鋁通過濺射工藝沉積在硅片表面,按制備順序從下至上共3層S12絕緣介質(zhì)層通過沉積工藝附著在硅襯底上、Si3N4表面鈍化層通過沉積工藝附著在S1 2絕緣介質(zhì)層上。
[0030]所述光電探測器縱向結(jié)構(gòu)自下而上依次是:第一層是低摻雜的P型硅襯底;第二層是BP+埋層和BN+埋層;第三層是N-EPI外延層;第四層為N阱和P阱,第五層為P型重摻雜硅(P+)、N型重摻雜硅(N+)、金屬鋁、場氧區(qū);第六層到第八層為三層的S12*緣介質(zhì)層;第九層是Si3N4表面鈍化層。在所述N-EPI外延層之上等間距注入17個N阱區(qū),每個N阱區(qū)上表面是N型重摻雜硅,以第9個N阱區(qū)為中心呈中心對稱分布,每相鄰N阱區(qū)之間的N-EPI外延層上表面分布著P型重摻雜硅,16個P型重摻雜硅區(qū)域相連形成叉指結(jié)構(gòu),BN+埋層作為探測器陰極并接高電位,N-EPI外延層形成PIN結(jié)構(gòu)的I層,N-EPI外延層上表面的P型重摻雜硅用金屬鋁形成歐姆接觸,作為探測器的陽極,探測器的陽極形成電路信號的輸出端作為后續(xù)電路的輸入,在第I和第17個N阱外圍作P阱,作為保護環(huán)隔離光電探測器與其他器件影響。
[0031]所述硅基光電探測器的有效光敏面積為300 μ mX 300 μ m,總橫向尺寸為300 μπι。所述硅基光電探測器的總的橫向尺寸根據(jù)需要的有效光敏面積確定。所述叉指長度均為300 μ m,位于N-EPI外延層上表面P型重摻雜硅距離兩邊N阱邊緣不小于0.8 μ m,位于N阱上表面N型重摻雜硅距離N阱邊緣距離不小于0.4 μπι,寬度不小于0.8 μ m,位于第I和第17個N阱外圍的P講,距離N阱不小于0.8 μπι,Ρ阱上表面P型重摻雜硅寬度不小于0.8 μπι,BN+埋層與N阱重疊部分不小于3 μπι,所有P型重摻雜硅和N型重摻雜硅之間均由場氧區(qū)隔離,寬度不小于I μ m,金屬鋁與各處N型重摻雜硅和P型重摻雜硅形成歐姆接觸。
[0032]所述限幅放大器LA可采用三級限幅放大器。
[0033]圖2為本發(fā)明的硅基光電探測器的半邊結(jié)構(gòu)剖面圖。選取高阻<100>P型硅襯底1,光刻BN+埋層區(qū),隨后離子注入形成BN+埋層2和BP+埋層3,在埋層之上生長N-EPI外延層4,在外延層4上等間距光刻上距離12.8 μ m,寬度5.6 μ m的17個N阱區(qū),隨后離子注入形成這17個N阱區(qū)5。在兩邊最外圍N阱的外部光刻P阱區(qū),隨后離子注入形成P阱區(qū)6,光刻N型重摻雜有源區(qū)和P型重摻雜有源區(qū),采用氧化工藝實現(xiàn)場氧區(qū)7,隨后通過離子注入在17個N阱區(qū)上表面形成N型重摻雜硅8,通過離子注入在每兩個N阱區(qū)之間的N-EPI外延層4上表面形成N型重摻雜硅9和P阱上表面的P型重摻雜硅10。在場氧區(qū)7上淀積第一層S12絕緣介質(zhì)層11,第一層S12絕緣介質(zhì)層11光刻接觸孔12,接觸孔12中淀積金屬鋁,并光刻需要的電極與連線,金屬鋁附著在各個N型重摻雜硅9和P型重摻雜硅10上。在第一層S12絕緣介質(zhì)層11上依次淀積第二層S12絕緣介質(zhì)層13、第三層S12*緣介質(zhì)層14和Si3N4表面鈍化層15。
[0034]0.5 μπι標準B⑶工藝下的硅基光電探測器利用BN+埋層2作為探測器的陰極,所有N阱上表面N型重摻雜硅8通過金屬鋁互連,引出探測器陰極并接VDD。N-EPI外延層4形成探測器I層,N-EPI外延層4上表面P型重摻雜硅9通過金屬鋁互連,形成探測器陽極并作為后續(xù)的前置放大電路的輸入端,N阱外圍P阱起到隔離探測器作用。按制備順序從下至上設(shè)有3層S12表面絕緣介質(zhì)層和Si 3Ν4表面鈍化層。
[0035]參見圖3,本發(fā)明用于形成參考硅基光電探測器的半邊結(jié)構(gòu)剖圖。通過對圖2的硅基光電探測器上表面淀積金屬鋁16,達到屏蔽光信號的作用。參考硅基光電探測器由暗電流產(chǎn)生信號與正常硅基光電探測器產(chǎn)生信號差分輸入,得到去除器件自身暗電流影響的數(shù)據(jù)信號。
[0036]參見圖4,互阻前置放大器的作用是將光電探測器輸出的微弱的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。光電探測器工作時是反向的,即P+接后續(xù)電路的輸入端,N+接電源電壓。根據(jù)這些接法形成雙光電探測器調(diào)節(jié)式共源共柵結(jié)構(gòu),其具有較大的輸出擺幅、穩(wěn)定的直流偏置以及非常小的輸入阻抗,電源電壓為5V。
[0037]參見圖5,限幅放大器的作用是二次放大前置放大器的輸出電壓,提高整個光接收芯片的光響應(yīng)度。三個級聯(lián)差分放大電路LA形成整個限幅放大器,每級差分放大電路均采用了有源電感作負載的差分放大結(jié)構(gòu)。通過并聯(lián)實現(xiàn)了帶寬的擴展,通過調(diào)節(jié)每一級差分放大電路中電阻R的大小,提高增益以及帶寬。
[0038] 參見圖6,輸出緩沖電路的作用是用來實現(xiàn)輸出的阻抗匹配以及減小信號反射。輸出級電路不僅有較高的輸出擺幅,高的輸出電流,而且因為要與后續(xù)電路進行阻抗匹配還要求要有低的輸出阻抗。
【主權(quán)項】
1.應(yīng)用于智能家居的光電傳感集成芯片,其特征在于設(shè)有第I路硅基光電探測器、第I路互阻前置放大器、第I路直流負反饋電路、第2路硅基光電探測器、第2路互阻前置放大器、第2路直流負反饋電路、限幅放大器、輸出緩沖電路; 第I路硅基光電探測器的輸出端接第I路互阻前置放大器的輸入端,第I路互阻前置放大器的輸出端接限幅放大器的第I差分輸入端,第2路硅基光電探測器的輸出端接第2路互阻前置放大器的輸入端,第2路互阻前置放大器的輸出端接限幅放大器的第2差分輸入端,限幅放大器的輸出端接輸出緩沖電路輸入端,輸出緩沖電路輸出端接外部電路;限幅放大器的輸出端分別通過第I路直流負反饋電路和第2路直流負反饋電路接限幅放大器的2個差分輸入端。2.如權(quán)利要求1所述應(yīng)用于智能家居的光電傳感集成芯片,其特征在于硅基光電探測器的結(jié)構(gòu)為“叉指狀P型重摻雜硅/N-EPI外延層/BN+埋層”結(jié)構(gòu),含有P型硅襯底、N阱、N型重摻雜硅、P阱、P型重摻雜硅、金屬鋁、N-EPI外延層、BP+埋層、BN+埋層、S12絕緣介質(zhì)層和Si3N4表面鈍化層;P型硅襯底、N-EPI外延層、BP+埋層、BN+埋層、N阱、N型重摻雜硅、P阱、P型重摻雜硅設(shè)于同一硅片材料上,金屬鋁通過濺射工藝沉積在硅片表面,按制備順序從下至上共3層S12*緣介質(zhì)層通過沉積工藝附著在硅襯底上、Si 3N4表面鈍化層通過沉積工藝附著在S12*緣介質(zhì)層上。3.如權(quán)利要求1所述應(yīng)用于智能家居的光電傳感集成芯片,其特征在于所述光電探測器縱向結(jié)構(gòu)自下而上依次是:第一層是低摻雜的P型硅襯底;第二層是BP+埋層和BN+埋層;第三層是N-EPI外延層;第四層為N阱和P阱,第五層為P型重摻雜硅、N型重摻雜硅、金屬鋁、場氧區(qū);第六層到第八層為三層的S12絕緣介質(zhì)層;第九層是Si 3N4表面鈍化層;在所述N-EPI外延層之上等間距注入17個N阱區(qū),每個N阱區(qū)上表面是N型重摻雜硅,以第9個N阱區(qū)為中心呈中心對稱分布,每相鄰N阱區(qū)之間的N-EPI外延層上表面分布著P型重摻雜硅,16個P型重摻雜硅區(qū)域相連形成叉指結(jié)構(gòu),BN+埋層作為探測器陰極并接高電位,N-EPI外延層形成PIN結(jié)構(gòu)的I層,N-EPI外延層上表面的P型重摻雜硅用金屬鋁形成歐姆接觸,作為探測器的陽極,探測器的陽極形成電路信號的輸出端作為后續(xù)電路的輸入,在第I和第17個N阱外圍作P阱,作為保護環(huán)隔離光電探測器與其他器件影響。4.如權(quán)利要求1所述應(yīng)用于智能家居的光電傳感集成芯片,其特征在于硅基光電探測器的有效光敏面積為300 μ mX 300 μ m,總橫向尺寸為300 μ m。5.如權(quán)利要求1所述應(yīng)用于智能家居的光電傳感集成芯片,其特征在于硅基光電探測器的叉指長度均為300 μ m,位于N-EPI外延層上表面P型重摻雜硅距離兩邊N阱邊緣不小于0.8 μ m,位于N阱上表面N型重摻雜娃距離N阱邊緣距離不小于0.4 μ m,寬度不小于0.8 μ m,位于第I和第17個N阱外圍的P阱,距離N阱不小于0.8 μπι,Ρ阱上表面P型重摻雜硅寬度不小于0.8 μ m,BN+埋層與N阱重疊部分不小于3 μ m,所有P型重摻雜硅和N型重摻雜硅之間均由場氧區(qū)隔離,寬度不小于I μπι,金屬鋁與各處N型重摻雜硅和P型重摻雜硅形成歐姆接觸。6.如權(quán)利要求1所述應(yīng)用于智能家居的光電傳感集成芯片,其特征在于所述限幅放大器LA采用三級限幅放大器。
【專利摘要】應(yīng)用于智能家居的光電傳感集成芯片,涉及光電傳感器。設(shè)有第1路硅基光電探測器、第1路互阻前置放大器、第1路直流負反饋電路、第2路硅基光電探測器、第2路互阻前置放大器、第2路直流負反饋電路、限幅放大器、輸出緩沖電路;第1路硅基光電探測器輸出端接第1路互阻前置放大器輸入端,第1路互阻前置放大器輸出端接限幅放大器的第1差分輸入端,第2路硅基光電探測器輸出端接第2路互阻前置放大器輸入端,第2路互阻前置放大器輸出端接限幅放大器的第2差分輸入端,限幅放大器輸出端接輸出緩沖電路輸入端,輸出緩沖電路輸出端接外部電路;限幅放大器輸出端分別通過第1路直流負反饋電路和第2路直流負反饋電路接限幅放大器的2個差分輸入端。
【IPC分類】G01J1/42
【公開號】CN105004419
【申請?zhí)枴緾N201510278265
【發(fā)明人】程翔, 樓卓格, 顏黃蘋, 范程程, 鄭明 , 徐攀
【申請人】廈門大學
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年5月27日