HBT的GP建模及OEIC接收機前端的設(shè)計.pdf

1、當今光通信正在向智能化、集成化、低成本和高可靠性的新一代光網(wǎng)絡(luò)演進，其對光電器件的性能要求也越來越高。異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）作為光電集成電路中必不可少的關(guān)鍵器件之一，在光纖通信以及微波等領(lǐng)域具有極其廣闊的應(yīng)用前景，因此深入系統(tǒng)地研究HBT器件的建模和相關(guān)應(yīng)用具有極其重要的意義。本文對HBT的建模、單片集成光接收機前端進行了深入研究。主要研究內(nèi)容如下： ⑴從材料物理特性出發(fā)，分析了HBT理論模型，推導(dǎo)了相關(guān)電學(xué)參數(shù)的表達式，仿

2、真研究了HBT中結(jié)構(gòu)參數(shù)，偏置電壓以及摻雜濃度對器件性能的影響，提出了HBT的優(yōu)化設(shè)計方案。 ⑵對HBT的GP大信號模型參數(shù)的提取方法進行了深入細致的研究，針對GP模型中每類SPICE參數(shù)的不同特點，分別設(shè)計了參數(shù)提取方法。通過在直流參數(shù)提取過程中構(gòu)建誤差函數(shù)以及交流小信號參數(shù)提取過程中采用解寄生技術(shù)，提高了模型精度，最終提取出的GP大信號模型在直流、交流方面均能準確地表征器件的實際特性，仿真結(jié)果與實驗測試的誤差在3％以內(nèi)。

3、 ⑶利用異質(zhì)外延生長技術(shù)，協(xié)助制備了發(fā)射極寬度為3μm的GaAs基InP/InGaAs HBT，測試結(jié)果為開啟電壓0．4V，反向擊穿電壓大于2V，直流放大倍數(shù)約為20，截止頻率達到7 GHz。 ⑷基于HBT的GP大信號模型設(shè)計了前端放大電路，重點分析其頻域和時域特性。最終制備的光接收機前端，采用跨阻負反饋單級共射放大電路，光探測器臺面面積為22×22μm2，InP HBT發(fā)射極寬度為3μm。當探測器外加2．5V反向偏壓、電路