光电集成ppt概要

因此可以说SOI将有 可能成为深亚微米的 低压、低功耗集成电 路的主流技术。此外， SOI材料还被用来制 造MEMS光开关，用 于微机械加工技术。

结构功能
通常根据在绝缘体上的硅膜厚度将SOI分成薄 膜全耗尽FD（Fully Depleted）结构和厚膜部分耗 尽PD（Partially Depleted）结构。由于SOI的介质 隔离，制作在厚膜SOI结构上的器件正、背界面的 耗尽层之间不互相影响，在它们中间存在一中性体 区，这一中性体区的存在使得硅体处于电学浮空状 态，产生了两个明显的寄生效应，一个是"翘曲效应 "即Kink 效应，另一个是器件源漏之间形成的基极 开路NPN寄生效应。
SOI光电子集成 技术
1）SOI
2）光电子集成电路
3）
SOI集成光电子器件

SOI(Silicon-OnInsulator，绝缘衬底 上的硅）技术是在顶 层硅和背衬底之间引 入了一层氧化层。

通过在绝缘体上形成半导体 薄膜，SOI材料具有了体硅 所无法比拟的优点：可以实 现集成电路中元器件的介质 隔离，彻底消除了体硅 CMOS电路中的寄生闩锁效 应；采用这种材料制成的集 成电路还具有寄生电容小、 集成密度高、速度快、工艺 简单、短沟道效应小及特别 适用于低压低功耗电路等优 势。

光电子集成电路从结构上可分为单片集成型 和混合集成型两类。 前者是把光和电功能的 器件都集成在单片上；后者则侧重光学元件 的集成，然后再引入相应电路的电子器件。

光电子集成电路的优点是器件之间拼接紧凑，既 能减弱因互连效应引起的响应延迟和噪声，从而提 高传递信息的容量和高保真度，又能使器件微型化， 便于信息工程的应用。

SOI材料被称为二十一世纪的微电子材料，同时由于 集成SOI光电子工艺与标准CMOS工艺完全兼容，SOI 技术为实现低成本高集成度的光电子回路提供了可 能，因此基于SOI的集成光电子器件一直是集成光学 中的一个重要组成部分。

SOI集成光电子器件的发展以及一些研究进展： SOI 光波导， SOI光波导耦合器， SOI光波导开关，相 位阵列波导光栅（PAWG）等。
SiGe（锗硅合金）/Si和SOI光波导器件都与
CMOS电路工艺兼容

SiGe（锗硅合金）/Si波导中SiGe和Si晶格 失配，波导层SiGe不可能生长的太厚，因 此SiGe/Si光波导同光纤的耦合效率很低。

SOI材料的制作工艺更成熟，顶层Si膜的厚 度是不受限制的，可制作大截面尺度的SOI 光波导，从而降低耦合损耗。
SOI材料用于光波导器件有许多优越性： 1、与Si工艺兼容，便于电子和光子集成； 2、能制作三维结构，可大规模集成； 3、损耗小，具有良好的波导特性； 4、用于光互连，光学回路的运算速度比电子回路快 104倍； 5、抗辐射，能在空间或军事上应用。

1）SOI
2）光电子集成电路
3）
SOI集成光电子器件
SOI光波导耦合器

集成光学中的一种重要单元器件 传统的波导耦合器有Y分支器和定向耦合器
SOI光波导耦合器

多模波导干涉耦合器（Multimode Interference Coupler, MMI耦合器）近年来受到重视，广泛应用 于集成光学中。其优点：器件结构紧凑，制作容差 大，输出功率均衡，光功率损耗低。MMI尤其适合于 分支数比较大的分束器。




Si基光电子集成是集成电路研究的一个重要方向， 由于硅加工工艺和CMOS电路工艺极其成熟，硅基集 成光学的研究主要集中在三个方面： （1）SiO2光波导回路； （2）SiGe（锗硅合金）/Si光波导器件； （3）SOI光波导器件。

SiO2光波导回路利用在SiO2中掺杂实现波导 结构，由于它与光纤的结构相似，且波导损 耗小，因而被广泛应用。然而SiO2光波导技 术与Si的集成电路工艺不完全兼容，限制了 SiO2光波导在光电集成方面的应用。

1）SOI
2）光电子集成电路
3）SOI集成光电子器件光电子集成电路（optoelectronic integrated circuit，简称OEIC ），是把光 器件和电子器件集成在同一基片上的集成电 路。
光电子集成电路（optoelectronic integrated circuit，简称OEIC ），是把光器件和电子器件集 成在同一基片上的集成电路。

SOI的优势 SOI 在器件性能上具有以下优点： 1) 减小了寄生电容，提高了运行速度。与体硅 材料相比，SOI 器件的运行速度提高了20-35%； 2) 具有更低的功耗。由于减少了寄生电容，降 低了漏电，SOI 器件功耗可减小35-70%；
SOI的优势 3) 消除了闩锁效应； 4) 抑制了衬底的脉冲电流干扰，减少了软错 误的发生； 5) 与现有硅工艺兼容，可减少 13-20%的工 序。

光电子集成电路按功能分主要有电光发射集 成电路和光电接收集成电路。前者是由电光 驱动电路、有源光发射器件、导波光路、光 隔离器、光调制器和光开关等组成；后者是 由光滤波器、光放大器、光-电转换器以及相 应的接收电路和器件集合而成。
光电子集成电路（optoelectronic integrated circuit，简称OEIC ），是把光器件和电子器件集 成在同一基片上的集成电路。



结构功能
如果将这一中性区经过一体接触接地，则厚膜 器件工作特性便和体硅器件特性几乎完全相同。而 基于薄膜SOI结构的器件由于硅膜的全部耗尽完全 消除"翘曲效应"，且这类器件具有低电场、高跨导、 良好的短沟道特性和接近理想的亚阈值斜率等优点。 因此薄膜全耗尽FDSOI是非常有前景的SOI结构。
SOI光波导

基本结构如图，有平面和条形两种。条形结 构中研究最多的是脊形结构，脊形波导可以 实现大截面尺寸的单模SOI波导，大大减小 波导与光纤的耦合损耗。

弯曲波导在集成光学中也非常重要。为减少器件尺 寸，总希望弯曲波导的弯曲半径尽量小。通常波导 弯曲会导致光场向衬底泄露，和波导的侧向辐射损 耗。采用锥形结构可减少弯曲波导的最小弯曲半径。