，这项工作解决了一个新的光学传感器的设计与可调增益从1到10 -6和超过160 dB的宽动态范围该传感器基于光调制体偏置效应，可采用普通CMOS工艺制作本文的视频可以在j.sctalk.2022.100098上找到。https://doi.org/10.1016/图和表图1.一、（a）PD-MOS的示意性截面图;（b）PD-MOS的等效电路。通讯作者。电子邮件地址：Wangkai23@mail.sysu.edu.cn（K. Wang）。h tt p：//dx. 多岛或g/10。1016/j。我的天啊。20 22. 1 0 0 09 8接收日期：2022年10月18日;接收日期：2022年11月12日;接受日期：2022年11月20日27 7 2 - 56 93/©2022TheA ut hors. 由E lsevierL td提供。 这是CCBY许可证下的一项操作（http：//creaitivecommons.com/）。或g/li ce ns s/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表科学讲座杂志首页：www.elsevier.es/sctalkK. Wang，C. 高科学讲座4（2022）1000982图二、（a）示出了测量的PD-MOS的转移特性。（b）示出了在黑暗、100 pW/cm2、1 nW/cm2和10 nW/cm2的光强度下的放大曲线。（c）示出了PD-MOS在关断状态和亚阈值区域中的线性在这两种情况下，可以发现光强度和输出电流之间的准线性相关性图3.第三章。 说明了PD-MOS的测量响应时间。表1各种探测器的综合比较。PD标牌APD/SiPM光敏三极管PD-MOS参数[SFH2703，欧司朗][C-或J-系列，在半][BPX 38系列，OSRAM]灵敏度（A/W）粤ICP备05016660号动态范围（dB）<$100 <$100 <$140 <$160Typ.暗电流<$0.1nA <$10nA 20光谱响应范围400噪声等效功率<$3.6fW/Hz1/2<$10fW/Hz1/2<$18fW/Hz1/2<$1fW/Hz1/2功耗0.5n（备用）−10μ（W/传感器）100n（备用）−35 m（W/传感器）100n（备用）−10 m（W/传感器）100p（备用）−10μ（W/传感器）尺寸和外形尺寸中型小型K. Wang，C. 高科学讲座4（2022）1000983致谢这项工作是由中国国家自然科学基金资助的，基金编号为62274186。申报利益作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。进一步阅读[1] Y. Qi，Y.Xu，X.Zhou等人，用于光子计数的硅球光电二极管体偏置MOSFET的设计与建模[C]//2019年电子器件技术与制造会议（EDTM），IEEE，2019452-45 4.[2] Y. Qi，X.Liu，Z.Feng等人，[C] 2021 IEEE International Electron Devices Meeting（IEDM），IEEE，2021 23.3. 1-23.3. 四、[3] Z. 冯，Y.Qi，K.Su等人，基于视网膜光感受器的12×12阵列成像器[C]//2022第六届IEEE电子器件技术&制造会议（EDTM），IEEE，2022 189-19 1.[4] X.Liu ， Z. 冯 ， Y.Qi 等 人 ， [C]//2021IEEEInternationalConferenceonIntegratedCircuits，Technologies and Applications（ICTA），IEEE，2021 173-174.[5] Q. 杨，Z.Feng角Gao等人，引用该论文张文，等.基于随机存取有源像素的视网膜图像传感器阵列[J]. Soc.10（2022）885-892。[6] 数据表PD [SFH 2703，OSRAM]。[7] 数据表APD/SiPM [C或J系列，On Semi].[8] 数据表光电晶体管[BPX 38系列，OSRAM].王凯先生现为中国中山大学电子与信息技术学院正教授及美国卡内基梅隆大学电子与计算机工程系兼职教授他获得了学士学位。2000年毕业于华中科技大学电气工程专业，获硕士学位。&SC.2003年毕业于大连理工大学微电子固态电子专业&他获得了博士学位。D. 于2008年获得加拿大滑铁卢大学电气计算机工程学位，其后获委任为NSERC职位，&在加入Apple Inc.之前，他一直在加拿大Thunder Bay健康科学中心2011年8月在在苹果公司，他参与了iPad和Apple Watch等各种Apple产品的触摸传感器开发。他目前的研究重点是薄膜晶体管的新兴应用，包括平板X射线成像、生物医学传感器、指纹生物识别、触觉传感器、能量收集、传感器接口等。他发表了70多篇期刊论文/会议论文集，并与人合著了20项专利（9项获奖）。他曾担任过副编辑，IEEE/OSA Journal of Display Technology，2013年至2016年，是IEEE，SPIE和SID的活跃成员高超先生现于中国中山大学电子与信息技术学院攻读博士学位，导师为王凯教授。彼于二零一八年获他目前的研究课题是基于CMOS技术的生物启发光学传感器和成像器。