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近年来,随着光互连与光通信的快速发展,有着低成本、高性能与CMOS工艺兼容的单片光电集成电路(OEIC)光接收机已成为近年来的一个研究热点。因为光电探测器与前置放大器决定着OEIC光接收机的性能,所以本论文对标准CMOS工艺下的光电探测器与前置放大器进行了深入的研究,开展了以下工作:为提高OEIC光接收机的传输速率,本论文设计了一种与国内某晶圆代工厂0.18μm CMOS工艺兼容的高速光电探测器,并利用Atlas软件对该高速光电探测器与双光电探测器的结构进行了对比仿真。仿真结果表明:本论文设计的高速光电探测器的光电流、响应度以及量子效率均大于双光电探测器,但带宽小于双光电探测器。5V反向偏压下,该高速光电探测器在850nm的响应度为0.077A/W,寄生电容为1.16pF,-3dB带宽为538MHz。在流片之后对该高速光电探测器进行了测试,测试结果表明:5V反向偏压下,该高速光电探测器在850nm的响应度为0.0545A/W,寄生电容为2.97pF。虽然高速光电探测器的带宽大,但响应度小,这就限制了OEIC光接收机的灵敏度。为提高光电探测器的响应度,本论文设计了一种基于国外某晶圆代工厂0.35μm CMOS工艺的高响应度PIN光电探测器。首先利用Atlas软件仿真了本征层浓度和厚度对PIN光电探测器性能的影响情况。Atlas仿真表明:当工作电压与本征层厚度一定时,存在一个最佳的本征层浓度使得PIN光电探测器的响应度与带宽得到一个很好的折衷;本征层越厚,PIN光电探测器的响应度就越大,但带宽就越小。接着利用Cadence对该国外晶圆代工厂提供的PIN光电探测的器模型进行了仿真,并在流片后对PIN光电探测器进行了测试。Cadence仿真表明:面积为443μm×443μm与面积为1500μm×800μm的PIN光电探测器在5V反向偏压与905nm入射光的条件下,两种PIN探测器的响应度均为0.28A/W;随着反向偏压从0.5V增加到5V,面积为443μm×443μm的PIN光电探测器的寄生电容从4.71pF减小到了3.15pF。面积为1500μm×800μm的PIN光电探测器的寄生电容从22.8pF减小到了17.1pF。测试结果显示:5V反向偏压下,两种PIN光电探测器在905nm的响应度均约为0.28A/W,与仿真结果完全吻合;但两种PIN光电探测器的寄生电容均明显大于仿真值。最后,本论文利用辅助放大器改进技术对传统的RGC输入级进行了改进,提高了RGC输入级的反馈通路增益,从而降低了RGC输入级的输入电阻,提高了RGC输入级的带宽;后级的跨阻放大器采用了单级推挽结构;输出级采用了源极跟随器结构。Cadence仿真表明:RGC跨阻放大器的带宽为83MHz,增益达到89.3dBΩ,输出摆幅为77mV,输出上升和下降时间分别为4.48nS和4.54nS。在不同工艺角和-40~50℃温度条件下RGC跨阻放大器均能正常工作。