一种用于定量介电常数成像的334 GHz 1024像素实时太赫兹近场成像器

《IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology》：A 334-GHz 1024-Pixel Real-Time Terahertz Near-Field Imager for Quantitative Permittivity Mapping

　　**摘要：**本工作提出了一种基于130 nm SiGe BiCMOS工艺实现的334 GHz实时近场成像系统的建模、校准与实验验证。该传感器由1024个像素组成，排列为32×32矩阵，其中每个像素集成了用于太赫兹照明的射频振荡器、实现与被测材料（MUT）局部相互作用的开口环谐振器（SRR）传感元件，以及用于射频转直流的功率探测器。该架构通过在金属层堆叠（BEOL）中对传感元件进行紧凑的垂直集成，实现了200 pixels/mm2的像素密度。研究开发了一种解析模型，将数字传感器输出与被测材料的介电性质及几何构型相关联。分析表明，单像素响应遵循依赖于介电常数的指数距离衰减规律，而像素间耦合保持在足够低的水平（< ?37 dB），从而在密集阵列中维持像素保真度。实验中研究了温度对传感链路的影响，并提出了一种温度依赖的校准程序以补偿热漂移。通过具有受控介电常数的校准液体样品评估了灵敏度。系统灵敏度采用新引入的噪声等效实介电常数变化NEΔε_re进行量化，其定义为估计实介电常数的传播不确定性，作为所采用的灵敏度指标。在所研究的校准条件下，所提出的传感器实现了0.09至0.19范围内的NEΔε_re值。相对于参考测量，整体介电常数估计精度为0.11。最后，对凝固鸡胸肉组织和介电仿真的近场成像展示了所提出传感器在定量介电表征方面的能力……展开更多