1 北京大学 集成电路学院, 北京 100871
2 北京微电子技术研究所, 北京 100076
3 西安交通大学 微电子学院, 西安 710049
微纳卫星对于载荷的苛刻要求使得太阳敏感器的微型化研究具有重要意义。为了解决光学器件和处理电路的集成兼容问题, 文章基于标准CMOS工艺提出一种新型片上太阳敏感器, 以金属走线层构建微型墙结构, 两侧均匀分布pn结构成光电传感器, 通过检测两侧光电流比例解算出入射光角度。文章从工艺实现、模型建立、数值仿真和实验测试等方面验证了器件的合理性和可行性。最终, 片上太阳敏感器阵列芯片质量为1.5g, 尺寸为304.2mm3, 检测精度为±1.6°, 视场范围为80°, 可满足微型化需求。
标准CMOS工艺 太阳敏感器 阵列结构 standard CMOS process sun sensor array structure
光学 精密工程
2022, 30(15): 1815
1 杭州电子科技大学 电子信息学院, 杭州 310018
2 天津大学 微电子学院, 天津 300072
基于180 nm标准CMOS工艺, 设计了一种能够有效提高光子探测效率的双电荷层结构的单光子雪崩二极管.该器件结构采用P电荷层和逆行掺杂的深N阱形成PN结, 选取不同的P电荷层掺杂浓度, 对击穿电压进行优化, 当P电荷层浓度为1×1018cm－3时, 击穿电压为17.8 Ｖ, 电场强度为5.26×105 V/cm.进一步研究发现N电荷层的位置会影响漂移电流密度和扩散电流密度.当在深N阱与N隔离层交界处掺杂形成N电荷层, 即N电荷层掺杂峰值距离器件表面为2.5 μm时, 器件性能最优.通过Silvaco TCAD仿真分析得到：在过偏压1 V下, 波长500 nm处的探测效率峰值为62%, 同时在300~700 nm范围内的光子探测效率均大于30%.
光电探测器 单光子雪崩二极管 180 nm标准CMOS工艺 双电荷层 击穿电压 光谱响应 光子探测效率 Photodetector Single photon avalanche diode 180 nm standard CMOS technology Double charge layers Breakdown voltage Spectral response Photon detection efficiency
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083
2 中国科学院大学,北京 100049
3 上海科技大学 信息科学与技术学院,上海 201210
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1.82×1012/cm2,峰值浓度深度为2.1 μm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.
标准CMOS工艺 线性APD 掺杂分布 峰值浓度深度 仿真 standard CMOS process linear APD doping distribution depth of peak concentration simulation
基于标准CMOS工艺的p+源/漏区和n阱, 设计了两种楔形瓣状结构的正向注入型硅基发光二极管(Si-LED), 采用UMC 0.18 μm 1P6M CMOS工艺设计制备。测试结果表明, 正向注入型p+/n-well二极管的发射波长位于近红外波段, 峰值波长在1 130 nm附近, 且工作电压小于2 V, 与标准CMOS电路兼容。其中, 八瓣结构的Si-LED (TS2)在200 mA时的发光功率可达1 200 nW, 且未出现饱和, 而注入电流为40 mA时的最大功率转换效率达5.8×10-6, 约为四瓣结构器件(TS1)的2倍。所研制的Si-LED具有工作电压低、转换效率高等优点, 有望在光互连领域得到应用。
硅基发光二极管 正向注入 楔形结构 标准CMOS工艺 Si-based light emitting diode forward-injection wedge configuration standard CMOS technology
1 天津大学 电子信息工程学院， 天津 300072
2 天津工业大学 信息与通信工程学院， 天津 300161
采用无锡华润上华(CSMC) 0.5 μm 标准CMOS工艺，设计并制备了一种新型的高发光功率载流子注入型三端Si-LED器件。该器件在p型衬底上进行n+掺杂，与p衬底形成两个相对的n+p结，其中一个结正向偏置，发出峰值波长在1 100 nm附近的红外光；另一个结同样正偏，作为注入结对发光进行调制。测试结果显示：第三端注入载流子明显增强了总体的发光功率，在10 mA偏置电流、3 V调制电压下，可获得1 nW的光功率，与单结相比提高了两个数量级。由于工作电压低，该器件可与目前主流的CMOS工艺共电源单芯片集成，在光电集成领域具有一定的应用前景。
硅基LED 标准CMOS 发光器件 正向注入发光 光电集成 Si-LED standard CMOS light emitting device carrier injection OEIC
1 天津大学 电子信息工程学院, 天津 300072
2 天津工业大学 信息与通信工程学院, 天津 300161
3 中国科学院 半导体所, 北京 100083
采用0.35 μm 双栅标准CMOS工艺最新设计和制备了叉指型Si LED发光器件。器件结构采用n阱和p衬底结，n阱为叉指结构，嵌入到p衬底中而结合成Si pn结LED。观察了Si LED发光显微图形及实际器件的版图，并在对器件进行了正、反向I-V特性测试、光功率及光谱特性的测量。Si LED 的正向偏置时开启电压为0.9 V，反向偏置时在15 V左右可观察到发光。器件在室温下反向偏置时，10 V, 100 mA电流下所得输出光功率为12.6 nW，发光峰值在758 nm处。
硅 发光器件 标准CMOS工艺 silicon LED standard CMOS technology
