[发明专利]一种能够表征工艺参数偏差的硅基PIN光电探测器建模方法

说明书

一种能够表征工艺参数偏差的硅基PIN光电探测器建模方法，涉及器件建模与电路设计领域，解决如何基于工艺参数统计分布数据和测试结果展开优化，有效提高硅基PIN光电探测器的模型精度，为PIN光电探测器的设计制造和读出电路设计提供有力支撑的问题；针对目前器件制造工艺中存在的工艺参数偏差影响高精度探测器响应问题，提出能够表征工艺参数偏差的器件模型，对传统建模方法和流程进行优化，在器件建模理论分析过程中对器件制造流程中的非理想因素加以考虑，采用理论分析与实测数据反馈研究方法，侧重于建模方法优化，着眼于生产制造以及实际应用所带来的影响，重点考虑工艺偏差因素的影响与分布，实现建模的科学性与实用性。

技术领域

本发明属于器件建模与电路设计领域，具体涉及一种能够表征工艺参数偏差的硅基PIN光电探测器建模方法。

背景技术

硅基PIN光电探测器是一种常见的光电器件，在近距离高速光通信、芯片光互连、光存储媒介信息读写等领域有着重要的应用价值。在高精度光电探测等场合，往往要求硅基PIN光电探测器具有高响应速度、极小暗电流、低噪声等特点来满足应用需求，对探测器设计制造和读出电路设计提出了更高的要求。硅基PIN光电探测器作为一种光电转换器件，研究者往往通过等效电路模型表征其响应特性来为探测器设计和读出电路芯片设计提供设计依据，等效电路模型的精度会对器件和电路设计产生直接影响。

现有技术中，2013年公开的文献《硅基PIN光电探测器结构参数对其性能的影响》(王巍，白晨旭，冯其等；半导体光电)针对PIN光电探测器的器件模型进行了理论分析与阐释，着眼于面向器件设计与性能优化所进行的关键参数分析，比如对i区厚度、整体器件宽度和结面积等具体结构参数仿真I-V特性等关键指标并展开分析，目的是从理论建模和仿真设计的角度得到更优的设计参数。

2015年公开的文献《Suppression of Dark Current in Hermanium-tin onSilicon Pin Photodiode by a Silicon Surface Passivation Technique》(Dong Y,Wang W,Lei D,et al.Optics Express)以及《基于OrCad软件的PIN光电探测器的Pspice建模仿真分析》(彭晨，但伟，王波；半导体光电)中广泛采用板级电路设计仿真软件建立硅基PIN光电探测器的Pspice或Hspice电学仿真模型，通过对进行实物电学参数测试对比仿真模型的仿真结果，修正仿真模型的参数设置，并最终建立可用于电路仿真软件进行仿真的等效电路模型。建立完成的模型用来辅助设计人员改善探测器关键拓扑结构以及关键工艺参数，同时，也可以利用电路仿真软件对光电接收电路进行仿真优化，完成读出电路模块或者芯片设计。在此过程中，研究者常会通过输入器件的各种特征参数曲线上的多个数据点完成特征参数曲线拟合，进而通过特征参数曲线建立该器件的仿真模型。常见的二极管模型的特征参数曲线拟合包括正向电流、结电容、反向漏电流、反向击穿电压及反向恢复时间等核心参数。在参数拟合环节则可以选择不同的拟合方法对上述特性参数进行拟合获得相应的拟合曲线。

随着研究的深入，2017年公开的文献《高速PIN光探测器微波建模与参数提取分析》(徐智霞，华东师范大学)基于测试得到的散射参数(S参数)和直流I-V特性，提出包括线性与非线性两部分的PIN光探测器完整建模。在建模过程中，对于PIN光探测器线性与非线性部分模型的建立，首先建立符合器件特性的线性与非线性电路模型，然后根据测试的S参数将小信号模型中的元件参数值提取出来，最后再根据测试结果提取大信号模型中的元件参数值。