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SOI光电子集成技术 1）SOI 2）光电子集成电路 3） SOI集成光电子器件 SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅）技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层氧化层。 通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势。 因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。此外，SOI材料还被用来制造MEMS光开关，用于微机械加工技术。 结构功能 　　通常根据在绝缘体上的硅膜厚度将SOI分成薄膜全耗尽FD（Fully Depleted）结构和厚膜部分耗尽PD（Partially Depleted）结构。由于SOI的介质隔离，制作在厚膜SOI结构上的器件正、背界面的耗尽层之间不互相影响，在它们中间存在一中性体区，这一中性体区的存在使得硅体处于电学浮空状态，产生了两个明显的寄生效应，一个是翘曲效应即Kink 效应，另一个是器件源漏之间形成的基极开路NPN寄生效应。 结构功能 　　如果将这一中性区经过一体接触接地，则厚膜器件工作特性便和体硅器件特性几乎完全相同。而基于薄膜SOI结构的器件由于硅膜的全部耗尽完全消除翘曲效应，且这类器件具有低电场、高跨导、良好的短沟道特性和接近理想的亚阈值斜率等优点。因此薄膜全耗尽FDSOI是非常有前景的SOI结构。 SOI的优势 　　SOI 在器件性能上具有以下优点： 　　1) 减小了寄生电容，提高了运行速度。与体硅材料相比，SOI 器件的运行速度提高了20-35%； 　　2) 具有更低的功耗。由于减少了寄生电容，降低了漏电，SOI 器件功耗可减小35-70%； SOI的优势 3) 消除了闩锁效应； 4) 抑制了衬底的脉冲电流干扰，减少了软错误的发生； 5) 与现有硅工艺兼容，可减少 13-20%的工序。 1）SOI 2）光电子集成电路 3） SOI集成光电子器件 光电子集成电路按功能分主要有电光发射集成电路和光电接收集成电路。前者是由电光驱动电路、有源光发射器件、导波光路、光隔离器、光调制器和光开关等组成；后者是由光滤波器、光放大器、光-电转换器以及相应的接收电路和器件集合而成。 光电子集成电路从结构上可分为单片集成型和混合集成型两类。 前者是把光和电功能的器件都集成在单片上；后者则侧重光学元件的集成，然后再引入相应电路的电子器件。 　光电子集成电路的优点是器件之间拼接紧凑，既能减弱因互连效应引起的响应延迟和噪声，从而提高传递信息的容量和高保真度，又能使器件微型化，便于信息工程的应用。 Si基光电子集成是集成电路研究的一个重要方向，由于硅加工工艺和CMOS电路工艺极其成熟，硅基集成光学的研究主要集中在三个方面： （1）SiO2光波导回路； （2）SiGe（锗硅合金）/Si光波导器件； （3）SOI光波导器件。 SiGe（锗硅合金）/Si波导中SiGe和Si晶格失配，波导层SiGe不可能生长的太厚，因此SiGe/Si光波导同光纤的耦合效率很低。 SOI材料的制作工艺更成熟，顶层Si膜的厚度是不受限制的，可制作大截面尺度的SOI光波导，从而降低耦合损耗。 SOI材料用于光波导器件有许多优越性： 1、与Si工艺兼容，便于电子和光子集成； 2、能制作三维结构，可大规模集成； 3、损耗小，具有良好的波导特性； 4、用于光互连，光学回路的运算速度比电子回路快104倍； 5、抗辐射，能在空间或军事上应用。 1）SOI 2）光电子集成电路 3） SOI集成光电子器件 SOI材料被称为二十一世纪的微电子材料，同时由于集成SOI光电子工艺与标准CMOS工艺完全兼容，SOI技术为实现低成本高集成度的光电子回路提供了可能，因此基于SOI的集成光电子器件一直是集成光学中的一个重要组成部分。 SOI集成光电子器件的发展以及一些研究进展： SOI光波导， SOI光波导耦合器， SOI光波导开关，相位阵列波导光栅（PAWG）等。 SOI光波导 基本结构如图，有平面和条形两种。条形结构中研究最多的是脊形结构，脊形波导可以实现大截面尺寸的单模SOI波导，大大减小波导与光纤的耦合损耗。 弯曲波导在集成光学中也非常重要。为减少器件尺寸，总希望弯曲波导的弯曲半径尽量小。通常波导弯曲会导致光场向衬底泄露，和波导的侧向辐射损耗。采用锥形结构可减少弯曲波导的最小弯曲半径。 SOI光波导耦合器 集成光学中的一种重要单元器件 传统的波导耦合器有Y分支器和定向耦合器 SOI光波导耦合器 多模波导干涉耦合器（Multimode Interference Coupler, MM