10Gb-s單片OEIC光接收機(jī)及限幅放大器的研制.pdf

1、單片光電集成電路(OEIC：Opoelectronic Integrated Circuits)是指利用微電子和光電子的集成技術(shù)，將光電器件(如激光器和光探測(cè)器)和電學(xué)器件(如場(chǎng)效應(yīng)晶體管和異質(zhì)結(jié)雙極晶體管)集成在同一芯片上的新型器件。通過(guò)減小器件間的互聯(lián)線最大限度地消除了寄生參量的影響，使光電器件的性能和可靠性得到了顯著的提高。具有體積小、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在大容量光纖通信系統(tǒng)、光接入網(wǎng)、微小型光電傳感器、光電傳感器陣列、光計(jì)算

2、機(jī)、光存儲(chǔ)、光開(kāi)關(guān)、光神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
　　 隨著OEIC技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用市場(chǎng)的需求，其未來(lái)的發(fā)展方向與大規(guī)模集成電路一樣，實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從少數(shù)元件到更多元件的集成，最終集光電子器件、前置放大器、主放大器以及時(shí)鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)電路等在一起的高度集成組件。論文即是以此為目標(biāo)，圍繞單片OEIC光接收機(jī)及限幅放大器的研究工作展開(kāi)的，主要的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新之處如下：
　　 (1)完全基于國(guó)內(nèi)的材料外延技術(shù)和PHEMT

3、(贗配高電子遷移率晶體管)工藝技術(shù)，研制出10Gb/s單片OEIC光接收機(jī)，組成形式為金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)光探測(cè)器和電流模跨阻放大器；
　　 (2)深入研究了MSM光探測(cè)器，從國(guó)外研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)的探測(cè)器和電路性能都能達(dá)到很高，但是集成器件的性能卻相差甚遠(yuǎn)，其中一個(gè)非常重要的原因就是探測(cè)器的電容這一關(guān)鍵參數(shù)，制約了單片OEIC器件的整體性能；論文針對(duì)電容這一重要參數(shù)做了進(jìn)一步的詳細(xì)分析，借助于器件仿真軟件ATLAS對(duì)

4、MSM探測(cè)器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)并實(shí)際應(yīng)用于器件的制作；
　　 (3)研究并解決了單片OEIC器件制作的關(guān)鍵工藝，包括臺(tái)面自停止工藝、電子束曝光工藝以及光探測(cè)器的制作工藝等，其中臺(tái)面自停止工藝國(guó)內(nèi)未見(jiàn)報(bào)道；實(shí)現(xiàn)了常規(guī)GaAs PHEMT單片微波集成電路(MMIC)工藝與MSM探測(cè)器工藝的兼容，為今后實(shí)現(xiàn)單片OEIC的標(biāo)準(zhǔn)化工藝積累了經(jīng)驗(yàn)；
　　 (4)研制出應(yīng)用于單片OEIC光接收機(jī)的前置放大器，首先深入研究了PHEMT管的特

5、性，包括I-V特性、小信號(hào)S參數(shù)特性以及噪聲特性等，并給出了EEHEMT模型，這些是電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了大帶寬、低噪聲的前置放大器；其中要特別注意的是考慮了光探測(cè)器的影響，光探測(cè)器電容是制約前置放大器及整個(gè)集成芯片頻率特性的瓶頸；電流?？缱璺糯笃骺梢暂^好地解決這一問(wèn)題；
　　 (5)首次采用耗盡型PHEMT設(shè)計(jì)并研制了限幅放大器，由于耗盡型HEMT自身工作特性的局限而不適合應(yīng)用于限幅放大器設(shè)計(jì)中，國(guó)外對(duì)限幅放大器的研究基

6、于增強(qiáng)型和耗盡型HEMT的混合工藝；限幅放大器采用差分對(duì)形式，結(jié)構(gòu)要求高度對(duì)稱，對(duì)工藝提出了較高的要求，論文在電路設(shè)計(jì)中充分考慮了工藝容差；限幅放大器的成功研制，為今后實(shí)現(xiàn)全單片OEIC光接收機(jī)打下了良好的基礎(chǔ)；
　　 (6)完成了無(wú)源器件的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，無(wú)源器件所起的作用不僅僅是連接有源元件，電路的偏置工作點(diǎn)、輸入輸出阻抗的匹配以及其自身與有源元件的匹配等都要依靠無(wú)源器件來(lái)完成，它決定了電路的帶寬和中心頻率等電學(xué)特性；其中最為關(guān)