用于自動電力抄表系統(tǒng)的硅基單片光電集成接收芯片的制作方法
【專利摘要】用于自動電力抄表系統(tǒng)的硅基單片光電集成接收芯片，涉及光電集成電路。設(shè)有硅基光電探測器和硅基光電探測器跟隨的放大集成電路；所述硅基光電探測器的縱向結(jié)構(gòu)自下而上依次是低摻雜的P型硅襯底、N阱、N型重?fù)诫s硅、P型重?fù)诫s硅、金屬鋁、三層的SiO2絕緣介質(zhì)層、Si3N4表面鈍化層；硅基光電探測器跟隨的放大集成電路設(shè)有互阻前置放大器、限幅放大器和差分輸出緩沖電路，互阻前置放大器的輸入端接硅基光電探測器，互阻前置放大器的輸出端接限幅放大器輸入端，限幅放大器輸出端接差分輸出緩沖電路輸入端。可實現(xiàn)650nm±17.8nm光電探測器的放大集成電路的單片光電集成，可滿足自動抄表系統(tǒng)100Mbps傳輸速率要求。
【專利說明】用于自動電力抄表系統(tǒng)的硅基單片光電集成接收芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及光電集成電路，尤其是涉及用于自動電力抄表系統(tǒng)的硅基單片光電集成接收芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著小區(qū)管理智能化的發(fā)展，自動抄表系統(tǒng)已經(jīng)取代傳統(tǒng)的手工抄表系統(tǒng)，并且越來越受到電力部門的重視，可靠、準(zhǔn)確和實用的自動電力抄表系統(tǒng)具有較廣闊的市場前景?，F(xiàn)有的電力遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)都采用雙極上報機制，第一級為電表至集中器，傳輸方式為RS485和220V電力線載波網(wǎng)；第二級為集中器到電力管理中心，傳輸方式為有線市話網(wǎng)、寬帶城域網(wǎng)、GPRS、無線通信網(wǎng)和IOKV電力線載波網(wǎng)。其中除電力線載波外，其余傳輸方式都需租用外部信息網(wǎng)，運營成本較高。但是電力線載波抗干擾能力差，載波抄表系統(tǒng)容易受設(shè)備的電磁干擾，在用電高峰體現(xiàn)出載波抄表系統(tǒng)不穩(wěn)的等問題(參見中國專利CN201110241140.4)。
[0003]塑料光纖通信是新一代短距離傳輸系統(tǒng)，具有簡便、高速、低成本、易施工和光纖柔性可彎曲等優(yōu)點(參見中國專利CN201320015979.0)，可成功解決光纖通信中“最后100米”的接入難題，是一種可用于電力系統(tǒng)通信線路的新型線纜。因此，在符合國家電網(wǎng)公司電力用戶用電信息采集系統(tǒng)規(guī)范及要求的前提下，開發(fā)智能電力抄表系統(tǒng)中用于信息采集的光發(fā)送接收模塊，具有極大的實用價值。
[0004]自動抄表系統(tǒng)的采集模塊光通信口可采用半雙工通信模式，采用I根塑料光纖實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸。自動抄表系統(tǒng)的采集模塊主要由光發(fā)射模塊、光接收模塊及外圍電路控制單元組成。光發(fā)射模塊接收來自通用異步收發(fā)串口(Universal Asynchronous ReceiverTransmitter,UART)的輸入信號后，將其轉(zhuǎn)換成發(fā)射部件所需的相應(yīng)電平并輸送到發(fā)射管，發(fā)射管封裝在光組件中，光組件再將光有效耦合到POF中。光接收模塊主要由光電探測器和放大電路組成，光電探測器也封裝在光組件中。光組件從POF中接收到光信號并送入光電探測器，光電探測器感應(yīng)出微弱的電流信號，后級放大電路將此微弱信號放大并整形，然后輸出到后級專用芯片處理，處理完成后通過UART 口輸出。
[0005]650nm±17.8nm光收發(fā)模塊是自動抄表系統(tǒng)的米集模塊的核心,其中光發(fā)射模塊由分立的650nm±17.8nm諧振腔發(fā)光二極管和驅(qū)動電路芯片組成；光接收模塊由分立的650nm±17.8nm光電探測器芯片和放大電路組成。目前這些芯片都是分立狀態(tài)，系統(tǒng)元件較多，制造組裝過程較復(fù)雜，會影響系統(tǒng)的可靠性，而且主要元器件由國外進口，成本較高，不利于塑料光纖通信技術(shù)的推廣和普及。
[0006]目前，各類硅基單片光電集成電路幾乎涉及了 Bipolar、CMOS、BiCMOS、B⑶、SOI等工藝，Bipolar、BiCMOS和CMOS工藝成為硅基光電探測器和硅基單片光電集成電路研究的一個熱點。目前相對成本低、先進成熟的CMOS有著集成度高、低功耗的優(yōu)點，因而其成為硅基單片光電集成電路研究的一個創(chuàng)新思路和有益探索(參見中國專利CN201310324878.6)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種可米用標(biāo)準(zhǔn)的0.5 μ m CMOS工藝的用于自動電力抄表系統(tǒng)的硅基單片光電集成接收芯片。
[0008]本發(fā)明設(shè)有硅基光電探測器和硅基光電探測器跟隨的放大集成電路；
[0009]所述硅基光電探測器采用“N+/N_Wel Ι/Ρ-Sub ”結(jié)構(gòu)，硅基光電探測器的縱向結(jié)構(gòu)自下而上依次是:第一層是低摻雜的P型硅襯底(Ρ-Substrate);第二層是N阱(N-Well)；第三層是N型重?fù)诫s硅(N+)、P型重?fù)诫s硅(P+)、金屬鋁(Al);第四層到第六層為三層的SiO2絕緣介質(zhì)層；第七層是Si3N4表面鈍化層；所述P型娃襯底(P-Substrate)、N講(N-Well)、N型重?fù)诫s硅(N+)、P型重?fù)诫s硅(P+)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SiO2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SiO2絕緣介質(zhì)層上；所述硅基光電探測器跟隨的放大集成電路設(shè)有互阻前置放大器(即為Tran-1mpedance Amplifier,簡寫為TIA)、限幅放大器(即為Limiting Amplifier,簡寫為LA)和差分輸出緩沖(即為Output Buffer,簡寫為0B)電路，互阻前置放大器的輸入端接硅基光電探測器，互阻前置放大器的輸出端接限幅放大器輸入端，限幅放大器輸出端接差分輸出緩沖電路輸入端。
[0010]硅基光電探測器的所有縱向尺寸由具體的CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝決定。在首先注入P-Substrate層,在P-Substrate層上注入等間距條狀N講區(qū)26個,每個N講之上分布著N型重?fù)诫s硅，即有26個N型重?fù)诫s硅區(qū)域，橫向結(jié)構(gòu)以處于中間的第13、14個條狀N阱為中心對稱分布。其中，13個條狀N阱被金屬Al覆蓋，接收光信號，形成參考探測器；其余13個N阱未被金屬Al覆蓋，作為實際探測器，接收光信號；參考探測器(被金屬屏蔽)與實際探測器(未被金屬屏蔽)交叉放置，并分別相連。
[0011]所述娃基光電探測器的有效光敏面積為200 μ mX200 μ m,其總的橫向尺寸為200 μ m。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。
[0012]所述硅基光電探測器每個條狀的N阱長度也為200 μ m ;每個N阱寬度為3.Sum,每個條狀N講間隔為4.0um。其中屏蔽金屬的寬度Ix = 7.8um,每個條狀屏蔽金屬Iy =
7.8um,探測器面積為200 μ mX200 μ m0 N型重?fù)诫s娃距離N講邊緣不小于0.4 μ m,寬度不小于0.8 μ m。在26個N型重?fù)诫s娃區(qū)域外圍的P-Substrate層上注入厚度為2.1 μ m環(huán)狀的P型重?fù)诫s硅(P+)，形成了保護環(huán)，起到了隔離探測器與其他CMOS器件的作用。
[0013]所述硅基光電探測器在CMOS工藝中利用被金屬鋁遮住的N阱(參考探測器)上表面的N型重?fù)诫s作為探測器的一個陰極，未被金屬鋁遮住的N阱(實際探測器)上表面的N型重?fù)诫s作為探測器的一個另一個陰極，兩個陰極分別作為后續(xù)差分電路的兩個輸入；夕卜圍環(huán)狀的P型重?fù)诫s硅(P+)作為陽極引出，并零電壓。N阱與P+區(qū)構(gòu)成一個二極管，稱工作二極管D0，N阱與襯底構(gòu)成一個工作二極管，稱屏蔽二極管DS。N+電極上加正向電壓，P+電極，P+保護環(huán)及P襯底上加零電壓，則工作二極管DO與屏蔽二極管DS均反偏。在襯底深處的光生載流子被屏蔽二極管的耗盡區(qū)所吸收，不能擴散到工作二極管內(nèi)，工作二極管內(nèi)沒有長距離擴散的光生載流子，只有N阱內(nèi)短途擴散的載流子，從而提高了工作二極管的速度。此外，參考探測器的光電流由收集襯底部分?jǐn)U散的光生載流子中的一部分形成，通過后續(xù)差分式放大電路，可實現(xiàn)實際探測器產(chǎn)生的光電流減掉襯底中擴散少子形成的光電流的功能，以減小暗電流產(chǎn)生的噪聲。
[0014]本發(fā)明應(yīng)用于電力自動抄表系統(tǒng)采集模塊的塑料光纖通信650nm波長的光接收端。芯片實現(xiàn)了 650nm大面積光電探測器(即為Photo-Detector，簡寫為PD)和放大集成電路的單片光電集成。
[0015]本發(fā)明是一種用于自動抄表系統(tǒng)米集模塊的基于塑料光纖的650nm± 17.8nm單片光電集成接收芯片。該芯片可替代現(xiàn)有的塑料光纖通信的650nm±17.8nm單光接收模塊里的光電探測器芯片和放大集成電路芯片，實現(xiàn)650nm土 17.8nm光電探測器的放大集成電路的單片光電集成，可滿足自動抄表系統(tǒng)IOOMbps傳輸速率要求，用于自動抄表系統(tǒng)采集模塊光通信接口的光接收端。
[0016]相比較現(xiàn)有的650nm光接收器，本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點:
[0017]1、本發(fā)明中的光電探測器利用CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝下形成縱向條狀“N+/N_Well/P-Sub”結(jié)構(gòu)的探測器，采用屏蔽金屬覆蓋形成參考探測器，它與實際探測器(未被金屬屏蔽)交叉，克服一般硅基光電探測器暗電流噪聲大，且速率低的缺點。
[0018]2、本發(fā)明中的光電探測器由于采用條狀的結(jié)構(gòu)，降低了結(jié)電容，克服了一般硅基光電探測器結(jié)電容較大的缺點，從而使得前置放大集成電路因輸入結(jié)電容降低而帶寬增大。
[0019]3、本發(fā)明的光電探測器有很寬的光譜響應(yīng)范圍，克服一般娃基光電探測器短波響應(yīng)差的缺點。
[0020]4、本發(fā)明的光電集成芯片制備工藝與商業(yè)的CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝完全兼容，不需要對工藝做任何修改，提高了整體光電集成芯片的性能，降低了 650nm塑料光纖通信的成本。
[0021]5、本發(fā)明的集成芯片使650nm光接收器簡化了封裝過程。
[0022]本發(fā)明的硅基單片光電集成接收芯片流片后用于塑料光纖通信測試，在誤碼率IO-9下靈敏度為-8dBm，傳輸速率50Mbps。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施例的硅基光電探測器的結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0024]圖2為本發(fā)明實施例的硅基光電探測器的結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0025]圖3為本發(fā)明實施例的電路框圖。
[0026]圖4本發(fā)明實施例的互阻前置放大器電路原理圖。
[0027]圖5本發(fā)明實施例的限幅放大器中的單級差分放大電路原理圖。
[0028]圖6本發(fā)明實施例的差分輸出緩沖電路原理圖。
【具體實施方式】
[0029]以下實施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0030]參見圖1?6，本發(fā)明實施例設(shè)有硅基光電探測器和硅基光電探測器跟隨的放大集成電路；
[0031]所述硅基光電探測器采用“N+/N-Well/P-Sub”結(jié)構(gòu)，硅基光電探測器的縱向結(jié)構(gòu)自下而上依次是:第一層是低摻雜的P型硅襯底(P-SubStrate) I ;第二層是N阱(N-Well) 2 ;第三層是N型重?fù)诫s硅(N+)4、P型重?fù)诫s硅(P+)3、金屬鋁(Al)7;第四層到第六層為三層的SiO2絕緣介質(zhì)層5、8、9 ;第七層是Si3N4表面鈍化層10 ;所述P型硅襯底(P-Substrate) 1、N阱(N-Well) 2、N型重?fù)诫s硅(N+)4、P型重?fù)诫s硅(P+)3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SiO2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SiO2絕緣介質(zhì)層上；所述硅基光電探測器跟隨的放大集成電路設(shè)有互阻前置放大器(即為Tran-1mpedanceAmplifier,簡寫為TIA)、限幅放大器(即為Limiting Amplifier,簡寫為LA)和差分輸出緩沖(即為Output Buffer，簡寫為0B)電路，互阻前置放大器的輸入端接硅基光電探測器，互阻前置放大器的輸出端接限幅放大器輸入端，限幅放大器輸出端接差分輸出緩沖電路輸入端。
[0032]硅基光電探測器的所有縱向尺寸由具體的CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝決定。在首先注入P-Substrate層,在P-Substrate層上注入等間距條狀N講區(qū)26個,每個N講之上分布著N型重?fù)诫s硅，即有26個N型重?fù)诫s硅區(qū)域，橫向結(jié)構(gòu)以處于中間的第13、14個條狀N阱為中心對稱分布。其中，13個條狀N阱被金屬Al覆蓋，接收光信號，形成參考探測器；其余13個N阱未被金屬Al覆蓋，作為實際探測器，接收光信號；參考探測器(被金屬屏蔽)與實際探測器(未被金屬屏蔽)交叉放置，并分別相連。
[0033]所述娃基光電探測器的有效光敏面積為200 μ mX200 μ m,其總的橫向尺寸為200 μ m。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。
[0034]所述硅基光電探測器每個條狀的N阱長度也為200 μ m ;每個N阱寬度為3.Sum,每個條狀N講間隔為4.0um。其中屏蔽金屬的寬度Ix = 7.8um,每個條狀屏蔽金屬Iy =
7.8um,探測器面積為200 μ mX200 μ m0 N型重?fù)诫s娃距離N講邊緣不小于0.4 μ m,寬度不小于0.8 μ m。在26個N型重?fù)诫s娃區(qū)域外圍的P-Substrate層上注入厚度為2.1 μ m環(huán)狀的P型重?fù)诫s硅(P+)，形成了保護環(huán)，起到了隔離探測器與其他CMOS器件的作用。
[0035]所述硅基光電探測器在CMOS工藝中利用被金屬鋁遮住的N阱(參考探測器)上表面的N型重?fù)诫s作為探測器的一個陰極，未被金屬鋁遮住的N阱(實際探測器)上表面的N型重?fù)诫s作為探測器的一個另一個陰極，兩個陰極分別作為后續(xù)差分電路的兩個輸入；夕卜圍環(huán)狀的P型重?fù)诫s硅(P+)作為陽極引出，并零電壓。N阱與P+區(qū)構(gòu)成一個二極管，稱工作二極管D0，N阱與襯底構(gòu)成一個工作二極管，稱屏蔽二極管DS。N+電極上加正向電壓，P+電極，P+保護環(huán)及P襯底上加零電壓，則工作二極管DO與屏蔽二極管DS均反偏。在襯底深處的光生載流子被屏蔽二極管的耗盡區(qū)所吸收，不能擴散到工作二極管內(nèi)，工作二極管內(nèi)沒有長距離擴散的光生載流子，只有N阱內(nèi)短途擴散的載流子，從而提高了工作二極管的速度。此外，參考探測器的光電流由收集襯底部分?jǐn)U散的光生載流子中的一部分形成，通過后續(xù)差分式放大電路，可實現(xiàn)實際探測器產(chǎn)生的光電流減掉襯底中擴散少子形成的光電流的功能，以減小暗電流產(chǎn)生的噪聲。
[0036]本發(fā)明應(yīng)用于電力自動抄表系統(tǒng)米集模塊的塑料光纖通信650nm波長的光接收端。芯片實現(xiàn)了 650nm大面積光電探測器(即為Photo-Detector，簡寫為PD)和放大集成電路的單片光電集成。
[0037]本發(fā)明實施例所述的硅基單片光電集成接收芯片采用0.5μπι標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制備，設(shè)有硅基光電探測器和硅基光電探測器跟隨的放大集成電路。
[0038]本發(fā)明中的光電探測器是通過以下方法來實現(xiàn)的:[0039]參見圖1和圖2，0.5μπι標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝下的硅基光電探測器的制造工藝流程如下:
[0040]首先在高阻的<100>P型硅襯底I上等間距的光刻上距離3.8 μ m，寬度為4.0 μ m的N阱區(qū)26個，并采用離子注入工藝實現(xiàn)這26個N阱。在26個N阱2外圍光刻P型重?fù)诫s區(qū)，通過離子注入實現(xiàn)26個N阱外圍的環(huán)形P型重?fù)诫s硅3 ;在26個N阱區(qū)域，均光刻N型重?fù)诫s區(qū)，通過離子注入實現(xiàn)N型重?fù)诫s硅4 ;沉積第一層SiO2絕緣介質(zhì)層5 ;光刻接觸孔6，沉積金屬鋁7，并光刻實現(xiàn)需要的電極與連線，金屬鋁間隔的附著在N型重?fù)诫s硅4上。沉積第二層絕緣介質(zhì)層8和第三層絕緣介質(zhì)層9，沉積Si3N4表面鈍化層10。
[0041]0.5 μ m標(biāo)準(zhǔn)CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝下的硅基光電探測器的縱向結(jié)構(gòu)“N+/N-Well/P_Sub”。在CMOS工藝中利用N+作為探測器的陰極。所有未被金屬AL遮住的N阱上表面的N型重?fù)诫s硅連接在一起引出探測器的一個陰極；所有被金屬AL遮住的N阱上表面的N型重?fù)诫s硅連接在一起，金屬鋁與N阱上表面的N型重?fù)诫s形成歐姆接觸引出探測器的另一個陰極，兩個陰極分別作為差分跨阻放大器的兩個輸入；在26個N阱外圍環(huán)形的P+作為光電探測器的陽極，陽極接地#阱外圍的P+起到了隔離探測器與其他BCD器件的作用；按制備順序從下至上設(shè)有3層Si02表面絕緣介質(zhì)層和Si3N4表面鈍化層。
[0042]參見圖3,本發(fā)明用于自動電力抄表系統(tǒng)基于塑料光纖的650nm娃基單片光電集成接收芯片的電路框圖。硅基光電探測器跟隨的放大集成電路IC包括互阻前置放大器(即為 Tran-1mpedance Amplifier，簡寫為 TIA) 40，限幅放大器(即為 Limiting Amplifier,簡寫為LA) 50(為三級限幅放大器)，一個差分輸出緩沖(output buffer，簡寫為0B)電路60;互阻前置放大器40的信號輸入端接所述硅基光電探測器H)的信號輸出端，互阻前置放大器40的信號輸出端接限幅放大器50的信號輸入端，限幅放大器50的信號輸出端接差分輸出緩沖電路60的信號輸入端，緩沖電路60的信號輸出端接外部電路。
[0043]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+接地，N+接高電位，這里接的只能是電源電壓。根據(jù)這些接法重新設(shè)計了威爾遜調(diào)節(jié)式共源共柵(即為MWS Regulated Cascade)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。
[0044]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，提高整個單片光電集成電路的光響應(yīng)度。構(gòu)成限幅放大器的主體是三個級聯(lián)差分放大電路，每級差分放大電路均采用了 Cheery-Hooper差分放大結(jié)構(gòu)。利用源跟隨器在M1J2的漏極構(gòu)成局部反饋，以便驅(qū)動負(fù)載;M5、M6分別將M3、M4的漏極與負(fù)載電阻隔離開，并使電路具有更小的輸出阻抗。為了獲得足夠的增益，Rf必須足夠大。
[0045]參見圖6，差分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。
【權(quán)利要求】
1.用于自動電力抄表系統(tǒng)的硅基單片光電集成接收芯片，其特征在于設(shè)有硅基光電探測器和硅基光電探測器跟隨的放大集成電路； 所述硅基光電探測器采用“N+/N-Well/P-Sub”結(jié)構(gòu)，硅基光電探測器的縱向結(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N阱；第三層是N型重?fù)诫s硅、P型重?fù)诫s硅、金屬鋁；第四層到第六層為三層的SiO2絕緣介質(zhì)層；第七層是Si3N4表面鈍化層；所述P型硅襯底、N阱、N型重?fù)诫s硅、P型重?fù)诫s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三層SiO2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SiO2絕緣介質(zhì)層上；所述硅基光電探測器跟隨的放大集成電路設(shè)有互阻前置放大器、限幅放大器和差分輸出緩沖電路，互阻前置放大器的輸入端接硅基光電探測器，互阻前置放大器的輸出端接限幅放大器輸入端，限幅放大器輸出端接差分輸出緩沖電路輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述用于自動電力抄表系統(tǒng)的硅基單片光電集成接收芯片，其特征在于硅基光電探測器的所有縱向尺寸由具體的CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝決定，在首先注入P-Substrate層，在P-Substrate層上注入等間距條狀N阱區(qū)26個，每個N阱之上分布著N型重?fù)诫s硅，即有26個N型重?fù)诫s娃區(qū)域,橫向結(jié)構(gòu)以處于中間的第13、14個條狀N講為中心對稱分布，其中，13個條狀N阱被金屬Al覆蓋，接收光信號，形成參考探測器；其余13個N阱未被金屬Al覆蓋，作為實際探測器，接收光信號；被金屬屏蔽的參考探測器與未被金屬屏蔽的實際探測器交叉放置，并分別相連。
3.如權(quán)利要求1所述用于自動電力抄表系統(tǒng)的硅基單片光電集成接收芯片，其特征在于所述娃基光電探測器的有效光敏面積為200 μ mX 200 μ m,其總的橫向尺寸為200 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述用于自動電力抄表系統(tǒng)的硅基單片光電集成接收芯片，其特征在于所述娃基光電探測器每個條狀的N阱長度為200 μ m ;每個N阱寬度為3.8 μ m,每個條狀N阱間隔為4.0ym;其中，屏蔽金屬的寬度Ix = 7.8 μ m，每個條狀屏蔽金屬Iy = 7.8 μ m，探測器面積為200μηιΧ200μηι, N型重?fù)诫s娃距離N講邊緣不小于0.4 μ m,寬度不小于0.8 μ m，在26個N型重?fù)诫s硅區(qū)域外圍的Ρ-Substrate層上注入厚度為2.1 μ m環(huán)狀的P型重?fù)诫s硅，形成了保護環(huán)，起到隔離探測器與其他CMOS器件的作用。
5.如權(quán)利要求1所述用于自動電力抄表系統(tǒng)的硅基單片光電集成接收芯片，其特征在于所述硅基光電探測器在CMOS工藝中利用被金屬鋁遮住的N阱上表面的N型重?fù)诫s作為探測器的一個陰極，未被金屬鋁遮住的N阱上表面的N型重?fù)诫s作為探測器的一個另一個陰極，兩個陰極分別作為后續(xù)差分電路的兩個輸入；外圍環(huán)狀的P型重?fù)诫s硅作為陽極引出，并零電壓；N阱與P+區(qū)構(gòu)成一個二極管，稱工作二極管D0，N阱與襯底構(gòu)成一個工作二極管，稱屏蔽二極管DS ；N+電極上加正向電壓，P+電極，P+保護環(huán)及P襯底上加零電壓，則工作二極管DO與屏蔽二極管DS均反偏；在襯底深處的光生載流子被屏蔽二極管的耗盡區(qū)所吸收，不能擴散到工作二極管內(nèi)，工作二極管內(nèi)沒有長距離擴散的光生載流子，只有N阱內(nèi)短途擴散的載流子。
【文檔編號】H01L31/0216GK103972247SQ201410213806
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】程翔, 范程程, 陳朝, 史曉鳳, 鄭明 , 徐攀 申請人:廈門大學(xué)