SOI基CMOS RCE光電探測器結構與特性研究.pdf

1、近年來，光互連技術以高速、高帶寬、低串擾和低功耗等優(yōu)勢備受關注，尤其是在甚短距離光傳輸領域中。CMOS集成電路及工藝平臺推動了硅基光電探測器、CMOS光接收電路乃至集成光系統(tǒng)的發(fā)展，高速高靈敏度的850nm光波長 CMOS光電探測器結構及模型成為實施甚短距離光互連的關鍵之一。因此，研究SOI CMOS兼容的高性能的光電探測器，及其相關工藝、制造，具有非常重要的現(xiàn)實意義。
　　本文以 SOI CMOS工藝為載體，提出可用于850nm

2、波長光電集成電路（OEIC）的高速高靈敏度低成本的SOI基諧振腔增強型（Resonant Cavity Enhanced Photodetector：RCE）光電探測器結構，對光電探測器的工藝實現(xiàn)、器件結構、軟件仿真及版圖設計等方面展開研究工作。主要的研究工作及創(chuàng)新點如下：
　　1、提出了一種新的SOI基CMOS諧振腔增強型光電探測器結構，以0.5μmCMOS工藝為工藝流程載體，給出優(yōu)化的 SOI基光電探測器結構參數(shù)，力求解決硅基

3、光電探測器量子效率低和工作帶寬窄的問題；
　　2、研究SOI基光電探測器的光電轉換機理及載流子特性，建立精確的諧振腔增強型光電探測器模型，對器件所用到的Si片材料、諧振腔的DBR反射鏡以及整體結構等作了研究和分析，實現(xiàn)模型與物理結構尺寸之間的可縮放性映射。并基于MATLAB與TCAD軟件進行數(shù)值模型仿真與工藝仿真的結果進行對比；
　　3、考察SOI基諧振腔增強型光電探測器物理尺寸多維變化對其性能的影響，將頂部有“網格狀有源區(qū)

4、”結構、“條柵狀有源區(qū)”結構加入 DBR反射鏡的分析和設計中，通過優(yōu)化設計出光纖通信用SOI基CMOS RCE光電探測器；
　　4、設計了多種 SOI基 CMOS RCE光電探測器的版圖設計，包括三種面積尺寸30μm*30μm、40μm*40μm、50μm*50μm結構，兩種有源區(qū)結構：條柵型的P+結構、網格型的N+結構，以及4種有源區(qū)間距0.8μm、0.9μm、1.0μm、1.1μm結構，因此共有24個不同光電探測器結構。