一种基于双光电探测器的光电检测电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双光电探测器的光电检测电路，包括第一光电探测器和第二光电探测器信号处理电路；信号处理电路输入级电路为差动输入电路；第一光电探测器包括第一器件区，第一光电探测器的第一器件区由NPN晶体管的集电区形成，M个第一光电探测器的第二器件区制作在第一光电探测器的第一器件区内，M为小于10的自然数，所述第一光电探测器的第二器件区由NPN晶体管的基区形成，第二光电探测器结构与第一光电探测器结构相同；第二光电探测器表面覆盖有铝膜。本发明专利技术一种光电检测电路，其光电探测传感器能够与硅双极集成电路工艺兼容，并且具有量子效率高，暗电流小的有益效果；并且其信号处理电路具有能够抑制外部电磁干扰的有益效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光电检测电路，特别是基于双光电探测器的光电检测电路。
技术介绍
单片光检测电路主要由光电探测器传感器与晶体管放大器组成，它将光路传来的微弱光信号经探测器转换成电信号并经放大器放大、处理后输出。通常单片光检测电路具有以下优点：能够减小分布参数的影响，提高了器件的性能；省去光电器件之间的互连键合，缩小了器件的体积，提高了器件的可靠性。由于具有上述特点、优势和广泛的应用前景，使之成为光耦合器件输出部分的一种重要的发展趋势。而单片光检测电路的设计关键在于解决两大技术问题：(1)高性能的光电探测传感器的设计；(2)光电探测传感器与晶体管放大器实现的信号处理电路之间的匹配设计，以及工艺兼容。(一)首先介绍光电探测传感器设计的技术现状：光电探测传感器的基本功能是把入射到探测器上的光功率转换为相应的光电流。其性能的好坏直接关系到接收处理电路的精度。因此，只有选择和设计合适的光电探测器，才不会削弱接收处理电路的性能。设计时，主要考虑的是光电探测器的噪声，量子效率，响应度等几项技术指标。在很多应用领域，例如光耦合器输出部分，往往需要将光电探测器和信号处理集成在同一块单芯片上，也即是实现光电探测器与信号处理电路的工艺兼容，而这又是一项技术十分复杂、难度相当大。具体的，硅材料本身却不是很适合用来制作光电器件：首先硅不是一种直接带隙材料，因而不可能制成高效的激光器、LED(发光二极管)等发光器件，这是由其本身的晶体结构决定的；另外硅不具备线性电光效应等特性，不能用外加电场的方式改变材料的折射率，因此也不适合用来制作光开关、光调制器等信号处理器件。正是由于硅材料的这些先天缺陷，人们在制作光电集成器件时，把更多的目光投向了III-V族化合物、铌酸锂以及有机聚合物等光电性能更为优越的材料。硅作为光电集成器件制作材料来说，虽然有一些先天不足，但是在设计中如果能视具体性能要求并结合实际工艺条件合理选用材料、工艺并设计出高性价比的结构便可以满足不同应用需求。例如在光耦合器设计领域，往往需要将硅光电探测器与信号处理电路进行兼容，而目前国内外实现硅光探测器与信号处理电路兼容普遍采用的技术手段是：(1)将硅光探测器与MOS工艺兼容。在CMOS工艺中同时制作出pin-PD，基本不改变标准CMOS工艺，是研制高速光接收机最简单有效的方法。(2)SOIMOS工艺。用SOI材料替代Si体材料制做CMOS电路，它的优点主要有：减小器件隔离区面积；减少工艺步骤；抑制衬底电流；避免闩锁效应；具有低的寄生电容，从而可以降低功耗，实现更高速的电路。(3)SiGe/SiHBT工艺。SiGe技术在将Si基器件的速度提高到新水平的同时，由于它与Si工艺兼容，而保持有价格低、可靠性好和易于多功能集成等优点；且与CMOS工艺比较，它有更低的噪声和更好的功率效率。以上列举的现有技术均是将硅光探测器与MOS集成电路工艺进行兼容，但是现有技术中还缺少将硅光探测器和另一种集成电路工艺，也是工艺最为成熟的硅双极电路工艺进行兼容的技术方案。而在光耦合器设计领域，大量成熟的信号处理电路均是由硅双极工艺制造而成的，因此我们需要结合实际工艺条件合理选用材料、工艺并设计出高性价比的结构，来实现硅光电探测器与硅双极集成电路工艺的兼容。总之在这个特殊的应用领域，现有技术还是一个空白。(二)关于光电探测传感器与晶体管放大器实现的信号处理电路之间的匹配设计，以及工艺兼容的技术现状：从工艺上讲信号处理电路主要技术包括MESFET、PHEMT、COMS以及HBT等几种，由于CMOS器件具有易集成、低功耗的特点，CMOS工艺的前置放大器成为设计的主流。从电路结构上来说，信号处理电路的输入级通常为采用直接反馈的单输入端信号放大电路，该单端输入与光电探测传感器相连接。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种光电检测电路，其光电探测传感器能够与硅双极集成电路工艺兼容，并且具有量子效率高，暗电流小特点；并且其信号处理电路为差动输入，并与双光电探测器匹配设计具有能够抑制外部电磁干扰特点。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术手段：一种基于双光电探测器的光电检测电路，其特征在于，包括第一光电探测器，第二光电探测器和信号处理电路；所述信号处理电路输入级电路为差动输入电路，信号处理电路输入级电路具有两个输入端：第一输入端INA和第二输入端INB；所述第一光电探测器包括第一器件区，所述第一光电探测器的第一器件区由NPN晶体管的集电区形成，第一光电探测器的第一器件区的水平方向截面为正方形；M个第一光电探测器的第二器件区制作在第一光电探测器的第一器件区内，M为小于10的自然数，所述第一光电探测器的第二器件区由NPN晶体管的基区形成，所述NPN晶体管由硅双极工艺制作而成；所述第一光电探测器的第一器件区上设有电极孔，第一光电探测器的第二器件区上设有电极孔；所有设置在第一光电探测器第二器件区上的电极孔通过铝膜连接线相互连接，连接电节点记为第一光电探测器的第二端子；设置在第一光电探测器的第一器件区上的电极孔通过铝膜连接线引出，记为第一光电探测器的第一端子；所述第二光电探测器包括第一器件区，所述第二光电探测器的第一器件区由NPN晶体管的集电区形成，第二光电探测器的第一器件区的水平方向截面为正方形；M个第二光电探测器的第二器件区制作在第二光电探测器的第一器件区内，M为小于10的自然数，所述第二光电探测器的第二器件区由NPN晶体管的基区形成，所述NPN晶体管由硅双极工艺制作而成；所述第二光电探测器的第一器件区上设有电极孔，第二光电探测器的第二器件区上设有电极孔；所有设置在第二光电探测器第二器件区上的电极孔通过铝膜连接线相互连接，连接电节点记为第二光电探测器的第二端子；设置在第二光电探测器的第一器件区上的电极孔通过铝膜连接线引出，记为第二光电探测器的第一端子；所述第二光电探测器表面覆盖有铝膜；所述第一光电探测器和第二光电探测器对称设置在单芯片中；所述第一光电探测器的第一端子与第二光电探测器的第一端子电连接；信号处理电路输入级电路的第一输入端INA与第一光电探测器的第二端子相连接；信号处理电路输入级电路的第二输入端INB与第二光电探测器的第二端子相连接。进一步的，所述第一光电探测器的第二器件区水平方向截面为圆形；所述第二光电探测器的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双光电探测器的光电检测电路，其特征在于，包括第一光电探测器(1)，第二光电探测器(2)和信号处理电路(3)；所述信号处理电路(3)输入级电路为差动输入电路，信号处理电路(3)输入级电路具有两个输入端：第一输入端INA和第二输入端INB；所述第一光电探测器(1)包括第一器件区(11)，所述第一光电探测器的第一器件区(11)由NPN晶体管的集电区形成，第一光电探测器的第一器件区(11)的水平方向截面为正方形；M个第一光电探测器的第二器件区(12)制作在第一光电探测器的第一器件区(11)内，M为小于10的自然数，所述第一光电探测器的第二器件区(12)由NPN晶体管的基区形成，所述NPN晶体管由硅双极工艺制作而成；所述第一光电探测器的第一器件区(11)上设有电极孔，第一光电探测器的第二器件区(12)上设有电极孔；所有设置在第一光电探测器第二器件区上的电极孔通过铝膜连接线相互连接，连接电节点记为第一光电探测器的第二端子；设置在第一光电探测器的第一器件区上的电极孔通过铝膜连接线引出，记为第一光电探测器的第一端子(13)；所述第二光电探测器(2)包括第一器件区(21)，所述第二光电探测器的第一器件区(21)由NPN晶体管的集电区形成，第二光电探测器的第一器件区(21)的水平方向截面为正方形；M个第二光电探测器的第二器件区(22)制作在第二光电探测器的第一器件区(21)内，M为小于10的自然数，所述第二光电探测器的第二器件区(22)由NPN晶体管的基区形成，所述NPN晶体管由硅双极工艺制作而成；所述第二光电探测器的第一器件区(21)上设有电极孔，第二光电探测器的第二器件区(22)上设有电极孔；所有设置在第二光电探测器第二器件区上的电极孔通过铝膜连接线相互连接，连接电节点记为第二光电探测器的第二端子；设置在第二光电探测器的第一器件区上的电极孔通过铝膜连接线引出，记为第二光电探测器的第一端子(23)；所述第二光电探测器(2)表面覆盖有铝膜；所述第一光电探测器(1)和第二光电探测器(2)对称设置在单芯片中；所述第一光电探测器的第一端子(13)与第二光电探测器的第一端子(23)电连接；信号处理电路(3)输入级电路的第一输入端INA与第一光电探测器的第二端子相连接；信号处理电路(3)输入级电路的第二输入端INB与第二光电探测器的第二端子相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于双光电探测器的光电检测电路，其特征在于，包括第一光电
探测器(1)，第二光电探测器(2)和信号处理电路(3)；
所述信号处理电路(3)输入级电路为差动输入电路，信号处理电路(3)
输入级电路具有两个输入端：第一输入端INA和第二输入端INB；
所述第一光电探测器(1)包括第一器件区(11)，所述第一光电探测器的
第一器件区(11)由NPN晶体管的集电区形成，第一光电探测器的第一器件
区(11)的水平方向截面为正方形；
M个第一光电探测器的第二器件区(12)制作在第一光电探测器的第一器
件区(11)内，M为小于10的自然数，所述第一光电探测器的第二器件区(12)
由NPN晶体管的基区形成，所述NPN晶体管由硅双极工艺制作而成；
所述第一光电探测器的第一器件区(11)上设有电极孔，第一光电探测器
的第二器件区(12)上设有电极孔；
所有设置在第一光电探测器第二器件区上的电极孔通过铝膜连接线相互
连接，连接电节点记为第一光电探测器的第二端子；
设置在第一光电探测器的第一器件区上的电极孔通过铝膜连接线引出，记
为第一光电探测器的第一端子(13)；
所述第二光电探测器(2)包括第一器件区(21)，所述第二光电探测器的
第一器件区(21)由NPN晶体管的集电区形成，第二光电探测器的第一器件
区(21)的水平方...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹洪剑，
申请(专利权)人：重庆电子工程职业学院，
类型：发明
国别省市：重庆;85