[發明專利]一種能夠表征工藝參數偏差的硅基PIN光電探測器建模方法

有效

• 申請號: 202011240319.3
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112364592B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 趙毅強;李堯;王秋緯;鄭肖肖;馮書涵
• 申請（專利權）人: 天津大學合肥創新發展研究院
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367;G06F30/27;G06N3/0464;G06N3/084
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 鄭浩

一種能夠表征工藝參數偏差的硅基PIN光電探測器建模方法，涉及器件建模與電路設計領域，解決如何基于工藝參數統計分布數據和測試結果展開優化，有效提高硅基PIN光電探測器的模型精度，為PIN光電探測器的設計制造和讀出電路設計提供有力支撐的問題；針對目前器件制造工藝中存在的工藝參數偏差影響高精度探測器響應問題，提出能夠表征工藝參數偏差的器件模型，對傳統建模方法和流程進行優化，在器件建模理論分析過程中對器件制造流程中的非理想因素加以考慮，采用理論分析與實測數據反饋研究方法，側重于建模方法優化，著眼于生產制造以及實際應用所帶來的影響，重點考慮工藝偏差因素的影響與分布，實現建模的科學性與實用性。

技術領域

本發明屬于器件建模與電路設計領域，具體涉及一種能夠表征工藝參數偏差的硅基PIN光電探測器建模方法。

背景技術

硅基PIN光電探測器是一種常見的光電器件，在近距離高速光通信、芯片光互連、光存儲媒介信息讀寫等領域有著重要的應用價值。在高精度光電探測等場合，往往要求硅基PIN光電探測器具有高響應速度、極小暗電流、低噪聲等特點來滿足應用需求，對探測器設計制造和讀出電路設計提出了更高的要求。硅基PIN光電探測器作為一種光電轉換器件，研究者往往通過等效電路模型表征其響應特性來為探測器設計和讀出電路芯片設計提供設計依據，等效電路模型的精度會對器件和電路設計產生直接影響。

現有技術中，2013年公開的文獻《硅基PIN光電探測器結構參數對其性能的影響》(王巍，白晨旭，馮其等；半導體光電)針對PIN光電探測器的器件模型進行了理論分析與闡釋，著眼于面向器件設計與性能優化所進行的關鍵參數分析，比如對i區厚度、整體器件寬度和結面積等具體結構參數仿真I-V特性等關鍵指標并展開分析，目的是從理論建模和仿真設計的角度得到更優的設計參數。

2015年公開的文獻《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軟件的PIN光電探測器的Pspice建模仿真分析》(彭晨，但偉，王波；半導體光電)中廣泛采用板級電路設計仿真軟件建立硅基PIN光電探測器的Pspice或Hspice電學仿真模型，通過對進行實物電學參數測試對比仿真模型的仿真結果，修正仿真模型的參數設置，并最終建立可用于電路仿真軟件進行仿真的等效電路模型。建立完成的模型用來輔助設計人員改善探測器關鍵拓撲結構以及關鍵工藝參數，同時，也可以利用電路仿真軟件對光電接收電路進行仿真優化，完成讀出電路模塊或者芯片設計。在此過程中，研究者常會通過輸入器件的各種特征參數曲線上的多個數據點完成特征參數曲線擬合，進而通過特征參數曲線建立該器件的仿真模型。常見的二極管模型的特征參數曲線擬合包括正向電流、結電容、反向漏電流、反向擊穿電壓及反向恢復時間等核心參數。在參數擬合環節則可以選擇不同的擬合方法對上述特性參數進行擬合獲得相應的擬合曲線。

隨著研究的深入，2017年公開的文獻《高速PIN光探測器微波建模與參數提取分析》(徐智霞，華東師范大學)基于測試得到的散射參數(S參數)和直流I-V特性，提出包括線性與非線性兩部分的PIN光探測器完整建模。在建模過程中，對于PIN光探測器線性與非線性部分模型的建立，首先建立符合器件特性的線性與非線性電路模型，然后根據測試的S參數將小信號模型中的元件參數值提取出來，最后再根據測試結果提取大信號模型中的元件參數值。