[發(fā)明專利]一種光電放大集成三極管芯片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110475338.2
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113114196B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳碩;牛曉晨;黃杰;劉占元
• 申請（專利權(quán)）人: 全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司;國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: H03K17/687
• 分類號: H03K17/687
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 薛異榮

本發(fā)明公開了一種光電放大集成三極管芯片，包括：光電二極管單元，光電二極管單元包括光電二極管，光電二極管包括PIN結(jié)構(gòu)光電二極管或PN結(jié)構(gòu)光電二極管；比例電流鏡單元，比例電流鏡單元以光電二極管單元的P型層或N型層作為襯底，且光電二極管單元與所述比例電流鏡單元電連接。本發(fā)明的方案通過比例電流鏡單元實現(xiàn)對光電二極管單元的光電流的放大，可實現(xiàn)溫度穩(wěn)定的電流放大且沒有引入額外的電流噪聲，信噪比沒有降低，維持了較高的信噪比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電芯片領(lǐng)域，具體涉及一種光電放大集成三極管芯片。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的光子型光電探測器基于PN結(jié)構(gòu)或PIN結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片，可將光信號轉(zhuǎn)化為電流信號，最大轉(zhuǎn)化率為1個光子對應(yīng)1個電子，如1550nm光波對應(yīng)的理論響應(yīng)度為1.25A/W。當(dāng)光能量較弱時，如0.1～10μW左右，對應(yīng)的光電流較微弱，給后級的處理電路帶來難度，無法兼顧信噪比和帶寬。

現(xiàn)有的具有電流放大功能的光電探測器件主要包括基于雪崩效應(yīng)的APD以及基于三極管效應(yīng)的光電三極管，但他們存在兩個問題：一是在放大過程中引入額外電流噪聲，降低了信噪比；二是放大倍數(shù)隨環(huán)境溫度變化，對使用造成不便。因此如何實現(xiàn)溫度穩(wěn)定的放大倍數(shù)和提高信噪比是本領(lǐng)域的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供一種光電放大集成三極管芯片，以實現(xiàn)溫度穩(wěn)定的放大倍數(shù)和較高的信噪比。

本發(fā)明提供一種光電放大集成三極管芯片，包括：光電二極管單元，光電二極管單元包括光電二極管，光電二極管包括PIN結(jié)構(gòu)光電二極管或PN結(jié)構(gòu)光電二極管；比例電流鏡單元，比例電流鏡單元以光電二極管單元的P型層或N型層作為襯底；且光電二極管單元與比例電流鏡單元電連接。

可選的，比例電流鏡單元包括多個三極管，多個三極管包括接收三極管和多個放大三極管；接收三極管的集電極和基極電連接；光電二極管與接收三極管電連接的N型層或P型層上設(shè)置有第一重摻雜區(qū)和多個第二重摻雜區(qū)，第一重摻雜區(qū)與所在層的導(dǎo)電類型相同，多個第二重摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型與所在層的導(dǎo)電類型相反，多個第二重摻雜區(qū)分別位于各個三極管的集電極和發(fā)射極對應(yīng)的位置；第一重摻雜區(qū)上設(shè)置有引出電極，接收三極管的集電極與引出電極電連接；自光電二極管的P型層或N型層引出光電放大集成三極管芯片的基極；多個放大三極管中的每一個的集電極通過走線電連接，并引出光電放大集成三極管芯片的集電極；多個放大三極管中的每一個的基極通過走線電連接；多個放大三極管中的每一個的發(fā)射極通過走線電連接，并引出光電放大集成三極管芯片的發(fā)射極；接收三極管的基極與多個放大三極管的全部基極電連接；接收三極管的發(fā)射極與多個放大三極管的全部發(fā)射極電連接。

可選的，全部多個三極管均為NPN型三極管，全部多個三極管以光電二極管的P型層作為襯底；或全部多個三極管均為PNP型三極管，全部多個三極管以光電二極管的N型層作為襯底。

可選的，全部多個三極管為材料、尺寸、規(guī)格均相同的三極管。

可選的，比例電流鏡單元包括多個MOS管，多個MOS管包括接收MOS管和多個放大MOS管；接收MOS管的漏極和柵極電連接；且與光電二極管的N型層或P型層電連接；光電二極管與接收MOS管電連接的N型層或P型層上設(shè)置有第一重摻雜區(qū)和多個第二重摻雜區(qū)，第一重摻雜區(qū)與所在層的導(dǎo)電類型相同，多個第二重摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型與所在層的導(dǎo)電類型相反，多個第二重摻雜區(qū)分別位于各個MOS管的源極和漏極對應(yīng)的位置；第一重摻雜區(qū)上設(shè)置有引出電極，接收MOS管的集電極與引出電極電連接；自光電二極管的P型層或N型層引出光電放大集成三極管芯片的基極；多個放大MOS管中的每一個的漏極通過走線電連接，并引出光電放大集成三極管芯片的集電極；多個放大MOS管中的每一個的柵極通過走線電連接；多個放大MOS管中的每一個的源極通過走線電連接，并引出光電放大集成三極管芯片的發(fā)射極；接收MOS管的柵極與多個放大MOS管的全部柵極電連接；接收MOS管的源極與多個放大MOS管的全部源極電連接。