硅基發(fā)光器件及其構(gòu)成的光互連系統(tǒng)研究.pdf

1、以硅材料為基礎(chǔ)的微電子技術(shù),是現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化控制、電子通信等領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ),也體現(xiàn)著一個(gè)國家科技實(shí)力的強(qiáng)弱。然而隨著集成電路的飛速發(fā)展,芯片內(nèi)部晶體管之間的互連布線變得無比復(fù)雜,從而導(dǎo)致芯片速度無法進(jìn)一步提升,同時(shí)內(nèi)部串?dāng)_現(xiàn)象嚴(yán)重,散熱和耗能問題也很難克服。采用光來傳輸信號可大大提高系統(tǒng)響應(yīng)速率、交叉互連密度、信息處理速度和準(zhǔn)確性,同時(shí)減少電磁波串?dāng)_和能量損耗,電互連引起的“瓶頸”有望得到解決,突破目前集成電路信息存儲量和工作速

2、度的限制。然而,作為間接帶隙半導(dǎo)體材料的硅,其發(fā)光功率和外量子轉(zhuǎn)換效率都很低,因此實(shí)現(xiàn)硅基光電子集成的關(guān)鍵在于研制出高效率的硅基發(fā)光器件,以及提高光互連系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換與耦合效率。本文對基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的硅基發(fā)光器件,以及由其構(gòu)成的光互連系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究,主要研究內(nèi)容如下:
　　1.分析了已有報(bào)道的硅基發(fā)光器件,對其結(jié)構(gòu)和發(fā)光機(jī)理進(jìn)行了分析,重點(diǎn)研究了CMOS工藝下硅PN結(jié)反向擊穿和正向注入發(fā)光器件的一般結(jié)構(gòu)、發(fā)光機(jī)理和光電特性

3、,在此指導(dǎo)下設(shè)計(jì)了楔形三端 Si-LED、八邊形雪崩擊穿Si-LED,并進(jìn)行了詳細(xì)的光電特性測試。
　　2.詳細(xì)研究了與 CMOS兼容的一些器件結(jié)構(gòu),如肖特基勢壘二極管、MOS隧道二極管和PIN二極管等,分析了這些器件的工作原理,并結(jié)合硅基發(fā)光理論,在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝下設(shè)計(jì)和制造了肖特基勢壘Si-LED、MOS隧道Si-LED和多晶硅PIN Si-LED,對這些器件進(jìn)行了詳細(xì)的光電特性測試。
　　3.在本文設(shè)計(jì)的硅基發(fā)光器件