一種基于雙光電探測器的光電檢測電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種光電檢測電路，特別是基于雙光電探測器的光電檢測電路。
【背景技術】
[0002] 單片光檢測電路主要由光電探測器傳感器與晶體管放大器組成，它將光路傳來的 微弱光信號經探測器轉換成電信號并經放大器放大、處理后輸出。
[0003] 通常單片光檢測電路具有以下優點：能夠減小分布參數的影響，提高了器件的性 能；省去光電器件之間的互連鍵合，縮小了器件的體積，提高了器件的可靠性。由于具有上 述特點、優勢和廣泛的應用前景，使之成為光耦合器件輸出部分的一種重要的發展趨勢。
[0004] 而單片光檢測電路的設計關鍵在于解決兩大技術問題：（1)高性能的光電探測傳 感器的設計；（2)光電探測傳感器與晶體管放大器實現的信號處理電路之間的匹配設計， 以及工藝兼容。
[0005] ( -）首先介紹光電探測傳感器設計的技術現狀：
[0006] 光電探測傳感器的基本功能是把入射到探測器上的光功率轉換為相應的光電流。 其性能的好壞直接關系到接收處理電路的精度。因此，只有選擇和設計合適的光電探測器， 才不會削弱接收處理電路的性能。
[0007] 設計時，主要考慮的是光電探測器的噪聲，量子效率，響應度等幾項技術指標。在 很多應用領域，例如光耦合器輸出部分，往往需要將光電探測器和信號處理集成在同一塊 單芯片上，也即是實現光電探測器與信號處理電路的工藝兼容，而這又是一項技術十分復 雜、難度相當大。
[0008] 具體的，硅材料本身卻不是很適合用來制作光電器件：首先硅不是一種直接帶隙 材料，因而不可能制成高效的激光器、LED(發光二極管）等發光器件，這是由其本身的晶體 結構決定的；另外硅不具備線性電光效應等特性，不能用外加電場的方式改變材料的折射 率，因此也不適合用來制作光開關、光調制器等信號處理器件。正是由于硅材料的這些先天 缺陷，人們在制作光電集成器件時，把更多的目光投向了 III-V族化合物、鈮酸鋰以及有機 聚合物等光電性能更為優越的材料。硅作為光電集成器件制作材料來說，雖然有一些先天 不足，但是在設計中如果能視具體性能要求并結合實際工藝條件合理選用材料、工藝并設 計出高性價比的結構便可以滿足不同應用需求。
[0009] 例如在光耦合器設計領域，往往需要將硅光電探測器與信號處理電路進行兼容， 而目前國內外實現硅光探測器與信號處理電路兼容普遍采用的技術手段是：（1)將硅光探 測器與MOS工藝兼容。在CMOS工藝中同時制作出pin-PD，基本不改變標準CMOS工藝，是 研制高速光接收機最簡單有效的方法。（2) SOI MOS工藝。用SOI材料替代Si體材料制做 CMOS電路，它的優點主要有：減小器件隔離區面積；減少工藝步驟；抑制襯底電流；避免閂 鎖效應；具有低的寄生電容，從而可以降低功耗，實現更高速的電路。（3) SiGe/Si HBT工藝。 SiGe技術在將Si基器件的速度提高到新水平的同時，由于它與Si工藝兼容，而保持有價格 低、可靠性好和易于多功能集成等優點；且與CMOS工藝比較，它有更低的噪聲和更好的功 率效率。
[0010] 以上列舉的現有技術均是將硅光探測器與MOS集成電路工藝進行兼容，但是現有 技術中還缺少將硅光探測器和另一種集成電路工藝，也是工藝最為成熟的硅雙極電路工藝 進行兼容的技術方案。而在光耦合器設計領域，大量成熟的信號處理電路均是由硅雙極工 藝制造而成的，因此我們需要結合實際工藝條件合理選用材料、工藝并設計出高性價比的 結構，來實現硅光電探測器與硅雙極集成電路工藝的兼容。總之在這個特殊的應用領域，現 有技術還是一個空白。
[0011] (二）關于光電探測傳感器與晶體管放大器實現的信號處理電路之間的匹配設 計，以及工藝兼容的技術現狀：
[0012] 從工藝上講信號處理電路主要技術包括MESFET、PHEMT、COMS以及HBT等幾種，由 于CMOS器件具有易集成、低功耗的特點，CMOS工藝的前置放大器成為設計的主流。
[0013] 從電路結構上來說，信號處理電路的輸入級通常為采用直接反饋的單輸入端信號 放大電路，該單端輸入與光電探測傳感器相連接。
【發明內容】
[0014] 針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種光電檢測電路，其光電 探測傳感器能夠與硅雙極集成電路工藝兼容，并且具有量子效率高，暗電流小特點；并且其 信號處理電路為差動輸入，并與雙光電探測器匹配設計具有能夠抑制外部電磁干擾特點。
[0015] 為實現上述目的，本發明采用如下技術手段：
[0016] -種基于雙光電探測器的光電檢測電路，其特征在于，包括第一光電探測器，第二 光電探測器和信號處理電路；
[0017] 所述信號處理電路輸入級電路為差動輸入電路，信號處理電路輸入級電路具有兩 個輸入端：第一輸入端INA和第二輸入端INB ;
[0018] 所述第一光電探測器包括第一器件區，所述第一光電探測器的第一器件區由NPN 晶體管的集電區形成，第一光電探測器的第一器件區的水平方向截面為正方形；
[0019] M個第一光電探測器的第二器件區制作在第一光電探測器的第一器件區內，M為 小于10的自然數，所述第一光電探測器的第二器件區由NPN晶體管的基區形成，所述NPN 晶體管由硅雙極工藝制作而成；
[0020] 所述第一光電探測器的第一器件區上設有電極孔，第一光電探測器的第二器件區 上設有電極孔；
[0021] 所有設置在第一光電探測器第二器件區上的電極孔通過鋁膜連接線相互連接，連 接電節點記為第一光電探測器的第二端子；
[0022] 設置在第一光電探測器的第一器件區上的電極孔通過鋁膜連接線引出，記為第一 光電探測器的第一端子；
[0023] 所述第二光電探測器包括第一器件區，所述第二光電探測器的第一器件區由NPN 晶體管的集電區形成，第二光電探測器的第一器件區的水平方向截面為正方形；
[0024] M個第二光電探測器的第二器件區制作在第二光電探測器的第一器件區內，M為 小于10的自然數，所述第二光電探測器的第二器件區由NPN晶體管的基區形成，所述NPN 晶體管由硅雙極工藝制作而成；
[0025] 所述第二光電探測器的第一器件區上設有電極孔，第二光電探測器的第二器件區 上設有電極孔；
[0026] 所有設置在第二光電探測器第二器件區上的電極孔通過鋁膜連接線相互連接，連 接電節點記為第二光電探測器的第二端子；
[0027] 設置在第二光電探測器的第一器件區上的電極孔通過鋁膜連接線引出，記為第二 光電探測器的第一端子；
[0028] 所述第二光電探測器表面覆蓋有鋁膜；
[0029] 所述第一光電探測器和第二光電探測器對稱設置在單芯片中；
[0030] 所述第一光電探測器的第一端子與第二光電探測器的第一端子電連接；
[0031] 信號處理電路輸入級電路的第一輸入端INA與第一光電探測器的第二端子相連 接；信號處理電路輸入級電路的第二輸入端INB與第二光電探測器的第二端子相連接。
[0032] 進一步的，所述第一光電探測器的第二器件區水平方向截面為圓形；所述第二光 電探測器的第二器件區水平方向截面為圓形。
[0033] 相比現有技術，本發明具有如下有益效果：
[0034] (1)由于本發明采用雙極工藝的PN結作為實現光電探測的基礎結構，使得設計的 光電探測器的PN結面積較大（雙極NPN晶體管的集電結面積相對MOS工藝形成PN結的結 面積要大），PN結結深大（相對于MOS工藝），耗盡區較厚，有利于提高量子效率。這一基 礎結構使得本發明在獲得更高量子效率方面具有明顯優勢的有益效果。
[0035] 進一步的，本發明選擇雙極工藝實現電路將會更適用于功率型光耦合器光電探測