硅基光源单片集成研究及其光电驱动应用探索

发布时间：2023-04-28 00:14

　　微电子技术的飞速发展对集成电路的内部互连方式提出了更高的要求,电互连在延时等方面逐步展露弊端,使得光互连走入大家的视线。光互连利用光源将电信号转换成光信号,并通过一定的耦合方式将光信号传输到光探测器中,在光探测器中将光信号还原为电信号。光互连具有延时小、信号之间互不干扰的优点,是传统金属互连的最佳替代方案之一。基本的光互连系统由光源、光波导和光探测器组成。III-V族光源复杂的制造工艺带来成本高的缺点,关键是该类光源与硅集成电路制造工艺难以兼容。如果利用硅作为发光材料并实现集成光源,不仅具有与集成电路工艺兼容的优点,还能减少生产设备的更新。因此制造一款集成、高效的硅光源一直是光互连领域的热点、难点。本文主要针对硅光源单片集成技术,从单片集成硅基光源结构、发光机理和光电特性出发,对一种利用PN结雪崩倍增过程实现发光的光源展开研究。基于现有的集成电路制造工艺,本文提出了一种可以单片集成的多晶硅雪崩模式光源(P-SiAvLED)。该光源由硅衬底、氧化硅层、多晶硅层和氧化硅保护层自下而上堆叠形成。器件的有源区、发光区均为N⁺PN⁺PN⁺

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究工作的背景与意义
    1.2 硅基光源的研究历史与现状
    1.3 本文的主要贡献与创新
    1.4 本论文的结构安排
第二章 硅基雪崩模式光源的分类与原理
    2.1 硅基雪崩模式光源的分类
        2.1.1 单PN结硅基雪崩模式光源
        2.1.2 类BJT型硅基雪崩模式光源
        2.1.3 类MOS型硅基雪崩模式光源
        2.1.4 超结结构的硅基雪崩模式光源
    2.2 硅基雪崩模式光源发光机理
    2.3 硅基雪崩模式光源的基本参数
        2.3.1 阈值电压
        2.3.2 量子效率与功率转换效率
        2.3.3 辐射通量
        2.3.4 光通量
    2.4 本章小结
第三章 单片集成多晶硅雪崩模式光源的设计与仿真研究
    3.1 多晶硅雪崩模式光源的结构特征与工作机理
    3.2 器件电学特性研究
        3.2.1 单片集成多晶硅雪崩模式光源的电学特性仿真
        3.2.2 单片集成多晶硅雪崩模式光源的动态电学特性分析
    3.3 本章小结
第四章 单片集成多晶硅雪崩模式光源的测试与分析
    4.1 器件概述
    4.2 单片集成多晶硅雪崩模式光源的电学特性
    4.3 单片集成多晶硅雪崩模式光源的光学特性
    4.4 本章小结
第五章 片上光互连系统探索
    5.1 横向片上光互连系统
    5.2 纵向片上光互连系统
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文总结
    6.2 未来展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3803356