基于锗量子点的硅基发光器件

硅基光源是实现硅基集成光电子芯片的核心器件,虽然近年来国内外已经取得多项重要成果,但适合于下一代大规模光电集成芯片的小尺寸、低功耗、工艺兼容的高效硅基发光器件仍然缺乏。文章介绍了基于嵌入光学微腔中的锗量子点实现硅基发光器件方面的研究成果,通过将分子束外延生长的锗自组装量子点嵌入硅光子晶体微腔中,实现了室温下处于通信波段的共振发光。通过在图形化衬底上生长实现锗量子点的定位,并精确嵌入光子晶体微腔中,实现了基于锗单量子点的硅基发光器件。     

近红外锗硅光电探测器的研究进展

介绍了单片集成硅基光接收器相对于混合集成光接收器在光纤通信领域的应用优势,介绍了与硅微电子工艺兼容的、工作在波长λ=0．80～1．60μm近红外波段的锗硅光电探测器在单片集成硅基光接收器中的应用价值．描述了SiGe应变层特性．详细评述了近红外锗硅光电探测器的最新研究进展实例并对其未来作出展望．     

硅基锗PIN光电探测器的研究进展

随着硅基锗薄膜外延技术的突破,基于硅基锗材料的光电子器件快速发展,其中以硅基锗光电探测器最为突出。由于锗可以实现近红外通信波段的光吸收,而且完全兼容硅的CMOS工艺,硅基锗探测器几乎成为硅基光探测的唯一选择。文章主要介绍了面入射和波导耦合两类常见硅基锗光电探测器的研究进展,包括典型的器件结构,以及提升响应度和带宽等性能的主要途径。     

一种用于硅基光电子芯片端面封装的深硅刻蚀工艺

硅基光电子芯片的端面耦合器具有大带宽、低损耗、偏振不敏感等优点,使人们希望在端面封装方面获得突破。提出了一种用于硅基光电子芯片端面封装的深硅刻蚀工艺,利用等离子体刻蚀形成的斜面与光纤阵列的封装面进行匹配封装,降低封装中的耦合反射;利用斜面刻蚀工艺和深硅刻蚀工艺相结合的方法制备深硅刻蚀槽,提高了晶圆划片的冗余度,通过控制深硅刻蚀槽内的划片位置来消除台阶凸起对光纤封装造成的不利影响,使在后续封装过程中无需对芯片端面台阶凸起实施磨抛工艺。实验结果显示,基于该工艺,端面耦合器损耗劣化小于0.1 dB。该封装结构可以在晶圆流片阶段实现制备,具有可大规模生产、降低硅基光电子芯片端面封装成本的优点,以及广阔的工程应用前景。     

MS/RF CMOS工艺兼容的光电探测器

为实现光纤通信系统中的单片光电集成，采用工业标准工艺设计了硅基光电探测器，讨论了光电探测器的机理，提出了五种新的探测器结构，并采用TSMC 0.18μm MS/RF CMOS工艺进行了流片. 利用半导体测试仪对芯片进行了测试，包括探测器的暗电流、响应度和结电容，并分析了深n阱、浅沟槽隔离等工艺步骤对探测器参数的影响. 结果表明，利用标准MS/RF CMOS工艺实现的光电探测器具有良好的特性.     

MS/RF CMOS工艺兼容的光电探测器

为实现光纤通信系统中的单片光电集成,采用工业标准工艺设计了硅基光电探测器,讨论了光电探测器的机理,提出了五种新的探测器结构,并采用TSMC 0.18μm MS/RF CMOS工艺进行了流片.利用半导体测试仪对芯片进行了测试,包括探测器的暗电流、响应度和结电容,并分析了深n阱、浅沟槽隔离等工艺步骤对探测器参数的影响.结果表明,利用标准MS/RF CMOS工艺实现的光电探测器具有良好的特性.     

硅基光电子在通信中的应用和挑战

硅基光电子技术拥有光的宽带、高速和抗干扰特性以及微电子技术在大规模集成、低能耗、低成本等方面的优势。最近十年,硅基光电子技术开始进入通信产业领域,在800 Gbit/s以上的高速短距应用场景中发挥优势,对传统磷化铟（InP）的通信光模块形成挑战。浅谈硅基光电子技术在通信中的应用和发展,同时简要介绍硅基光电子技术在应用中的一些挑战。解决器件性能、封装技术、自动化软件等方面的不足,才能实现硅基光电子技术长足发展。     

基于湿法腐蚀工艺的高性能黑硅光电探测器

采用基于硝酸/氢氟酸/磷酸/硫酸混合液的湿法腐蚀工艺,实现了高吸收效率的黑硅结构的制备与工艺集成,获得了具有近红外响应增强效果的黑硅PIN光电探测器,并与未集成黑硅的PIN光电探测器的性能参数进行了对比测试.测试结果显示,黑硅光电探测器在1 060 nm波长下的响应度达到0.69 A/W(量子效率80.7％),较未集成黑硅的器件提高了 116％;黑硅探测器暗电流小于8 nA,响应时间小于8 ns,电容小于9 pF,与未集成黑硅的器件相当.得益于工艺兼容性,所采用的黑硅技术具有广泛应用于硅基近红外PIN,APD,SPAD,SPM等光电探测器的潜力,可显著提高器件的响应率、量子效率、响应速度、击穿电压温度系数等性能.     

2.5D/3D硅基光电子集成技术及应用

全球网络流量急速增长，数据传输所需带宽和能源消耗也随之快速增加，传统电子信息互联架构已无法满足日益增长的带宽和节约能耗的需求。硅基光电子技术具有带宽高、能耗低并且可以利用成熟的互补金属氧化物半导体(CMOS)技术将光子集成电路和电子集成电路大规模集成在硅衬底上等优势，能满足下一代数据传输系统的迫切需求。2.5D/3D硅基光电子集成技术可以有效缩短光芯片和电芯片之间电学互连长度、减小芯片尺寸，从而减小寄生效应、提高集成密度和降低功耗。文章介绍了硅基光电子集成技术的不同方案和最新进展，并展望了硅基光电子芯片结合2.5D/3D集成技术在数据通信、激光雷达、生化传感以及光计算等领域的应用前景。     

面向中红外应用的硅基光电子学最近研究进展

随着信息传递、处理以及存储能力要求的不断提升,传统的近红外通信波段已呈“容量紧缩”之势。而工艺与CMOS兼容、结构简单、成本低廉的硅基光电子技术在中红外信号传输和处理方面已经显示出独特优势,有望在中红外波段实现大规模集成,在非线性光学等领域实现新的飞跃。首先介绍了硅基光电子技术在中红外应用中的优势以及目前研究过程中所遇到的困难和挑战;其次结合材料属性和结构特性对一些基本元件（如波导、分束/合束器、二极管）等在中红外领域的最新研究成果进行了介绍;最后对近5年来在中红外波段所实现传感应用的非线性光学硅基器件（基于FWM的非线性光学器件、频率梳）和面向中红外通信应用的激光器、调制器、光电探测器进行了成果介绍,并对研究进展进行了总结。     

与CMOS兼容的硅基波导型光电探测器的研究

硅基波导型光电探测器作为一类重要的光电探测器,由于其能与标准的CMOS工艺兼容以及制备工艺简单等性能,因而在光电子单片集成方面具备广阔的市场应用前景.文章着重阐述了通过离子注入引入深能级、Ge/Si自组装岛、SOI波导共振腔增强和AlGaInAs-Si混合集成等四种方式来制备硅基光电探测器的研究现状和研究进展,并对四类器件的结构,制作工艺和光电性能指标进行了详细地介绍.     

智能硅基多维复用与处理芯片

全面综述了硅基光子单一维度和多个维度的复用与处理,梳理了智能硅基光子集成器件的发展过程。智能硅基多维复用与处理芯片能充分开发和利用光子多维度资源,并能结合硅基光子集成芯片的优势,有望为解决光通信新容量危机和新能耗危机提供核心光电子支撑技术和芯片,从而为实现光通信可持续发展和其他相关应用提供潜在芯片级集成化解决方案。     

硅基BIB红外探测器研究进展

以锗基和硅基为主的阻挡杂质带（blocked impurity band,BIB）红外探测器的兴起有力推进了红外天文学的快速发展,其中硅基BIB红外探测器在特定波长的航天航空领域有着不可替代的地位。国外对硅基BIB红外探测器的研究已有40多年,以美国航空航天局（NASA）为主的科研机构已经实现了硅基BIB红外探测器在天文领域的诸多应用,而国内对硅基BIB红外探测器的研究尚处于起步阶段。本文首先阐述了硅基BIB红外探测器的工作原理,然后简单概述了器件结构和制备工艺,并对不同类型的硅基BIB探测器的性能进行了对比分析,之后介绍了其在天文探测中的应用,最后对硅基BIB红外探测器未来的发展进行了展望。     

基于端面耦合的InP基激光器/硅光波导混合集成技术研究

针对硅光子集成回路缺少实用化光源的问题,提出了一种1.55μm波段InP基FP激光器芯片、InP基PIN光电探测器芯片与硅光波导芯片集成模块的设计与制备方法。使用CMOS工艺兼容的硅光无源器件制备工艺,设计并制备了倒拉锥型端面耦合器,与锥形透镜光纤耦合效率为36.7%。采用微组装对准技术将激光器芯片与硅波导芯片耦合、UV固化胶固化后耦合效率为35.8%,1 dB耦合对准容差横向为1.2μm,纵向为0.95μm。     

硅基晶圆级封装的三维集成X波段8通道变频模块

<正>南京电子器件研究所将CMOS芯片、GaAs多功能芯片、硅基IPD芯片、TCSAW滤波器等多种工艺制程的芯片异构集成到硅基晶圆上,再采用TSV、微凸点以及晶圆低温键合等工艺在国内首次实现了基于硅基射频微系统集成工艺的三维集成微波模块。如图1所示,该模块包含了接收多功能、8通道滤波、镜像抑制混频多功能、中频多功能以及三种中频带宽可切换功能的集成。图2所示为射频微系统集     

基于异构集成技术的相控阵T/R组件微系统

基于硅基微电子机械系统(MEMS)工艺和三维异构集成技术,研制了一款硅基X波段2×2相控阵T/R组件.该组件采用收发一体多功能芯片方案,将所有器件封装于两层硅基中.其中上层硅基集成了低噪声放大器、功率放大器、开关、电源调制驱动器和PMOSFET等芯片,下层硅基集成了多功能芯片、串/并转换芯片以及逻辑运算芯片;两层硅基封装之间通过植球进行堆叠.最终样品尺寸仅为20 mm×20 mm×3 mm.实测结果显示,在8～ 12 GHz内,该T/R组件饱和输出功率约为29 dBm,接收增益约为21 dB,接收噪声系数小于3 dB,在具备优良射频性能的同时实现了组件的小型化.     

基于MEMS工艺的集成红外气体传感器工艺研究

研究了一种采用MEMS技术实现的含有红外发射源和探测单元的片上集成红外气体传感器芯片。通过理论分析证明了探测器和红外发射源可以集成在同一衬底上的可行性,采用正面刻蚀和背面ICP深刻蚀硅工艺实现红外发射元和探测单元的悬空热隔离结构,可以使红外发射源和探测器同时工作在较好的性能状态下。通过对红外气体传感器的红外发射源和探测单元的测试,表明两种单元均可以正常工作,验证了这种集成工艺的可行性。     

中红外量子级联激光器的光子集成（特邀）

中红外光子集成芯片在环保监测、医疗诊断和国防安全等领域具有广泛的应用前景,但激光光源与无源波导光路的片上集成仍是中红外集成光学需要攻克的关键难题之一。量子级联激光器（QCL）是中红外波段的重要半导体激光光源,文中介绍了近几年中红外QCL在光子集成方面的研究进展,包括InP基单片集成、硅基单片集成、硅基异质键合集成和III-V/锗混合外腔激光器。     

集成微光机械振动传感器芯片制作工艺研究

介绍了一种新型集成微光机械振动传感器的工作原理和芯片制作工艺。以聚甲基丙烯酸甲酯为结构材料，采用旋涂和干法刻蚀技术，实现了光波导集成光路和悬臂梁-质量块微机械结构在硅基底上的集成。详细讨论了高分子聚合物微器件制作工艺中的关键技术、工艺难点以及解决措施。     

安森美推出新一代硅锗芯片

安森美半导体计划推出先进硅锗 (ＳｉＧｅ)芯片系列 ,以满足网络设备制造商对设计ＯＣ 192、10 0亿位以太网 ( 10 ＧｂＥ)及更高速网络产品的高性能要求。该芯片能以 12Ｇｂｉｔ/ｓ的高速度传输数据 ,较现有产品快 3倍。硅锗是一种硅基材料 ,是标准互补金属氧化半导体 (ＣＭＯＳ)的替代技术。安森美半导体将硅和锗集成在一起 ,可以ＣＯＭＳ技术的低廉成本获得砷化镓 (ＧａｌｌｉｕｍＡｒｓｅｎｉｄｅ)的性能。由于硅锗是一种硅延伸原料 ,因此具有硅的超低噪音和超低失真特性 ,特别适用于高性能电路产品。安森美半导体的款待芯片能降低抖动…