本发明专利技术公开一种具有行波电极的硅基波导型光敏晶体管探测器。该探测器包括Si衬底；在Si衬底上依次制备出Si次集电区、Si集电区、SiGe基区和多晶Si发射区，SiGe基区上下各生长一层本征SiGe层。掺杂浓度高的SiGe基区作为光敏晶体管探测器的光吸收层；Si次集电区，Si集电区，本征SiGe层，SiGe基区和多晶硅发射区形成脊型波导结构；光窗口位于脊形波导的端面，实现入射光的侧面探测吸收。发射极电极和集电极电极构成的行波电极，可以有效的减少传统电极在传输高频信号时的分布效应，减少寄生电容对高速传输的影响。随着硅集成电路特征线宽逐渐缩小，用波导型SiGe探测器作为光互联的主要器件，可以缓解金属互联造成的传输信号延时、功率耗散、层间干扰等制约系统性能的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种具有行波电极的硅基波导型光敏晶体管探测器
本专利技术公开一种具有行波电极的硅基波导型光敏晶体管探测器，特别涉及一种脊波导型SiGe探测器，是目前硅基光互连上具有发展前景的光电探测器，可以缓解硅集成电路的特征线宽缩小时，金属互连带来的一些问题。
技术介绍
随着微电子工业的不断发展，要求集成电路集成度越来越高，硅集成电路的特征线宽将不断减小，当特征线宽缩小到22nm时，传统的金属互联将到达极限，摩尔定律不再适用[1]，由互连线引起的信号延迟时间、功率耗散和层间干扰占主导地位。因此短距离信号传输所使用的金属互连将成为信号传输的瓶颈，金属互连线成为影响系统整体性能的主要因素。光互连是一种很有潜力的替代金属互连的方案。光互连可以降低芯片上的功耗，减小或消除信号间的干扰，并大大提高工作带宽和数据传输能力。与电子相比，光子频率高，传播速度快，波长短，同时极好的相容性使光子天然具有并行处理信息的能力和高度的互连特性。因此采用光信号后，不仅可以解决信号延迟，层间干扰，功率耗散等问题，还可以提高芯片的信号处理速度，光互连将成为下一代互连的领军者。在各种光互连方案中，硅基光互连技术被认为是最有发展前途的一个方案，其中光电探测器、光耦合器和光调制器等都是硅基光互联技术的主要器件。近些年，各构建单元器件性能的提高逐渐成为硅基光互连的研究热点。其中，高速高效的SiGe探测器是目前硅基光互连上最具有发展前景的光电探测器之一。[1]G.E.Moore,Crammingmorecomponentsontointegratedcircuits.Electronics,1965,38(8),114-117
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种硅基光互联技术中的关键构建单元器件——具有行波电极的硅基波导型SiGe光敏晶体管探测器，应用于光互联回路，解决特征线宽缩小时金属互连所带来的信号延迟、功率耗散等问题。波导型SiGe光敏晶体管探测器制备技术与标准CMOS工艺兼容，制备工艺简单，可以推动硅基光互连的研究进展。这种具有行波电极的硅基波导型光敏晶体管探测器采用SiGe基区作为光敏晶体管探测器的光吸收层；Si次集电区(2)，Si集电区(3)，本征SiGe层(4)，SiGe基区(5)，本征SiGe层(6)和多晶硅发射区(7)形成脊型波导结构，光窗口设计在脊形波导的端面，被探测光由侧面入射，光传输方向与载流子传输方向垂直。本征SiGe层(4)和本征SiGe层(6)避免杂质扩散，且有利于使掺杂界面和异质结界面重合。发射极电极(10)和集电极电极(11-14)构成行波电极，能进一步优化器件性能，提高工作速度。本专利技术公开的这种具有行波电极的硅基波导型光敏晶体管探测器制包括：一Si衬底(1)，Si次集电区(2)，Si集电区(3)，本征SiGe层(4)，SiGe基区(5)，本征SiGe层(6)，多晶Si发射区(7)，各层按序号由小到大的顺序依次生长在Si衬底(1)之上；Si次集电区(2)，Si集电区(3)，本征SiGe层(4)，SiGe基区(5)，本征SiGe层(6)和多晶硅发射区(7)形成脊型波导结构；SiO2层(8)覆盖在多晶Si发射区(7)和Si次集电区(2)之上，并且包裹Si次集电区(2)，Si集电区(3)，本征SiGe层(4)，SiGe基区(5)，本征SiGe层(6)和多晶硅发射区(7)构成的脊波导结构的侧面。聚酰亚胺层(9)覆盖在SiO2层(8)之上，并且包裹SiO2层(8)的侧面。在SiO2层(8)和聚酰亚胺层(9)上开出电极窗口，一发射极(10)，第一集电极(11)、第二集电极(12)、第三集电极(13)和第四集电极(14)采用溅射的方法制作在聚酰亚胺层(9)上，然后刻蚀行波电极；上述技术方案中，所述Si衬底(1)为P型Si衬底，掺杂浓度为1×1018cm-3，厚度介于0.9μm到1.2μm之间；上述技术方案中，所述Si次集电区(2)为n型次集电区，掺杂浓度为1×1020cm-3,厚度介于0.3μm到0.5μm之间；上述技术方案中，所述Si集电区(3)为n型集电区，掺杂浓度为1×1018cm-3,厚度介于0.4μm到0.6μm之间；上述技术方案中，所述SiGe基区(5)为p型SiGe基区，掺杂浓度为1×1019cm-3,厚度介于0.1μm到0.16μm之间；上述技术方案中，所述本征SiGe层(4)和本征SiGe层(6)厚度为介于0.01μm到0.02μm之间；上述技术方案中，所述多晶Si发射区(7)为n型多晶Si发射区，掺杂浓度为1×1020cm-3,厚度介于0.3μm到0.5μm之间；上述技术方案中，所述Si次集电区(2)，Si集电区(3)，本征SiGe层(4)，SiGe基区(5)，本征SiGe层(6)和多晶硅发射区(7)构成的脊波导结构，脊波导的宽度为3μm，Si衬底(1)和Si次集电区(2)台面宽度为13μm，脊波导长度为150μm；上述技术方案中，所述发射极(10)、第一集电极(11)、第二集电极(12)、第三集电极(13)和第四集电极(14)都为钛金材料。上述技术方案中，所述第一集电极(11)、发射极(10)和第二集电极(12)构成地-信号-地(GSG)行波电极结构，所述第三集电极(13)、发射极(10)和第四集电极(14)也构成地-信号-地(GSG)行波电极结构，可以有效的减少传统电极在传输高频信号时的分布效应，减少寄生电容对高速传输的影响。附图说明为进一步说明本专利技术的内容，以下结合附图和具体实例对本专利技术作进一步的描述，其中：图1是硅基波导型光敏晶体管探测器脊波导结构意图；图2是脊波导型光敏晶体管探测器SiO2和聚酰亚胺台面示意图；图3是脊波导型光敏晶体管探测器行波电极示意图。具体实施方式下面结合图1，图2，图3对本专利技术作进一步详细描述。所述这种具有行波电极的硅基波导型光敏晶体管探测器包括：一Si衬底(1)，Si次集电区(2)，Si集电区(3)，本征SiGe层(4)，SiGe基区(5)，本征SiGe层(6)，多晶Si发射区(7)，各层按序号由小到大的顺序依次生长在Si衬底(1)之上；SiO2层(8)覆盖在多晶Si发射区(7)和Si次集电区(2)之上，并且包裹Si次集电区(2)，Si集电区(3)，本征SiGe层(4)，SiGe基区(5)，本征SiGe层(6)和多晶硅发射区(7)构成的脊波导结构的侧面。聚酰亚胺层(9)覆盖在SiO2层(8)之上，并且包裹SiO2层(8)的侧面。在SiO2层(8)和聚酰亚胺层(9)上开出电极窗口，一发射极(10)，第一集电极(11)、第二集电极(12)、第三集电极(13)和第四集电极(14)采用溅射的方法制作在聚酰亚胺层(9)上，然后刻蚀行波电极；其中所述Si衬底(1)为P型Si衬底，掺杂浓度为1×1018cm-3，厚度为1.0μm；其中所述Si次集电区(2)为n型次集电区，掺杂浓度为1×1020cm-3,厚度为0.3μm；其中所述Si集电区(3)为n型集电区，掺杂浓度为1×1018cm-3,厚度为0.6μm；其中所述SiGe基区(5)为p型SiGe基区，掺杂浓度为1×1019cm-3,厚度为0.1μm；其中所述本征SiGe层(4)和本征SiGe层(6)厚度为0.01μm；其中所述多晶Si本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有行波电极的硅基波导型光敏晶体管探测器，其特征在于，从下至上依次包括：Si衬底(1)，Si次集电区(2)，Si集电区(3)，本征SiGe层(4)，SiGe基区(5)，本征SiGe层(6)，多晶Si发射区(7)；其所述Si衬底(1)为P型Si衬底，掺杂浓度为1×10
【技术特征摘要】
1.一种具有行波电极的硅基波导型光敏晶体管探测器，其特征在于，从下至上依次包括：Si衬底(1)，Si次集电区(2)，Si集电区(3)，本征SiGe层(4)，SiGe基区(5)，本征SiGe层(6)，多晶Si发射区(7)；其所述Si衬底(1)为P型Si衬底，掺杂浓度为1×1018cm-3，厚度介于0.9μm到1.2μm之间；其所述Si次集电区(2)为n型次集电区，掺杂浓度为1×1020cm-3,厚度介于0.3μm到0.5μm之间；其所述Si集电区(3)为n型集电区，掺杂浓度为1×1018cm-3,厚度介于0.4μm到0.6μm之间；其所述SiGe基区(5)为p型SiGe基区，掺杂浓度为1×1019cm-3,厚度介于0.1μm到0.16μm之间；其所述本征SiGe层(4)和本征SiGe层(6)厚度为介于0.01μm到0.02μm之间；其所述多晶Si发射区(7)为n型多晶Si发射区，掺杂浓度为1×1020cm-3,厚度介于0.3μm到0.5μm之间；其所述Si次集电区(2)，Si集电区(3)，本征SiGe层(4)，SiGe基区(5)，本征SiG...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢红云，刘芮，高杰，吴佳辉，马佩，张万荣，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。