设计与标准CMOS工艺兼容的硅基光电器件在降低光互连系统成本方面具有十分重要的意义。与标准CMOS工艺兼容的光电探测器和发光器件是硅基光互连系统的两类重要的器件,由于硅材料的能带结构以及标准CMOS工艺的限制,硅基光电探测器的响应度和本征带宽性能普遍较差,而如何提高硅基发光器件的发光功率和功率转换效率也是实现硅基光互连系统的难点之一。为了解决以上问题,本文研究了标准CMOS光电探测器和发光器件,并对硅基光互连系统进行了介绍。设计了三款与标准CMOS工艺完全兼容的光电探测器,以及一款低压高效的正向注入型发光器件。本文对MSM光电探测器进行了原理分析,探讨了其在标准CMOS工艺下的器件结构和实现,基于UMC 0.18μm标准CMOS工艺设计了金属/NWELL型MSM光电探测器。为了屏蔽衬底深处产生的慢光生载流子对本征带宽的影响,本文研究了叉指状P+/NWELL/P-SUB型双光电探测器和P+/NWELL空间调制型光电探测器,经UMC 0.18μm标准CMOS工艺流片,并利用SILVACO公司的TCAD工具ATLAS对双光电探测器进行结构建模和性能仿真。空间调制型光电探测器的芯片测试结果以及双光电探测器的器件仿真结果表明,这两款光电探测器实现了屏蔽衬底慢光生载流子的功能,本征带宽得到了很大提升,分别达到了154MHz和1200MHz。本文还设计了一款与标准CMOS工艺完全兼容的正向注入型Si-LED阵列发光器件,经UMC 0.18μm标准CMOS工艺流片测试。测试结果表明,器件在1.46V、390mA的偏置状态下,发光功率为1800n W,平均功率转换效率高达3.5×10-6。