一种基于缺陷态吸收的光功率监测器研究

摘要

硅基光电子技术是当今信息技术中的热门技术。随着光电集成度的增加，必然要求对片上信号进行实时的监控。光功率监测器则充当起了这样的角色:可以对器件的工作状态的监测、反馈控制、错误诊断等。其中一种典型应用就是由于微环调制器的温度敏感性，工作状态不稳定，需要对其工作波长进行实时监测，所以提出了光功率监测器集成在同一微环上的解决方案。
　　然而，由于硅的带隙能量在通信波段呈现透明，也就限制了在此波段的光功率的直接吸收和探测过程。首先，本论文针对硅材料在探测遇到的问题，对不同吸收机制的光功率监测器和光电探测器的基本原理进行介绍，并且将重点讨论通过离子注入引入缺陷态吸收机制的光功率监测器。其次，详细地介绍了完整的缺陷态功率监测器的工艺仿真模拟流程，分析其电学特性;由于耗尽区内的缺陷态分布对光电流具有很大的贡献，绘制二维载流子浓度、缺陷态浓度、电场分布进行光功率监测器的性能分析;进行参数优化，改变注入窗口的交叠长度或者注入离子的浓度而改变耗尽区内缺陷态的浓度分布，分析影响光响应度的原因。最后，对测试芯片实验测试，分析不同注入窗口交叠长度或者不同离子注入浓度的器件的光电流曲线，测量其光功率损耗，分析影响光响应度等性能的原因;比较流片的测试数据与模拟仿真的结果，校准调试仿真模拟流程参数。

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 本文的主要内容与结构安排

2 硅基光功率监测方案的研究现状

2．1 锗硅光功率监测方案

2．2 双光子吸收光功率监测器

2．3 表面态吸收光功率监测器

2．4 缺陷态吸收光功率监测器

2．5 本章小结

3 缺陷态光功率监测器的电学结构设计

3．1 器件电学结构设计

3．1．1 p-i-n结设计

3．1．2 优化器件性能的设计

3．2 器件电学结构的仿真分析

3．2．1 Silvaco TCAD半导体工艺和器件仿真软件的简单介绍

3．2．2 p-i-n结的仿真分析

3．3 仿真优化

3．4 本章小结

4 硅基光电子器件的实验研究

4．1 光功率监测器响应度的实验研究

4．1．1 光电流的实验测试

4．1．2 响应度的实验测试

4．1．3 仿真与实验的对比与校正

4．2 光功率监测器损耗的实验研究

4．3 本章小结

5 工作总结与展望

5．1 工作总结

5．2 展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果