現(xiàn)代光纖通信集成電路設(shè)計(jì)分析

張明文

摘要：當(dāng)今社會(huì)是信息化發(fā)展迅猛的社會(huì)，各種高新技術(shù)不斷涌現(xiàn)出來(lái)，通信系統(tǒng)顯得尤為重要，通信系統(tǒng)與集成電路已經(jīng)密不可分了。如何利用集成電路工藝設(shè)計(jì)出高性能的集成電路是電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)急需解決的問(wèn)題。該文將要簡(jiǎn)要介紹光纖通信光電集成電路工藝設(shè)計(jì)分析。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代；光纖通信；光電集成；路集成電路；設(shè)計(jì)分析

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）24-0042-02

Abstract： in todays society is the information of the rapidly developing society， all kinds of high and new technology emerges unceasingly， the communication system is particularly important， communication system and the integrated circuit has been inseparable. How to make use of integrated circuit technology to design high performance integrated circuit of the electronic information technology industry is an urgent need to solve the problem. This article will briefly introduced the optical fiber communication optoelectronic integrated circuit design and analysis process.

Key words： modern； optical fiber communication； photoelectric integration； road integrated circuit； design and analysis

隨著國(guó)家的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，人類的生活已經(jīng)離不開(kāi)通信方式了，各種各樣的交流活動(dòng)都是需要通訊的傳遞的。不管我們通過(guò)何種方式、何種途徑，只要將我們想要傳遞的信息傳遞到另外一個(gè)地方，就是稱為通信。古代所傳遞信息的方式方法也是多種多樣的。但是它們相對(duì)來(lái)說(shuō)特別落后，時(shí)間也會(huì)非常地久。而現(xiàn)代的通信方式中，電話通信是應(yīng)用最廣泛的一種。

1 什么是光纖通信

近幾年來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，電信管理體制的改革以及電信市場(chǎng)的全面開(kāi)放，光纖通信的發(fā)展呈現(xiàn)了一番全新的景象。所謂光纖通信就是一種以光線為傳媒的通信方式，利用廣播實(shí)現(xiàn)信息的傳送。光纖通訊就是以光導(dǎo)纖維作為信號(hào)傳輸介質(zhì)的通訊系統(tǒng)。具有抗干擾性好，超高帶寬等特點(diǎn)。

如今社會(huì)我們使用的光纖通信有許多的優(yōu)點(diǎn)，例如，它可以傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長(zhǎng)；線徑細(xì)、重量輕，原料為石英，節(jié)省金屬材料，這樣一來(lái)，節(jié)約了許多資源和能源，有利于資源合理地開(kāi)發(fā)和使用；絕緣、抗電磁干擾性能強(qiáng)；還具有抗腐蝕能力強(qiáng)、抗輻射能力強(qiáng)、可繞性好、無(wú)電火花、泄露小、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它也可以用在特殊環(huán)境或者軍事行動(dòng)中。

光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度變化而變化，并通過(guò)光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。

隨著信息技術(shù)傳輸速度日益更新，光纖技術(shù)已得到廣泛的重視和應(yīng)用。在多微機(jī)電梯系統(tǒng)中，光纖的應(yīng)用充分滿足了大量的數(shù)據(jù)通信正確、可靠、高速傳輸和處理的要求。光纖技術(shù)在電梯上的應(yīng)用，大大提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度，使電梯系統(tǒng)的并聯(lián)群控性能有了明顯提高。電梯上所使用的光纖通信裝置主要由光源、光電接收器和光纖組成。

2 集成電路的實(shí)現(xiàn)

集成工藝技術(shù)也就是在最近的一二十年取得了飛速的發(fā)展。隨著元器件尺寸大小的不斷減小，集成電路的集成速度也在不斷地提高。發(fā)展迅速的集成電路工藝技術(shù)為通信系統(tǒng)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)下，利用光電集成電路實(shí)現(xiàn)的光的發(fā)射和接收裝置已經(jīng)被各個(gè)實(shí)驗(yàn)室所廣泛使用。光電集成電路在單片上集成的光和電元件越來(lái)越多了，這就是光電集成電路速度越來(lái)越快的原因。

3 光纖通信現(xiàn)狀

光纖通信技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了光纖產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。想要實(shí)現(xiàn)光發(fā)射與光電集成電路是非常容易的，但是想要實(shí)現(xiàn)高速系統(tǒng)的混合集成是非常困難的。由于毫米波信號(hào)是狹窄的，所以可以使用混合集成工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)毫米波系統(tǒng)，我們可以這樣來(lái)設(shè)計(jì)集成電路及其組成部分，使其波段上的輸入和輸出阻抗保持在大約50歐姆左右，即使用50歐姆的傳輸線來(lái)連接元器件和集成電路。此外，例如激光驅(qū)動(dòng)、時(shí)鐘恢復(fù)、數(shù)據(jù)判決、復(fù)接、光接收放大等各種類型的模擬、數(shù)字、混合集成電路依然可以輕松實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)殡娐芬部梢栽O(shè)計(jì)成輸入輸出是50歐姆的阻抗。想要利用混合方法實(shí)現(xiàn)高速光發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的真正困難所在是激光二極管和光檢測(cè)器的阻抗不是50歐姆。尤其是激光二極管，他的非線性無(wú)法進(jìn)行混合集成的。沒(méi)有合適的匹配網(wǎng)絡(luò)將基帶數(shù)據(jù)信號(hào)從激光二極管連接到驅(qū)動(dòng)器或者從光檢測(cè)器連接到前置放大器上，就會(huì)大大地降低了系統(tǒng)的操作性能。這樣相比利用光發(fā)送和光接收的集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)是十分簡(jiǎn)便的。利用光集成電路實(shí)現(xiàn)光發(fā)射和接收不僅可靠性高而且成本低。但是用光電集成電路也是具有一定的挑戰(zhàn)性的，制作光元件和電子電路所需要的材料是存在一定的差別的?，F(xiàn)在制造高速光發(fā)射和接受光電集成電路在光傳輸系統(tǒng)中是十分必要的。這個(gè)設(shè)計(jì)工藝的難點(diǎn)在于要形成材料，即適合制造光電器件和電子電路所需要的制作材料，此外還要設(shè)計(jì)出光電集成電路?，F(xiàn)實(shí)很殘酷，大家仍需努力。

4 光電集成電路

光發(fā)射機(jī)光電集成電路一般是由同一底上的激光二極管和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成的。集成電路其中包括了電子元器件結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)、激光、激光二極管、電阻器、晶體管等電子元件的制造，其中光電元件和金屬化連接是比較困難的。在外延生長(zhǎng)的襯底上，大概需要三個(gè)工序來(lái)集成光電集成電路，分別為制作激光二極管、制作電子電路、進(jìn)行光電元件之間的連接。首先要制作激光二極管，激光二極管的P型區(qū)域歐姆接觸層通過(guò) 蒸發(fā)形成金屬狀態(tài)，隨后利用光刻法來(lái)生成激光二極管的大概區(qū)間，然后進(jìn)行濕法刻蝕形成接觸激光二極管的N區(qū)區(qū)間，最后在活性離子刻蝕體系中完成刻蝕過(guò)程，直到遇到AGAAS層后停止刻蝕過(guò)程。AGAAS層能隔離電子電路機(jī)構(gòu)和激光結(jié)構(gòu)，形成一種薄膜電阻，從而形成第一金屬層和空氣橋兩個(gè)連接層。我們通常采用空氣橋連接激光二極管的P區(qū)，采用第一金屬層連接激光二極管的N區(qū)，這樣就能很好地實(shí)現(xiàn)激光二極管和電子電路層的連接。這就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)量子激光器的光電集成電路了。制作光電集成電路的芯片也是存在一定的難度的，目前端面反射激光鏡的干腐蝕技術(shù)尚未成熟，只能用解離的方法來(lái)完成，所以說(shuō)集成激光驅(qū)動(dòng)器電路還有很大的空間有待開(kāi)發(fā)。

光電集成電路分別是由光檢測(cè)器、前置放大器以及主放大器構(gòu)成的，這其中包括數(shù)據(jù)判決器、時(shí)鐘恢復(fù)和分接電路。光檢測(cè)器的集成是光電集成電路中最重要的一個(gè)部分，而金屬-半導(dǎo)體-金屬光檢測(cè)器（MSM）因?yàn)橹恍枰俨襟E的追加工藝，和如名字一般較為實(shí)惠且廣泛的材料在雪崩類型光電檢測(cè)器和p-i-n被廣泛運(yùn)用的同時(shí)也被單片集成光接收機(jī)廣泛的使用著。

在設(shè)計(jì)中第一級(jí)為基本放大單元，是共源放大電路且?guī)в性簇?fù)載，電阻的反饋由電壓并聯(lián)負(fù)反饋，電平位移級(jí)使用的是兩級(jí)源級(jí)跟隨器，它被接入到后面，與此同時(shí)，又需要引進(jìn)一個(gè)肖特基二極管，這樣就起到了一個(gè)降低反饋點(diǎn)的直流電平所特需的水平的作用，達(dá)到了這樣一個(gè)效果后，在偏低壓的條件下，電路同樣可以正常工作。

5 主要工藝流程

第一步，我們要準(zhǔn)備好充足的材料，對(duì)材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)和參數(shù)方面的設(shè)計(jì)計(jì)算，并確定材料的外延生長(zhǎng)，來(lái)確定集成方式及集成所需要的元器件。第二步，對(duì)PD臺(tái)面進(jìn)行腐蝕，首先腐蝕掉INP層露出HEMT的帽層，把MSM保留在芯片上，即通過(guò)把PD臺(tái)面以外的PD層材料腐蝕掉來(lái)露出HEMT層。第三步就是進(jìn)行器件的隔離工作，仍然使用臺(tái)面腐蝕的辦法將HEMT和PD元器件之間隔離起來(lái)，想要實(shí)現(xiàn)比較好的隔離效果就一定要準(zhǔn)確的腐蝕到半絕緣襯底上。最后就是保護(hù)芯片的工作了，在芯片表面沉淀一層介質(zhì)，這樣不僅保護(hù)了芯片表面還成為了源漏的輔助剝離介質(zhì)。

6 結(jié)束語(yǔ)

光纖通信技術(shù)作為通信產(chǎn)業(yè)中的支柱，是我們現(xiàn)如今社會(huì)中使用最多的通信方式。即使在現(xiàn)在的社會(huì)當(dāng)中，光纖通信技術(shù)得到了十分穩(wěn)定有效的發(fā)展，但是現(xiàn)在科技發(fā)展如此之快，越來(lái)越多的新技術(shù)涌現(xiàn)出來(lái)，我國(guó)的通信技術(shù)水平也得到了明顯的改善與提高，光纖通信的使用范圍和價(jià)值也在悄悄地?cái)U(kuò)張。但是光纖通信技術(shù)為了迎合網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，必須有更高層次的發(fā)展，才能占據(jù)市場(chǎng)的主流地位。我相信隨著光通信技術(shù)更加深入地發(fā)展，光纖通信一定會(huì)對(duì)整個(gè)通信行業(yè)甚至社會(huì)的進(jìn)步起到舉足輕重的作用。

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