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第 26 卷第 10 期半导体学报 Vol. 26 No. 10
2005 年 10 月 CHIN ESE J OURNAL OF SEMICONDUCTORS Oct. ,2005
MS/ RF CMOS 工艺兼容的光电探测器
黄家乐1 毛陆虹1 陈弘达2 高鹏2 刘金彬2 雷晓荃1
(1 天津大学电子与信息工程学院, 天津 300072)
(2 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083)
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摘要: 为实现光纤通信系统中的单片光电集成,采用工业标准工艺设计了硅基光电探测器,讨论了光电探测器的
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机理,提出了五种新的探测器结构,并采用 TSMC 0 18μm MS/ RF CMOS 工艺进行了流片. 利用半导体测试仪对
芯片进行了测试,包括探测器的暗电流、响应度和结电容,并分析了深 n 阱、浅沟槽隔离等工艺步骤对探测器参数
的影响. 结果表明,利用标准 MS/ RF CMOS 工艺实现的光电探测器具有良好的特性.
关键词: 单片集成; MS/ RF CMOS 工艺; 硅光电探测器; 暗电流; 响应度; 结电容
: 4250 ; 2560B
中图分类号: TN215 文献标识码: A 文章编号: 0253 4177 (2005) 10 1995 06
工作速度高而灵敏度低的原因是硅的吸收深度约为
1 引言 14μm ,最好需要深度为几μm 的耗尽区. 而在亚微
米 CMOS 工艺中,阱的深度只有零点几μm ,源漏结
新型半导体材料和高速光电探测器件、电路以更浅,浅阱使得响应度极低,而且衬底噪声不易消
及工艺技术和光纤通信系统的迅速发展,为现代化除,通过衬底的耦合,造成暗电流较大,从而灵敏度
光纤网络奠定了基础. 在光纤通信系统中,单片光电降低. Zimmermann 等人[3 ] 使用用户定制的 1μm
集成(O EIC) 是实现高速光通信的根本出路. 使用单 CMOS 工艺做出 1 G bit/ s 速率的光接收机,采用纵
片集成的主要目的是提高系统速度,因为它最大限向 pin 光电二极管,响应度做到 0 48A/ W ,光接收
度地消除了由封装和互连线等引起的寄生参量的影灵敏度为- 15 4dBm. 虽然得到了较高的响应度和
响. 利用硅制作的光电探测器与接收电路单片集成灵敏度,但是采用了用户定制的 CMOS 工艺,不能
电路不仅有光电转换功能和放大功能,而且由于硅使用标准集成电路工艺进行流片,势必将增加成本.
集成电路的成熟,可以方便地引入电子的逻辑处理、本课题组已经对标准 CMOS 工艺的光电二极
存储和智能控制功能,充分利用了电子电路的多功管探测器结构进行了深入的研究,并在商用 CMOS
能性. 目前,硅光电探测器单片集成电路已经被应用工艺线上流片成功. 实际测试结果表明,此种光电探
在 CD ROM 、数字化视频光盘(DVD) 、波长在 630 测器频率响应在 1 GHz 以上[4 ,5 ] ,但探测器的暗电
~850nm 通过塑料光纤传送的数字系统[1 ] 以及短流、响应度等关键指标还不能获得满意的结果. 鉴于