1 厦门大学 航空航天学院，福建厦门3604
2 集美大学 海洋信息工程学院，福建厦门36101
在功率半导体市场中，绝缘栅双极型晶体管（Insulated gate bipolar transistor，IGBT）和碳化硅金属氧化物半导体场效应管（Silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，SiC MOSFET）具有出色的耐压性与频率特性，逐渐取代了传统的MOSFET。为了提高IGBT和SiC MOSFET驱动电路的可靠性，设计了一款光耦隔离式栅极驱动芯片，通过协同设计光探测器与驱动电路，从而实现单片集成。使用Silvaco软件对光探测器进行了仿真。仿真结果显示：光探测器对800 nm波长红外光的响应度约为0.277 A/W，-3 dB带宽约为90 MHz。进一步对光耦的光学结构进行优化设计，实现了控制端与后端高压驱动电路的有效隔离，从而解决了串扰问题。使用Maxchip 0.18 μm 40 V BCD工艺进行流片，并对封装芯片进行测试。在光源输入电流为10 mA、芯片供电电压为12~40 V、输入信号频率为20 kHz的测试条件下，芯片的传播延时仅为98 ns。
协同设计 单片集成 光耦隔离 低延时 collaborative design monolithic integration optocoupler isolation low delay
1 厦门大学 物理与机电工程学院, 福建 厦门 361005
2 阜阳师范学院 计算机与信息工程学院, 安徽 阜阳 236037
3 厦门大学 能源研究院, 福建 厦门 361005
通过仿真优化探测器的结构参数和性能, 设计了基于0.25 μm标准BCD (Biplor,CMOS and DMOS)工艺的大面积多叉指状PIN光电探测器.选择已优化的大面积光电探测器用于和跨阻放大器以及后端放大器单片集成, 采用0.25 μm BCD工艺实现了一个用于650 nm塑料光纤通信的单片集成光接收芯片.结果表明: 多叉指状PIN光电探测器对650 nm入射光的响应度提高至0.260 A/W, 其结电容降低至4.39 pF.对于650 nm的入射光, 在速率250 Mb/s、误码率小于10-9的条件下, 光接收芯片的灵敏度为-23.3 dBm, 并得到清晰的眼图.该光电探测器可用于宽带接入网中的高速塑料光纤通信系统的光接收芯片中.
塑料光纤通信 光接收芯片 多叉指PIN 光电探测器 BCD工艺 Plastic optical fiber communication Optical receiver Multi-finger PIN Photodetector BCD process
1 厦门大学物理与机电工程学院
2 厦门大学能源研究院，福建 厦门 361005
基于0.5 μm标准Biplor、互补金属氧化物半导体和双扩散金属氧化物工艺设计了两种不同结构不同尺寸的光电探测器，包括传统的P+/N-EPI/BN+结构光电探测器和多叉指P+/N-EPI/BN+结构的光电探测器.通过仿真优化设计了光电探测器的结构参量和性能，测试结果表明：多叉指状P+/N-EPI/BN+光电探测器能够改善650 nm的响应度以及降低结电容.选择该结构大面积P+/N-EPI/BN+光电探测器用于和跨阻放大器以及后端放大器的单片集成，采用0.5 μm标准Biplor、 互补金属氧化物半导体和双扩散金属氧化物工艺实现了一个用于650 nm塑料光纤通信的单片集成光接收芯片.该光接收芯片的测试结果表明：对650 nm的入射光，在160 Mb/s速率的伪随机二进制序列以及小于10－9的误码率条件下，光接收芯片的灵敏度为－15 dBm，并能得到清晰的眼图.因此，本文设计的光电探测器可以很好地应用于宽带接入网中的高速塑料光纤通信系统的光接收芯片中.
塑料光纤通信 光接收芯片 单片光电集成 光电探测器 硅基 多叉值P+/N-EPI/BN+ plastic optical fibers communication optical receiver monolithic optoelectronics integrated circuit photodetector silicon-based multi-finger P+/N-EPI/BN+
1 厦门大学 物理与机电工程学院, 福建 厦门 361005
2 厦门大学 能源研究院, 福建 厦门 361005
研究了光电探测器(PD)的结构、性能以及后续放大电路, 实现了塑料光纤通信的高速单片集成光接收芯片。首先, 根据工艺流程和参数, 采用器件模拟软件对PD结构进行了建模, 并对其光谱响应度和结电容进行了理论推导及仿真。基于Cadence/spectre软件和仿真得到的PD参数对由跨阻放大器、限幅放大器和输出缓冲电路组成的后续放大电路进行了协同设计。采用0.5 μm BCD(Bipolar, CMOS and DMOS)工艺对单个PD以及PD和后续放大电路单片集成电路进行了流片、封装和测试。结果表明: PD的光谱响应曲线的峰值波长和仿真结果较一致, 约为700 nm, PD结构更适合短波长探测; PD的结电容随着反向电压的增大而减小, 结电容越大, 光接收芯片的带宽越小; 对于650 nm的入射光, 在小于10-9的误码率条件下, 光接收机的灵敏度为-14 dBm; 最后得到了150 Mb/s速率的清晰眼图。实验结果显示, 设计的高速单片集成光接收机可以应用于百兆速率光纤入户通信系统。
单片集成 光电探测器 有源电感 光接收机 塑料光纤通信 BCD工艺 monolithic integration photo-detector active inductor optical receiver plastic optical fiber communication Bipolar CMOS and DMOS(BCD)
厦门大学 物理与机电工程学院 机电工程系, 福建 厦门 361005
设计了一种用于塑料光纤通信的650 nm单片集成光接收芯片, 包括光电探测器、跨阻前置放大器、单双端转换、差分放大器、输出缓冲器及失调电压补偿电路.基于合理假设与近似, 从稳态连续方程和边界条件出发, 分析了探测器的光谱响应；采用拉普拉斯变换方法, 分析其频率响应.采用0.5 μm BCD工艺流片, 光接收芯片版图面积832×948 μm2进行测试, 结果表明5V反向偏压下, 探测器在650 nm的响应度为0.26 A/W；光接收芯片在180 Mbps速率及误码率小于10-9情况下, 灵敏度为-14.6 dBm；在100 Mbps非归零伪随机二进制序列信号速率及误码率小于10-9情况下, 能得到清晰的眼图.
光接收芯片 单片集成 光电探测器 塑料光纤通信 Optical receiver Monolithic Photodetector Plastic optical fiber communication
1 厦门大学 物理与机电工程学院, 福建 厦门361005
2 厦门大学 能源研究院, 福建 厦门361005
3 福建省半导体照明工程技术研究中心, 福建 厦门361005
提出一种在Matlab/GUI环境下设计的晶体硅太阳电池数值模拟软件，通过光生少数载流子连续性方程建立了单晶硅N+/P/P+结构太阳电池的物理模型。通过引进有效迁移率和有效少子扩散长度概念，并考虑多晶硅中晶界复合后，实现了对单晶硅、柱状多晶硅太阳电池的开路电压、短路电流、填充因子、转化效率、串并联电阻等电池性能的参数指标的数值模拟。程序模拟结果通过数值和图形两种方式输出，模拟结果与实验结果接近，能够为晶体硅太阳电池的设计与制备起到较好的指导作用。本程序对于以N型材料为衬底的晶体硅太阳电池同样适用。
晶体硅太阳电池 数值模拟 crystalline silicon solar cells numerical simulation Matlab/GUI Matlab/GUI
1 滨州学院 物理与电子科学系 理论物理研究所，滨州 256603
2 滨州学院 自动化系，滨州 256603
3 中国科学院 安徽光学精密机械研究所，合肥 230031
为了准确测量目标的全偏振参量，采用数值模拟计算系统测量矩阵的范数条件数的方法，对系统微小扰动引起的全偏振态参量的测量影响进行了理论分析和实验验证。结果表明，当λ/4波片快轴方向为特定组合角度(13°，50°，128°，164°)时，测量系统最优化和效率化。
测量与计量 偏振光 面阵CCD 斯托克斯参量 measurement and metrology polarized light planar CCD Stokes parameter
1 国防科学技术大学光电科学与工程学院光电工程系， 湖南 长沙 410073
2 海军驻湖南地区军事代表室， 湖南 长沙 410000
为了研究谐振腔形状变化对激光陀螺中背向散射的影响，基于矢量叠加理论，分析了激光陀螺背向散射源及其对总的背向散射的影响。根据背向散射对顺逆时针光的耦合作用，推导出了总的背向散射系数与顺逆时针旋转光光强的关系式。基于这一关系，设计实验，通过施加电压使谐振腔反射镜到不同位置来改变光腔形状变化，同时测量光强交流量的振幅，得到了总的背向散射系数的变化曲线。通过与仿真结果对比，验证了背向散射的矢量叠加理论。
激光陀螺 背向散射 矢量叠加 ring laser gyroscope backscattering vector superposition
1 厦门大学,物理系,福建,厦门,361005
2 厦门大学,机电工程系,福建,厦门,361005
从光电探测器的基本方程出发,采用Laplace变换方法,分析了一种与CMOS标准工艺兼容的N-well/P-sub结构光电探测器的频率响应特性,780 nm和650 nm波长下的截止频率分别为14.4 MHz和43 MHz.该分析方法克服了频率特性测量中存在负载影响和采用渡越时间分析截止频率所存在的近似与作用不确定的问题,适用于各种PN以及PIN结构的光电探测器的频率特性研究.
光电子学 光电探测器 Laplace变换 频率响应 CMOS工艺
