金属-氧化物-半导体硅发光器件在集成电路中的应用前景

集成硅光电子学的目的之一就是为大众市场创造应用广泛、成本低廉的光子互连工具.随着摩尔定律逼近理论极限,集成芯片的金属互连越来越跟不上芯片体积微型化、频率高速化和功耗分配精益化的需求.本文基于硅基发光器件的发展历程,详细论证了金属-氧化物-半导体结构硅发光器件在未来集成电路中的合理应用,提出了全硅光电集成电路在理论和工艺上的可行性.这种电路突破了传统芯片电互连码之间串扰的瓶颈,改善之后的互连速度理论可达光速,有望成为新一代集成芯片的主流.     

发光窗口对MOS结构硅LED电光性能的影响

通过0.18μm标准CMOS工艺设计并制备了一种MOS结构的硅基发光器件。该光源器件在一个n阱中设计了两个相同的PMOS,分别利用p⁺源/漏区与n阱形成的p⁺n结进行反偏雪崩击穿而发射可见光。测试结果显示,该光源器件在正偏状态下的开启电压为0.8 V,在6 V的反偏电压下发生雪崩击穿,能够发出黄色的可见光,发光频谱范围为420～780 nm。本文对比了0.5μm和2μm两个不同发光窗口宽度的测试结果,发现该光源器件在更小发光窗口具有更高的发光强度和更好的发光均匀度,该特征与发光器件的反向电流密度分布和光在金属电极间的反射有关。研究成果在片上硅基光电集成回路中具有一定的应用价值。