基于SOI的光电探测器设计与单片集成技术研究
2021-08-19宋鹏汉张有润甄少伟周万礼
电子与封装 2021年8期
宋鹏汉,张有润,甄少伟,周万礼,汪 煜
(1.电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都610054;2.中科芯集成电路有限公司,江苏无锡214072)
1 引言
基于绝缘体上硅(SOI)的光电集成电路技术为新型硅基光电子器件的实现提供了一个与标准硅CMOS工艺完全兼容的坚实的技术基础,SOI工艺技术不仅为超大规模集成电路VLSI提供了技术平台,同时也是硅基光电集成的理想平台,基于SOI的光电子技术在未来的光网络和光信息系统中将发挥不可替代的关键作用,因此为了满足我国军用光电芯片的需求,保证军事、国防安全,有必要发展自主可控的SOI光电集成工艺技术。
在光电子学方面,SOI材料同样具有优异的表现。作为光电集成中光路的基本构成单元,光电探测器结构对集成光子器件的性能有着至关重要的影响。将SOI材料用来制作光电探测器,主要有如下几个优点:在光通信波长范围内,硅材料的吸收长度通常为几十微米,SiO2作为绝缘层可以隔离衬底深处产生的光生载流子,具有更高的可控性;与标准硅CMOS工艺兼容,使其可以使用先进大规模集成电路的工艺技术进行制造,还可实现片上光电器件的集成。这些技术优势推动了SOI光电探测器特性的深入研究,并引发了诸多基于SOI的光子集成器件的发展[1-3]。
2009年,波士顿大学报道了一种基于SOI谐振腔结构的光电探测器,850 nm波长下量子效率为34%[4]。2013年,隆德大学基于65 nm CMOS工艺开发的体硅光电二极管在850 nm波长的条件下响应度达到0.16 A/W,带宽为6 MHz[5]。……
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