BCD工藝下DVD光學(xué)頭中單片集成PDIC的研制.pdf

1、光盤存儲(chǔ)技術(shù)在信息社會(huì)中發(fā)揮著越來越重要的作用，PDIC(PhotodetectorIntegrated Circuit)是光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)光學(xué)頭的關(guān)鍵元件之一。與傳統(tǒng)混合集成的PDIC相比，單片光電集成的PDIC具有低成本、高性能的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成為硅基光電集成(OEIC)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。雖然全球絕大部分光學(xué)頭生產(chǎn)廠商都在中國(guó)大陸，但PDIC芯片都依靠進(jìn)口。相比國(guó)外，國(guó)內(nèi)對(duì)于該技術(shù)的研究還處在起步階段，因此研究單片光電集成的PDIC對(duì)于打破國(guó)

2、外壟斷、提高我國(guó)DVD光學(xué)頭產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)水平及核心競(jìng)爭(zhēng)力具有一定的積極意義。
　　 商業(yè)化的BCD(Bipolar CMOS DMOS)工藝比標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝多了一個(gè)N型埋層，N型外延層中雜質(zhì)摻雜濃度較低，利用這一特點(diǎn)可以構(gòu)建P+/N型外延層/N阱埋層(類似PIN)結(jié)構(gòu)的光電探測(cè)器。因此，本文采用低成本的0.5μmBCD工藝研制了用于DVD機(jī)的單片集成PDIC，主要的工作內(nèi)容如下：
　　 1．從低成本角度出發(fā)，利用BC

3、D工藝埋層的BN+特點(diǎn)設(shè)計(jì)了與工藝完全兼容的適合650nm波長(zhǎng)的P+/N-EPI/BN+光電探測(cè)器，并給出一個(gè)完整的等效電路模型。
　　 2．設(shè)計(jì)了基于互補(bǔ)式自偏置差分放大器(CSDA)結(jié)構(gòu)的三級(jí)負(fù)反饋跨阻放大器。為了提高負(fù)載能力設(shè)計(jì)了一個(gè)兩級(jí)運(yùn)放作為單位增益緩沖器。采用Spectrer軟件對(duì)負(fù)反饋跨阻放大器進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)。
　　 3．為了抑制電源擾動(dòng)對(duì)跨阻放大器的性能影響，設(shè)計(jì)了一種低壓線性穩(wěn)壓器(LDO)。仿真結(jié)果表

4、明其輸出電壓可以達(dá)4.36V，有較好的電源抑制比。
　　 4．采用Cadence軟件完成單片集成PDIC的版圖設(shè)計(jì)，并在無錫華潤(rùn)上華流片加工。版圖面積約981×1982μm2。
　　 5．根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試條件對(duì)流片回來芯片進(jìn)行了兩種形式的封裝，并做了具體的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果：2.5V反向偏壓下，PIN探測(cè)器結(jié)電容約為0.356PF，650nm波長(zhǎng)的響應(yīng)度約0.185A/W，PDIC中A～D部分的帶寬65MHz左右，響應(yīng)度為2

5、1.82mV/μW～28.08mVu/μW；E、F部分的響應(yīng)度為42.29mV/μW～47.31mV/μW:輸出失調(diào)電壓均小于20mV；功耗約130mw。所測(cè)指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
　　 本文在國(guó)內(nèi)條件下采用低成本的標(biāo)準(zhǔn)BCD工藝自主完成了DVD光學(xué)頭中PDIC的光電單片集成，研制過程中克服了Si基光電集成中的難題：
　　 1．成功解決Si基光電集成的難點(diǎn)---利用標(biāo)準(zhǔn)BCD工藝研制出高性能(高探測(cè)靈敏度，高傳輸速率)的