单片光电集成(OEIC)是实现高速大容量光通信的根本出路,与混合集成光接收机相比,单片CMOS光电集成接收机不仅可以大大降低接收机的成本,而且最大限度地消除了封装和模块间互连所产生的寄生元件及外界环境的电磁干扰和噪声,提高了接收机的性能。同时该技术还具有体积小、成品率高、可靠性好和可以实现更为丰富的电路功能等优点。为推进光纤到户的商业化以满足人们对生活舒适和便利的追求,学者们近年来基于标准CMOS技术开展了大量单片光电集成接收机的研究。为了克服CMOS工艺下光接收机灵敏度和工作速率低的缺点,本论文展开了以下工作:1、设计了一种与标准CMOS工艺兼容的P+/深N阱/P衬底双光电探测器,该光电探测器在特许半导体0.35μm工艺实现,在850nm波长的入射光下,该光电探测器的响应度和本征带宽分别为16.3mA/W和301MHz。2、提出了一种与标准CMOS工艺兼容的MSM光电探测器,MSM光电探测器由两个背靠背的肖特基二极管构成。使用特许半导体0.35μm工艺实现了一个由金属1和N阱形成的MSM光电探测器,该光电探测器响应度为0.21A/W,本征带宽为919MHz。3、设计实现了一种结合P+/深N阱-N+/深P阱差分光电探测器的差分共源光接收机,该光接收机通过特许半导体0.35μm工艺流片实现,光接收机在光功率为-11dBm的输入光信号下,能够传输1.5Gb/s的数据,眼图开眼清晰。4、设计实现了一种与P+/深N阱/P衬底双光电探测器结合的RGC光接收机,通过RGC电路的低输入阻抗和宽带宽提高光接收机的工作速率。RGC光接收机能够传输1Gb/s的数据,带宽为821MHz。5、提出了一种在标准CMOS工艺下实现的MSM光电探测器与带有源反馈跨阻放大器的单片集成光接收机。由于MSM光电探测器的高响应度和带有源反馈跨阻放大器的宽带宽,此种单片集成光接收机的灵敏度和速度都有较大的提高。该光接收机实现了-15dBm的灵敏度和2Gb/s的数据传输速率。
