SOI基谐振腔增强型光电探测器结构、特性及模型研究

近年来，光互连技术以高速、高带宽、低串扰和低功耗等优势备受关注，尤其是在甚短距离光传输领域中。CMOS集成电路及工艺平台推动了硅基光电探测器、CMOS光接收电路乃至集成光系统的发展，高速高灵敏度的850nm光波长CMOS光电探测器结构及模型成为实施甚短距离光互连的关键之一。本项目以SOI CMOS工艺为载体，提出可用于850nm波长光电集成电路（OEIC）的高速高灵敏度低成本谐振腔增强型光电探测器结构，给出优化的SOI基光电探测器结构参数，从根本上解决硅基光电探测器量子效率低和工作带宽窄的问题；研究SOI基光电探测器的光电转换机理及载流子特性，建立精确的谐振腔增强型光电探测器模型，实现模型与物理结构尺寸之间的可缩放性映射；考察SOI基谐振腔增强型光电探测器物理尺寸多维变化对其性能和成品率的影响，以期解决基于SOI CMOS工艺进行高性能、低成本和高成品率OEIC CAD这一基础问题。

近年来，光互连技术以高速、高带宽、低串扰和低功耗等优势备受关注，尤其是在甚短距离光传输领域中。CMOS集成电路及工艺平台推动了硅基光电探测器、CMOS光接收电路乃至集成光系统的发展，高速高灵敏度的850nm光波长CMOS光电探测器结构及模型成为实施甚短距离光互连的关键之一。本项目以SOI CMOS工艺为载体，提出了可用于850nm波长光电集成电路（OEIC）的新型谐振腔增强型光电探测器结构，在不降低工作带宽基础上最优化结构参数的SOI基光电探测器件的量子效率性能理论上可超过50%，响应度可达到0.4A/W，相比常规无谐振腔CMOS光电探测器提高了1.7-1.9倍；开展了SOI基光电探测器谐振腔反射镜结构和特性研究，建立了谐振腔反射镜反射率与薄膜材料、薄膜材料层数、介质折射率等之间的计算方法；开发了一套项目可实现的SOI CMOS谐振腔增强型光电探测器的工艺流程，同样该器件的量子效率要比无谐振腔的CMOS PD器件（该结构量子效率仅为3%左右）要高将近一倍，并完成了空间调制SML、Lateral PIN、双光电型等SOI基光电探测器件结构和版图设计；研究SOI基光电探测器的光电转换机理及载流子特性，建立了精确的谐振腔增强型光电探测器模型，实现模型与物理结构尺寸之间的可缩放性映射，同时也可实现器件性能的有效预测；完善了SOI 基谐振腔增强型光电探测器精确的在片测试技术、去嵌方案和模型参数提取流程；本项目的开展为基于SOI CMOS工艺进行高性能、低成本和高成品率OEIC设计提供了有力的支持，大大增加了OEIC中增加光电探测器的可能性。