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基于InP/InGaAs HBT技术的单片集成光接收OEIC

作　者: 蔡道民
导　师: 郝跃；李献杰
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 异质结双极晶体管跨阻放大器探测器光电单片集成
分类号: TN322.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本论文主要研究InP/InGaAs单异质结双极晶体管（SHBT）及相关HBT/PIN单片集成光接收OEIC。从InP/InGaAs SHBT器件物理特性出发,分析了器件结构和性能参数,重点讨论了集电结对器件性能的影响,得出了设计方案。对比了非自对准、自对准和隔离基区电极自对准接三种器件性能,后者f_T≥45GHz、f_MAX≥72GHz（发射极面积为2×8μm²）。优化HBT/PIN光接收OEIC工艺,突破湿法选择腐蚀、发射极-基极自对准和双层介质抗反射膜等工艺。提取SHBT器件和PIN探测器的小信号模型,与测量值吻合度高,通过OEIC电路验证了模型准确性。成功设计并制作出了单片集成PIN/HBT光接收OEIC电路,实现了-3 dB带宽大于2.2GHz,眼图满足OC-48/STM-4标准,在5Gb/s传输速率时仍可观察到张开的眼图OEIC。最后,开展了10Gb/s共基极级联跨阻放大器的研究, -3dB带宽为8.2GHz,跨阻增益为58dBΩ,在10Gb/s传输速率时看到清晰张开的眼图。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-15
  1.1 引言  7-8
  1.2 InP基异质结双极性晶体管的研究进展  8-11
  1.3 InP基光接收OEIC的研究进展  11-14
  1.4 本论文的主要工作  14-15
第二章 InP/InGaAs HBT和集成InGaAs PD器件物理及表征  15-29
  2.1 引言  15
  2.2 InP/InGaAs SHBT 物理原理  15-16
  2.3 InP/InGaAs SHBT 直流特性  16-19
    2.3.1 HBT的电流组成成分  16-17
    2.3.2 HBT共发射直流增益  17
    2.3.3 BE结开启电压  17-18
    2.3.4 击穿电压BVCEO  18-19
  2.4 InP/InGaAs SHBT 幅频特性  19-23
    2.4.1 InP/InGaAs SHBT小信号电流增益  19
    2.4.2 InP/InGaAs SHBT 频率特性  19-23
  2.5 集成InGaAs PIN 探测器物理原理  23-28
    2.5.1 集成InGaAs PIN探测器的DC响应  24-26
    2.5.2 集成InGaAs PIN探测器的AC响应  26-28
  2.6 总结  28-29
第三章 InP SHBT/PIN光接收OEIC结构设计与工艺研究  29-43
  3.1 引言  29
  3.2 InP SHBT/集成PIN OEIC外延结构设计  29-32
    3.2.1 发射区层结构设计  29-30
    3.2.2 基区层结构设计  30
    3.2.3 集电区层结构设计  30-32
  3.3 InP SHBT/集成PIN OEIC横向结构设计  32-34
  3.4 InP SHBT/集成PIN OEIC 工艺制备流程  34-37
  3.5 InP SHBT/集成PIN OEIC 关键工艺技术  37-39
  3.6 InP SHBT/集成PIN OEIC PCM工艺监控  39-41
  3.7 总结  41-43
第四章 InP SHBT/集成PIN PD器件特性和模型  43-55
  4.1 引言  43
  4.2 InP SHBT器件特性测试和结果分析  43-48
    4.2.1 直流测量和特性分析  43-45
    4.2.2 频率测量和特性分析  45-48
  4.3 集成探测器的特性测试与分析  48-50
    4.3.1 集成PIN探测器的DC响应度测试  48-49
    4.3.2 集成PIN探测器的频率测试与分析  49-50
  4.4 HBT参数提取和模型建立  50-52
  4.5 集成PIN探测器小信号模型  52-54
  4.6 总结  54-55
第五章 InP SHBT/PIN OEIC电路设计和特性分析  55-63
  5.1 引言  55
  5.2 InP SHBT/PIN光接收OEIC电路设计与分析  55-59
    5.2.1 跨阻前置放大器电路结构和特性  55-57
    5.2.2 共基极级联跨阻前置放大器电路分析  57-58
    5.2.3 SHBT/PIN光接收OEIC电路设计  58-59
  5.3 InP SHBT/PIN光接收OEIC版图设计  59-60
  5.4 InP SHBT/PIN光接收OEIC特性分析  60-62
  5.5 总结  62-63
第六章 10Gb/s InP SHBT共基极级联跨阻放大器研究  63-67
  6.1 引言  63
  6.2 InP SHBT外延材料结构设计  63
  6.3 10Gb/s共基极级联跨阻放大器电路设计和制作  63-64
  6.4 InP SHBT和共基极级联跨阻放大器特性与分析  64-66
    6.4.1 InP SHBT性能和表征  64-65
    6.4.2 10Gb/s 共基极-发射极跨阻放大器性能和表征  65-66
  6.5 总结  66-67
第七章结论和展望  67-69
  7.1 结论  67-68
  7.2 展望  68-69
致谢  69-71
参考文献  71-77
研究成果  77-78

基于InP/InGaAs HBT技术的单片集成光接收OEIC

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