標準CMOS工藝硅基LED器件設計及實驗分析.pdf

1、為提高硅芯片的信號傳輸速度,解決傳輸延時、信號串擾等問題,當前研究的熱點之一在于實現(xiàn)芯片內(nèi)信號的光傳輸。要實現(xiàn)光信號在芯片內(nèi)傳輸,必須要解決硅芯片內(nèi)發(fā)光器件的研制工作。本文利用0.35um標準CMOS工藝,根據(jù)不同的半導體原理設計了多種硅LED器件,并對器件進行了制備、測試和結(jié)果分析。論文的主要創(chuàng)新點如下:
　　 1.利用0.35um標準CMOS雙柵工藝,根據(jù)電場限制效應設計并制備了反向偏置下雪崩發(fā)光的N+-Psub結(jié)的楔形和葉

2、型器件,并對器件的光學特性和電學特性進行了測試和分析。器件面積分別為34.2×42um2和94.2×114um2。器件的開啟電壓為0.7V,發(fā)生雪崩擊穿是開啟電壓為8.8V左右。我們發(fā)現(xiàn)應用電場限制效應時不僅與器件的材料設計相關(guān),而與器件的電極分布更為密切。在50mA下器件發(fā)光功率為10.2nW左右。
　　 2.利用0.35um標準CMOS雙柵工藝,根據(jù)叉指電極均勻電場的原理設計并制備了反向偏置下雪崩發(fā)光的N阱—Psub結(jié)叉指形

3、硅LED。器件面積為60×52.8um2。電場強度均勻有助于使發(fā)光面積均勻。器件開啟電壓為0.8V,反向擊穿電壓達15V。器件發(fā)光功率為7nW左右。
　　 3.利用0.35um標準CMOS EEPROM工藝,根據(jù)載流子注入增強發(fā)光的工作原理,設計并制備反向偏置下雪崩發(fā)光的N+-Psub三端注入型硅LED器件。器件面積為64×80.8um2,器件開啟電壓為0.7V,反向雪崩擊穿電壓為9V。
　　 4.利用0.35um標準C

4、MOS雙柵工藝設計并制備出了柵控的側(cè)面發(fā)光U型硅LED。器件采用N+-Psub結(jié),主要根據(jù)反向偏置雪崩發(fā)光工作。器件面積為40.8 um2。在50mA下器件發(fā)光功率為12nw左右,發(fā)光峰值為760nm左右。
　　 5.利用0.35um標準CMOS雙柵工藝設計并制備了正向偏置發(fā)光的U型及回型器件。在測試中發(fā)現(xiàn)所制備的硅LED可以正向發(fā)光,也可以反向雪崩擊穿發(fā)光。在這兩種情況下發(fā)光時發(fā)光光譜不同,其中正向發(fā)光功率遠大于反向發(fā)光功率。