光互连系统光电探测器的设计-微电子学与固体电子学专业论文.docxVIP

摘要 摘要 摘 要 最近几年，光通信已经成为了信息技术革命的奠基石。而实现高速大容量光 通信的唯一出路就是单片光电集成（OEIC）。因为光互连可以最大限度的消除封 装以及模块之间互连所产生的寄生元件﹑外界电磁干扰及噪声的影响。而且，光 互连技术还有体积小、高可靠性、高成品率以及能够实现各种电路功能等优点。 而光电探测器作为系统内部一个重要的组成部分，其性能的好坏对于整个系统会 产生很大的影响。随着信号频率的不断提高，对光电探测器的响应速度的要求也 越来越高。 作者首次提出了两种光电探测器的新结构，解决了响应速度与响应度之间的 制约关系，为高性能的光电探测器的设计提供了备选方案。 本文在分析了光电探测器的基本工作原理，研究了光电探测器的性能指标， 关注了目前报道的应用在光互连系统中的 PIN 光电探测器的基本结构的基础上， 首次提出了一种具有双 MOS 结构的光电探测器。仿真得到量子效率的值会随着 本征硅层厚度的增加而增大，当厚度增大到 50μm 的时候，光电探测器的量子效 率的值会达到 53%的饱和值；因为这种结构不存在光生载流子的扩散运动，因此 其响应速度在相同的耗尽层厚度的情况下相对于传统的 PIN 光探测器有所提高。 同时，该结构因为使用了 MOS 结构，所以其静态功耗为零。接着在具有双 MOS 结构的光电探测器的基础上提出了另一种新型结构的谐振腔增强型双 MOS 探测 器，它是将具有双 MOS 结构的探测器放于谐振腔中。由于谐振腔和双 MOS 结构 联合作用，因此器件可以获得 95%的量子效率；谐振腔的使用减小了耗尽层的长 度，从而减小载流子渡越时间，实现器件的高速响应性能，因此可以获得 121GHz 的 3dB 带宽。这种结构在具有双 MOS 结构光电探测器的优点的同时也具有谐振 腔的优势。 关键词：单片光电集成 双 MOS 结构的探测器 谐振腔 量子效率 Abst Abstract Abst Abstract Abstract In recent years, optical communication has become a cornerstone of the information technology revolution. To achieve high-speed, large-capacity optical communication, the only way is monolithic optoelectronic integrated circuits (OEIC). Because optical interconnect can maximize the elimination of parasitic components, interference of external electromagnetic and impact of noise from the interconnection between the package and the module. Moreover, optical interconnection technology has the advantages of small size, high reliability, high yield, and can achieve a variety of circuit functions etc. As an important part of the system, the performance of the photodetector will have a great impact on the system. With the continuous improvement of the signal frequency, the response speed of the photodetector needs to be faster. In this paper, we propose two kinds of new structure which resolve the constraints between the response speed and responsiveness, and provide options for the design of high-performance photodetector. We make a detailed introduction to the basic structure and principle of the photodetectors, and study the performance indexes of phot