《矽基長波長光電集成接收機的關鍵技術及相關理論研究》是依託天津大學，由謝生擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：矽基長波長光電集成接收機的關鍵技術及相關理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：謝生
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在短距離通信中，電互連已無法滿足系統對頻寬的要求，光互連取代電互連已成為必然趨勢。矽基光電子技術可有效降低光傳輸的成本，實現短距離光通信，因而一直是光電集成領域的研究熱點。然而受矽材料特性的限制，標準CMOS工藝無法實現長波長光探測，且探測器與接收機前端電路的協同設計和集成尚未得到徹底解決。針對限制矽基長波長光電集成接收機發展的關鍵科學問題，本項目擬開展以下研究：1、研究矽基鍺探測器的淺結摻雜注入分布與內建電場的關係，研究鍺探測器與矽基光波導的耦合作用機理和光生載流子的超快輸運模型，研製零偏壓完全回響的SOI基鍺波導探測器；2、研究降低光接收機前端電路噪聲，擴展工作頻寬的相關理論和方法；3、研究探測器和接收機前端電路的協同設計與集成，實現長波長回響的矽基光電集成接收機。本項目的研究有望在SOI基鍺波導探測器及其光電集成接收機方面取得進展，為矽基光電集成晶片的發展提供理論積累和技術解決方案。
結題摘要
隨著物聯網、雲計算及移動網際網路等大數據載體的崛起，信息傳輸量雪崩式地增長，使得電路板間、晶片間以及晶片內部的信息通信對頻寬提出更高的要求。然而受“電子瓶頸”的限制，傳統的銅互連難以滿足要求，故光互連取代電互連已成為必然趨勢。矽基光電子技術可有效降低光傳輸成本，實現短距離光通信，因而成為光電集成領域的研究熱點。項目圍繞Ge波導探測器、光接收機前端電路，以及探測器與前端電路的協同設計與集成技術展開研究。主要研究成果包括：採用磷表面旋塗摻雜技術實現了Ge材料的N型高摻雜，與Al電極實現有效的歐姆接觸。基於UHV-CVD外延生長出表面平整、結晶質量優良的Ge單晶薄膜，研製出零偏壓完全回響的SOI基Ge波導探測器。研究了最佳偏置網路、T型匹配網路、L型匹配網路、π型匹配網路、並聯雙反饋、容性退化技術對電路頻寬擴展的影響。提出一種交叉耦合的拓撲結構，通過提升輔助放大器的增益來降低跨阻放大器的等效輸入噪聲。利用串聯電感π型網路和Gm提升技術，設計了前均衡電路。基於器件物理模型，建立了波導探測器的等效電路模型，實現了積體電路設計環境下的協同設計與仿真。基於UMC CMOS工藝研製出一款包括探測器電容、改進型RGC跨阻放大器、單轉差放大器和輸出緩衝級的光接收機前端電路，獲得了61dBΩ的增益，8.1GHz的頻寬，成功實現了12.5GHz的傳輸。基於IBM SiGe BiCMOS工藝，研製了一款跨阻增益為61dBΩ，-3dB頻寬達15GHz的前端電路。提出了一種引入a-Ge中間層來實現Ge波導探測器和Si基接收機晶片的低溫異質鍵合新方法。項目研究成果為矽基光電集成晶片的發展提供理論積累和技術解決方案。在國內外學術刊物發表論文22篇，其中SCI收錄/EI收錄20篇，核心期刊2篇，授權發明專利4項,申請發明專利12項。
