發(fā)布時間：2020-08-09 03:42

【摘要】：隨著CPU運算速度的不斷提高,電互連在帶寬、延遲和功耗上的瓶頸效應越來越明顯,基于硅基光子學的光電混合集成(Optoeletronic integrated circuit,OEIC)被認為是一種可行的替代方式。電光調(diào)制器作為電信號到光信號轉(zhuǎn)換過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,有利于實現(xiàn)低成本光電集成。本文對硅基馬赫曾德爾電光調(diào)制器驅(qū)動電極的設計原理與實驗性能進行了深入研究,著重優(yōu)化設計了行波電極,實現(xiàn)了高速信號調(diào)制,完成的工作包括以下幾個方面:(1)單端驅(qū)動行波電極的優(yōu)化設計為了便于設計高階調(diào)制器,本文設計了單端驅(qū)動行波電極結(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,通過金屬過孔與外部直流偏置電源相連。采用傳輸線電路模型對電極進行分析,結(jié)合仿真結(jié)果得出行波電極各個尺寸參數(shù)對傳輸性能的影響,從而對行波電極進行優(yōu)化設計,實現(xiàn)了32Gbit/s的二進制相移鍵控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)信號調(diào)制。(2)多路直流偏置電源的設計為了給調(diào)制器提供多路穩(wěn)定直流偏置電壓,設計出基于LM317芯片的40路線性穩(wěn)壓電源。實驗證明其輸出電壓穩(wěn)定,可調(diào)精度高。(3)片上50Ω匹配電阻的設計為了與行波電極進行阻抗匹配,在行波電極末端使用高濃度摻雜硅層設計出50Ω片上匹配電阻。SILVACO三維仿真工具可以根據(jù)硅層的長、寬、高、摻雜濃度、通孔位置來仿真確定硅層的具體電阻值。設計一系列不同阻值的硅電阻,并與實驗結(jié)果進行對比,找到穩(wěn)定的工藝誤差,在后續(xù)設計中對工藝誤差進行補償,從而設計出精確的50Ω硅電阻。(4)光電互連工藝的實現(xiàn)為了實現(xiàn)光電互連,采用引線鍵合工藝連接調(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,不僅降低了實驗成本,而且提高了設計大規(guī)模光電器件的可行性和靈活性。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN761

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