一种基于018μmCMOS工艺的高响应度APD.PDF

第４７卷　 第１期　 　　　　　　　　　　　　　　激 光 与 红 外 Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．１ 　 ２０１７年１月　　　 　 　　　　　　　　　　ＬＡＳＥＲ　＆　ＩＮＦＲＡＲＥＤ Ｊａｎｕａｒｙ，２０１７ 　　文章编号：１００１５０７８（２０１７）０１００６２０５ ·红外材料与器件 · 一种基于０１８ ｍＣＭＯＳ工艺的高响应度ＡＰＤ μ 王　巍，陈　丽，鲍孝圆，陈　婷，徐媛媛，王冠宇，唐政维 （重庆邮电大学 光电工程学院／国际半导体学院，重庆４０００６５） 摘　要：设计了一种基于０１８ ｍＣＭＯＳ工艺的高响应度雪崩光电二极管（ＡＰＤ）。该ＡＰＤ采 μ 用标准０１８ｍＣＭＯＳ工艺，设计了两个Ｐ＋／Ｎ阱型ｐｎ节，形成两个雪崩区以产生雪崩倍增 μ 电流。雪崩区两侧使用ＳＴＩ（浅沟道隔离）结构形成保护环，有效地抑制了ＡＰＤ的边缘击穿； 并且新增加一个深Ｎ阱结构，使载流子在扩散到衬底之前被大量吸收，屏蔽了衬底吸收载流 子产生的噪声，用以提高器件的响应度。通过理论分析，确定本文所设计的ＣＭＯＳ－ＡＰＤ器件 光窗口面积为１０ ｍ×１０ ｍ，并得到了器件其他的结构和工艺参数。仿真结果表明：ＡＰＤ工 μ μ 作在４８０ｎｍ波长的光照时，量子效率达到最高９０％以上。在加反向偏压－１５Ｖ时，雪崩增益 为７２，此时响应度可达到２９６Ａ／Ｗ，３ｄＢ带宽为４８ＧＨｚ。 关键词：ＣＭＯＳ－ＡＰＤ；雪崩增益；响应度；带宽 中图分类号：ＴＮ３６４２　　文献标识码：Ａ　　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１５０７８．２０１７．０１．０１２ ＨｉｇｈｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙＡＰＤｂａｓｅｄｏｎ０１８ ｍＣＭＯＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ μ ＷＡＮＧＷｅｉ，ＣＨＥＮＬｉ，ＢＡＯＸｉａｏｙｕａｎ，ＣＨＥＮＴｉｎｇ，ＸＵＹｕａｎｙｕａｎ，ＷＡＮＧＧｕａｎｙｕ，ＴＡＮＧＺｈｅｎｇｗｅｉ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｏｓｔｓａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００６５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｈｉｇｈｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙＡＰＤｂａｓｅｄｏｎ０１８ ｍｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（ＣＭＯＳ）ｐｒｏｃｅｓｓｉｓ μ ｄｅｓｉｇｎｅｄＷｉｔｈｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄ０１８ ｍＣＭＯＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｗｏＰ＋／Ｎｗｅｌｌｔｙｐｅｐｎｊｕｎｃｔｉｏｎｓａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｆｏｒｍｔｗｏ μ ａｖａｌａｎｃｈｅｒｅｇｉｏｎｓｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｄｕｃｅａｖａｌａｎｃｈｅｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｇｕａｒｄｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｆｏｒｍｅｄｗｉｔｈＳＴＩ （ＳｈａｌｌｏｗＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏｎ）ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｂｏｔｈｓｉｄｅｓｏｆｔｈｅａｖａｌａｎｃｈｅｒｅｇｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｒｅｓｔｒａｉｎｓｔｈｅｅｄｇｅｂｒｅａｋｄｏｗｎｅｆｆｅｃ ｔｉｖｅｌｙＡｄｅｅｐＮｗｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅＡＰＤｔｏａｂｓｏｒｂａｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｏｆｃａｒｒｉｅｒｓｂｅｆｏｒｅｔｈｅｙｓｐｒｅａｄｔｏ ｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ，ｗｈｉｃｈｓｃｒｅｅｎｅｄｔｈｅｅｘｃｅｓｓｅｄｎｏｉｓｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅＴｈｏｕｇｈｔｈｅｏ