基于0.35 μm高压CMOS工艺的横向线性雪崩光电二极管

提出了一种基于0.35 μm高压CMOS工艺的线性雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode, APD）。APD采用了横向分布的吸收区-电荷区-倍增区分离（Separate Absorption, Charge and Multiplication, SACM）的结构设计。横向SACM结构采用了高压CMOS工艺层中的DNTUB层、DPTUB层、Pi层和SPTUB层,并不需要任何工艺修改,这极大的提高了APD单片集成设计和制造的自由度。测试结果表明,横向SACM线性APD的击穿电压约为114.7 V。在增益M = 10和M = 50时,暗电流分别约为15 nA和66 nA。有效响应波长范围为450 ~ 1050 nm。当反向偏置电压为20 V,即M = 1时,峰值响应波长约为775 nm。当单位增益 （M = 1） 时,在532 nm处的响应度约为最大值的一半。     

基于0.5μm CMOS工艺的高压器件

近年来,驱动类、音响类、接口类电路产品系列是CMOS集成电路发展的一个重要方向,这些电路中特有的高低压兼容结构是其重要的特点.相应地高低压兼容CMOS工艺技术应用也越来越广泛.本文研究了与常规CMOS工艺兼容的高压器件的结构与特性,在结构设计和工艺上做了大量的分析和实验,利用n-well和n管场注作漂移区,在没有增加任何工艺步骤的情况下,成功地将高压nMOS,pMOS器件嵌入在商用3.3/5V 0.5μm n-well CMOS工艺中.测试结果表明,高压大电流的nMOS管BVdssn达到23～25V,P管击穿BVdssp>19V.     

0.35μm CMOS多晶硅栅刻蚀工艺研究

本文主要研究0.35μm CMOS多晶硅栅刻蚀工艺中“硅LOSS”及“T腰”问题的形成机理.在不改变产品工艺流程的前提下,对多晶硅栅刻蚀工艺进行优化,提出“两步ME法”优化了刻蚀形貌,改善了硅LOSS、T腰的问题.满足0.35μm CMOS多晶形貌及工艺要求,具有一定的理论指导和实际意义.     

基于0.5μm CMOS工艺的高压器件

近年来,驱动类、音响类、接口类电路产品系列是CMOS集成电路发展的一个重要方向,这些电路中特有的高低压兼容结构是其重要的特点.相应地高低压兼容CMOS工艺技术应用也越来越广泛.本文研究了与常规CMOS工艺兼容的高压器件的结构与特性,在结构设计和工艺上做了大量的分析和实验,利用n-well和n管场注作漂移区,在没有增加任何工艺步骤的情况下,成功地将高压nMOS,pMOS器件嵌入在商用3.3/5V 0.5μm n-well CMOS工艺中.测试结果表明,高压大电流的nMOS管BVdssn达到23～25V,P管击穿BVdssp>19V.     

平面型APD抑制边缘击穿的方法研究

雪崩光电二极管(APD)作为一种具有内部增益的光电探测器,被广泛地应用于光纤通信领域,其中平面型APD具有暗电流低、可靠性高等优点而被大量研究。但是平面型APD边缘处由于高电场易被提前击穿,影响器件性能。文章对抑制平面型APD边缘击穿的不同方法进行了综述,指出它们的结构差别,并重点介绍保护环法的原理及保护环各个参数的优化。     

硅基APD器件的工艺及性能仿真分析

硅基APD 的性能取决于其器件结构与工艺过程。文中对n+-p--p+外延结构的APD 器件的工艺和器件性能进行了仿真分析,为硅基APD 器件的设计提供了理论指导。利用Silvaco 软件对APD器件的关键工艺离子注入和扩散工艺进行了仿真, 确定工艺参数对杂质的掺杂深度和掺杂分布的影响。并且,对于APD 器件的性能进行了分析,对电场分布、增益、量子效率、响应度等参数进行了仿真分析。仿真结果表明:在给定的器件参数条件下,所设计的APD器件的增益为100时,响应度峰值为55A/W左右,在600~900 nm 范围内具有较高响应度,峰值波长在810 nm。     

Ge/Si波导集成型APD器件的仿真分析

设计了一种Ge/Si波导集成型雪崩光电二极管(APD).器件采用将Si波导层置于Ge吸收层之下的结构,光经波导层进入吸收层只需一次耦合,降低了光的损耗,提高了光的吸收率和光电流.采用silvaco软件对器件的结构和性能进行仿真,结果表明:器件的雪崩击穿电压为-28 V,最大内量子效率达到89％,在1.15～1.60 μm范围内具有较高响应度,峰值波长位于1.31μm,单位响应度最高达0.74 A/W,3 dB带宽为10 GHz.     

一种高带宽NP 型CMOS APD 的研究

提出了一种高带宽的硅基CMOS雪崩光电二极管(APD)器件。该器件在N阱/P衬底基本结构的基础上,增加一个N型深掩埋层,并在该掩埋层单独加上电压,以减小载流子的输运时间。通过理论分析确定了器件的结构参数,通过器件性能的仿真分析对相关参数进行了优化设计。仿真结果表明:采用标准0.18 m CMOS工艺,所设计的APD器件的窗口尺寸大小为20 m20 m,在反向偏压为16.3 V时,器件的雪崩增益为20,响应度为0.47 A/W,3 dB带宽为8.6 GHz。     

平面型InGaAs/InP APD边缘提前击穿行为的抑制

平面型雪崩光电二极管(APD)在结弯曲处具有高的电场,导致在结边缘的提前击穿.运用FEMLAB软件对不同工艺流程制备的三种不同结构平面型InP/InGaAs APD的电场分布进行了二维有限元模拟,在表面电荷密度为5×1011cm-2时分析了吸收层厚度、保护环掺杂浓度、保护环和中央结纵向及横向间距等因素对边缘提前击穿特性的抑制程度.比较了这三种结构的InP/InGaAs APD在边缘提前击穿的抑制特性的优劣.通过理论研究对平面InP/InGaAs APD进行了优化.     

一种应用于可见光通信系统的高带宽CMOS APD

采用标准的0.18μmCMOS工艺,设计了一种新型的应用于可见光通信系统的雪崩光电二极管(APD).相较于传统的CMOS APD,该器件在深n阱/p衬底的结构基础上增加一层p阱,再在其上分别离子注入一层n+/p+层作为器件的雪崩击穿层,并且采用STI结构来防止器件边缘过早击穿.仿真结果表明,器件的雪崩击穿电压为9.9 V,暗电流为1×10-12 A,3 dB带宽为5.9 GHz,响应度为1.2 A/W.由于STI保护环和短接深n阱/p衬底的结构设计,器件暗电流较传统结构CMOS APD降低了 2个量级,且带宽提高了约10％.     

Fully differential optoelectronic integrated receiver implemented by 0.35μm standard CMOS process

A high-bandwidth, high-sensitivity fully differential optoelectronic integrated receiver is implemented in a chartered 3.3 V standard 0.35μm analbg CMOS process. To convert the incident light into a pair of fully differential photo-currents, a novel fully differential photodetector is proposed, which is composed of two completely identical photodiodes. The mea- surement results show that the receiver achieves a 1.11 GHz 3 dB bandwidth and a -13 dBm sensitivity for a 10-12 bit error at 1.5 Gb/s data rate under illumination by 850 nm incident lights.     

碲镉汞APD平面型PIN结构仿真设计研究

碲镉汞(HgCdTe)线性雪崩焦平面因其相对低的过剩噪声、较小的工作电压、线性可调等优点,得到了广泛关注。基于电子雪崩中波HgCdTe PIN二极管结构,开展暗电流模型和Okuto-Crowell增益模型仿真。通过改变器件材料结构参数模拟不同电压下的暗电流和增益特性。计算讨论了不同I区(本征区)厚度和载流子浓度对器件暗电流和增益的影响。结果表明结区峰值场强的变化会导致直接隧穿(BBT)电流产生率数量级上的剧烈变化;增加I区厚度和降低I区掺杂浓度可有效抑制BBT电流;增益随场强的变化趋势与BBT电流随场强的变化趋势一致;因此抑制BBT电流的措施会造成增益性能的下降,需要优化参数以获得最佳性能。综合考虑暗电流和增益性能,I区的厚度应不小于3μm,I区浓度需控制在5×10¹⁴cm^-3以下。单元中波APD的增益实验结果与仿真数据较好地吻合,表明了理论模型的正确性。     

1.54μm APD光电探测器组件的研制及应用

主要从长波长人眼安全测距方面讨论和研究了InGaAs雪崩光电二极管的前置放大器的电路原理和参数的设计以及光电探测器组件混合集成.着重从激光测距方面的应用探讨了由InGaAs雪崩光电二极管组成的激光接收器的应用电路的选择和设计.从测距使用的角度对InGaAs雪崩光电二极管的光电特性与偏置电压的关系进行了测试,从而了解该器件与硅雪崩二极管的光电性能的差异,从而为更好的应用InGaAs雪崩光电二极管提供参考和依据.研制的InGaAs雪崩光电二极管探测器组件及接收器在激光测距机中进行了测距应用,在激光能量为7毫焦耳测距集中进行测距,初步达到了要求.     

一种低暗计数率CMOS单光子雪崩二极管

基于标准0.18μm CMOS工艺设计了一种新型单光子雪崩二极管(SPAD)器件。该SPAD以p-well/n-well轻掺杂雪崩结作为器件的核心工作区域,同时利用三个相邻n阱间的横向扩散在pn结边缘形成n-虚拟保护环以提高器件的性能。采用Silvaco软件对该器件的电场分布、响应度、击穿电压、光子探测效率和暗计数率等性能参数进行了仿真分析。仿真结果表明:当SPAD器件的光窗口直径为20μm且n阱间隙宽度为1.4μm时,其雪崩击穿电压为13V;在过偏压为1V时,其探测效率峰值和暗计数率分别为37%和0.82kHz;在450~700nm波长范围器件的响应度较好,且在500nm处达到峰值0.33A/W。     

0.5μm SOI CMOS工艺开发与器件建模

对0.5 μm SOI CMOS工艺进行了开发,得到一套完整良好的工艺流程参数.根据流片测试结果,进行SOI CMOS器件的建模;利用BSIMproPlus软件中的BSIMSOI MOS模型,根据MOS管宽长比进行器件分类和建模,得到模型参数.对于部分耗尽SOI器件的固有浮体效应和kink效应,采用体接触方法来缓解其负...     

2.4GHz 0.35μm CMOS Gilbert下变频器

利用0 35μm CMOS工艺实现了一种用于低中频接收机的Gilbert型下变频器.其中,混频器的输出级采用折叠级联输出,射频信号、本振信号和中频信号的频率分别为2 452GHz,2 45GHz和2MHz.测试表明:在3 3V电源电压条件下,整个混频器电路消耗的电流约为4mA,转换增益超过6dB,输入1dB压缩点约为-11dBm.     

基于SMIC 0.13μm CIS工艺的单光子TOF传感器像素设计

设计了一种基于SMIC 0.13μm CIS工艺的单光子飞行时间(TOF)传感器像素结构。针对传统单光子雪崩二极管(SPAD)结构的不足,采用p阱和STI共同作为保护环,避免器件提前发生边缘击穿从而减小器件面积,增加深n阱使有源区耗尽层变窄,从而降低雪崩击穿电压,增加硅外延层将器件的光谱响应峰值转移到所需要的光波长,以此提高器件对指定波长光的吸收能力。通过浮动SPAD阳极电压的方式,采用低压CMOS晶体管实现主动式淬灭电路从而快速地控制雪崩电流淬灭,以达到缩短死区时间的目的。通过SILVACO TCAD和Cadence IC设计套件对工艺、像素器件结构以及相关电路进行仿真,验证了该设计的可行性。     

基于标准CMOS工艺线性APD倍增区的优化仿真

采用标准CMOS工艺制备的n~+-p-π-p~+结构的线性APD,其倍增区p层的掺杂分布极大地影响着器件的性能.采用Silvaco仿真软件对倍增区p层进行了设计仿真,研究了p层的注入剂量和注入峰值浓度深度对器件特性的影响.仿真结果表明,设定器件增益为50,在p层的最佳注入剂量为1.82×10~(12)/cm~2,峰值浓度深度为2.1μm左右的最佳工艺条件下,器件的工作电压为73.1 V,过剩噪声因子为4.59,过剩噪声指数在0.34~0.45之间(波长λ=800 nm),优于目前已报道的结果.通过工艺的优化,器件的性能可以得到进一步提高.