标准CMOS工艺下高速集成大光敏面光电探测器芯片的研制
DOI:
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作者:
作者单位:

(1.阜阳师范学院 计算机与信息工程学院,安徽 阜阳,236037; 2.厦门大学 物理与机电 工程学院,福建 厦门 361005; 3.厦门大学 能源研究院,福建 厦门 361005)

作者简介:

史晓凤(1987-),女,安徽亳州人,工学博 士,讲师,主要从事POF通信用的光电集成发射和接收芯片以及光纤传感器等的研究.

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

国家自然科学基金(61205060)、国家自然科学基金青年基金(61401101)、 东南大学毫米波国家重点实验室开放基金(K201401)、安徽省自然科学基金(1408085QF122)和安徽高校省级自然科学研究(2014KJ022)福建省科技计划重点(2013H0047)、阜阳师范 学院博士科研启动基金(FSB201501002)和阜阳师范学院科技成果孵化基金(2013KJFH05) 和资助项目 (1.阜阳师范学院 计算机与信息工程学院,安徽 阜阳,236037; 2.厦门大学 物理与机电工程学院,福建 厦门 361005; 3.厦门大学 能源研究院,福建 厦门 361005)


Research on high-speed optical receiver with integrated large photosensitive surface photodetector based on standard CMOS process
Author:
Affiliation:

(1.School of Computer and Information Engineering,Fuyang Teachers College,Fu yang 236037,China; 2.School of Physics and Mechanical & Electrical Engin eering,Xiamen University,Xiamen 361005,China; 3.School of Energy Research ,Xiamen University,Xiamen 361005,China)

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    摘要:

    为提高大纤芯(1mm)塑料(POF)光纤通信用的 单片集成光接收机(OEIC)的速率并降低成 本,对Si基大光敏面光电探测器(PD)的结构、性能以及后续放大电路进行了研究。首先 ,基于标准CMOS 工艺流程对N+/N-well/ p-sub PD结构进行建模和优化设计,对其光谱响应曲线和频率 特性曲线进行了仿真; 其次,建立PD等效电路模型,结合设计的后续放大电路进行协同设计与仿真;最后,采用0.5μm CMOS工 艺对单个面积为200μm×200μm的PD以及后续放大电路单片集成电路进行了流片、 封装和测试。实验结 果表明,在-2.5V偏压下和650nm波长入射 光,N+/N-well/p-sub PD的响应度约有0.12A/W,暗电流约为-9pA;单 片光接收机在小于10-9的误码率BER条件下,灵敏度为-23dBm,并得到250Mbit/s速率的清晰眼图。

    Abstract:

    In order to improve the speed and lower the cost of the monolithic integ rated optical receiver for large core(1mm)plastic optical fiber (POF) communication,the structure and p erformance of large photosensitive surface photodetector (PD) and subsequent amplifying circuit based on silicon are investigated.Firstly,based on the standard CMOS process,the model of N+/N-well/P-sub PDs structure is established and optimized.The PD′s characteristics of optical spec tral responsivity and frequ ency response are simulated.Then,the collaborative design and simulation are accomplished through combining the estab lished PD′s equivalent circuit model with the designed subsequent amplifying circuit.Finally,by using the 0.5μm CMOS process,the single PD with size of 200μm×200μm,and the monolithic integrated circuit of PD and p ost amplifiers are packaged and tested,respectively.The tested results indicate that at the wavelength of 650nm,the responsivity of N+/N-well/p-sub PD is 0.12A/W,the dark current is about 9pA,under the bias v oltage of -2.5V.The sensitivity of the monolithic integrated optical receiver is -23dBm under the bit-error-rat e (BER) of 10-9.And a clear eye-diagram wit h the speed of 250Mbit/s is achieved.The designed monolithic integrated optical receiver can be applied to 250Mbit/s optical fiber communication systems very well.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

史晓凤,王戴木,王峰,赵正平,王诗兵,韩波,牛磊,宋有才,李军,王静,程翔,陈朝.标准CMOS工艺下高速集成大光敏面光电探测器芯片的研制[J].光电子激光,2015,26(8):1460~1467

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  • 收稿日期:2015-04-11
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  • 在线发布日期: 2015-09-22
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