【摘要】：隨著CPU運(yùn)算速度的不斷提高,電互連在帶寬、延遲和功耗上的瓶頸效應(yīng)越來(lái)越明顯,基于硅基光子學(xué)的光電混合集成(Optoeletronic integrated circuit,OEIC)被認(rèn)為是一種可行的替代方式。電光調(diào)制器作為電信號(hào)到光信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的核心器件顯得尤為重要,硅基調(diào)制器由于其與微電子工藝的兼容性,有利于實(shí)現(xiàn)低成本光電集成。本文對(duì)硅基馬赫曾德?tīng)栯姽庹{(diào)制器驅(qū)動(dòng)電極的設(shè)計(jì)原理與實(shí)驗(yàn)性能進(jìn)行了深入研究,著重優(yōu)化設(shè)計(jì)了行波電極,實(shí)現(xiàn)了高速信號(hào)調(diào)制,完成的工作包括以下幾個(gè)方面:(1)單端驅(qū)動(dòng)行波電極的優(yōu)化設(shè)計(jì)為了便于設(shè)計(jì)高階調(diào)制器,本文設(shè)計(jì)了單端驅(qū)動(dòng)行波電極結(jié)構(gòu),在這種結(jié)構(gòu)中行波電極位于調(diào)制臂的兩側(cè),兩臂中間為高濃度摻雜硅層,通過(guò)金屬過(guò)孔與外部直流偏置電源相連。采用傳輸線(xiàn)電路模型對(duì)電極進(jìn)行分析,結(jié)合仿真結(jié)果得出行波電極各個(gè)尺寸參數(shù)對(duì)傳輸性能的影響,從而對(duì)行波電極進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了32Gbit/s的二進(jìn)制相移鍵控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)信號(hào)調(diào)制。(2)多路直流偏置電源的設(shè)計(jì)為了給調(diào)制器提供多路穩(wěn)定直流偏置電壓,設(shè)計(jì)出基于LM317芯片的40路線(xiàn)性穩(wěn)壓電源。實(shí)驗(yàn)證明其輸出電壓穩(wěn)定,可調(diào)精度高。(3)片上50Ω匹配電阻的設(shè)計(jì)為了與行波電極進(jìn)行阻抗匹配,在行波電極末端使用高濃度摻雜硅層設(shè)計(jì)出50Ω片上匹配電阻。SILVACO三維仿真工具可以根據(jù)硅層的長(zhǎng)、寬、高、摻雜濃度、通孔位置來(lái)仿真確定硅層的具體電阻值。設(shè)計(jì)一系列不同阻值的硅電阻,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,找到穩(wěn)定的工藝誤差,在后續(xù)設(shè)計(jì)中對(duì)工藝誤差進(jìn)行補(bǔ)償,從而設(shè)計(jì)出精確的50Ω硅電阻。(4)光電互連工藝的實(shí)現(xiàn)為了實(shí)現(xiàn)光電互連,采用引線(xiàn)鍵合工藝連接調(diào)制器芯片和直流偏置電源,克服了探針數(shù)量和空間的限制,不僅降低了實(shí)驗(yàn)成本,而且提高了設(shè)計(jì)大規(guī)模光電器件的可行性和靈活性。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN761

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