现代光纤通信集成电路设计分析

张明文

摘要：当今社会是信息化发展迅猛的社会，各种高新技术不断涌现出来，通信系统显得尤为重要，通信系统与集成电路已经密不可分了。如何利用集成电路工艺设计出高性能的集成电路是电子信息技术产业急需解决的问题。该文将要简要介绍光纤通信光电集成电路工艺设计分析。

关键词：现代；光纤通信；光电集成；路集成电路；设计分析

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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

随着国家的发展，社会的进步，人类的生活已经离不开通信方式了，各种各样的交流活动都是需要通讯的传递的。不管我们通过何种方式、何种途径，只要将我们想要传递的信息传递到另外一个地方，就是称为通信。古代所传递信息的方式方法也是多种多样的。但是它们相对来说特别落后，时间也会非常地久。而现代的通信方式中，电话通信是应用最广泛的一种。

1 什么是光纤通信

近几年来，随着技术的进步，电信管理体制的改革以及电信市场的全面开放，光纤通信的发展呈现了一番全新的景象。所谓光纤通信就是一种以光线为传媒的通信方式，利用广播实现信息的传送。光纤通讯就是以光导纤维作为信号传输介质的通讯系统。具有抗干扰性好，超高带宽等特点。

如今社会我们使用的光纤通信有许多的优点，例如，它可以传输频带宽、通信容量大；传输损耗低、中继距离长；线径细、重量轻，原料为石英，节省金属材料，这样一来，节约了许多资源和能源，有利于资源合理地开发和使用；绝缘、抗电磁干扰性能强；还具有抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强等优点，同时它也可以用在特殊环境或者军事行动中。

光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

随着信息技术传输速度日益更新，光纤技术已得到广泛的重视和应用。在多微机电梯系统中，光纤的应用充分满足了大量的数据通信正确、可靠、高速传输和处理的要求。光纤技术在电梯上的应用，大大提高了整个控制系统的反应速度，使电梯系统的并联群控性能有了明显提高。电梯上所使用的光纤通信装置主要由光源、光电接收器和光纤组成。

2 集成电路的实现

集成工艺技术也就是在最近的一二十年取得了飞速的发展。随着元器件尺寸大小的不断减小，集成电路的集成速度也在不断地提高。发展迅速的集成电路工艺技术为通信系统的发展奠定了坚实的基础。当下，利用光电集成电路实现的光的发射和接收装置已经被各个实验室所广泛使用。光电集成电路在单片上集成的光和电元件越来越多了，这就是光电集成电路速度越来越快的原因。

3 光纤通信现状

光纤通信技术的发展带动了光纤产业的进步。想要实现光发射与光电集成电路是非常容易的，但是想要实现高速系统的混合集成是非常困难的。由于毫米波信号是狭窄的，所以可以使用混合集成工艺来实现毫米波系统，我们可以这样来设计集成电路及其组成部分，使其波段上的输入和输出阻抗保持在大约50欧姆左右，即使用50欧姆的传输线来连接元器件和集成电路。此外，例如激光驱动、时钟恢复、数据判决、复接、光接收放大等各种类型的模拟、数字、混合集成电路依然可以轻松实现，这是因为电路也可以设计成输入输出是50欧姆的阻抗。想要利用混合方法实现高速光发射机与接收机的真正困难所在是激光二极管和光检测器的阻抗不是50欧姆。尤其是激光二极管，他的非线性无法进行混合集成的。没有合适的匹配网络将基带数据信号从激光二极管连接到驱动器或者从光检测器连接到前置放大器上，就会大大地降低了系统的操作性能。这样相比利用光发送和光接收的集成电路来实现是十分简便的。利用光集成电路实现光发射和接收不仅可靠性高而且成本低。但是用光电集成电路也是具有一定的挑战性的，制作光元件和电子电路所需要的材料是存在一定的差别的。现在制造高速光发射和接受光电集成电路在光传输系统中是十分必要的。这个设计工艺的难点在于要形成材料，即适合制造光电器件和电子电路所需要的制作材料，此外还要设计出光电集成电路。现实很残酷，大家仍需努力。

4 光电集成电路

光发射机光电集成电路一般是由同一底上的激光二极管和驱动电路构成的。集成电路其中包括了电子元器件结构的生长、激光、激光二极管、电阻器、晶体管等电子元件的制造，其中光电元件和金属化连接是比较困难的。在外延生长的衬底上，大概需要三个工序来集成光电集成电路，分别为制作激光二极管、制作电子电路、进行光电元件之间的连接。首先要制作激光二极管，激光二极管的P型区域欧姆接触层通过 蒸发形成金属状态，随后利用光刻法来生成激光二极管的大概区间，然后进行湿法刻蚀形成接触激光二极管的N区区间，最后在活性离子刻蚀体系中完成刻蚀过程，直到遇到AGAAS层后停止刻蚀过程。AGAAS层能隔离电子电路机构和激光结构，形成一种薄膜电阻，从而形成第一金属层和空气桥两个连接层。我们通常采用空气桥连接激光二极管的P区，采用第一金属层连接激光二极管的N区，这样就能很好地实现激光二极管和电子电路层的连接。这就实现了一个量子激光器的光电集成电路了。制作光电集成电路的芯片也是存在一定的难度的，目前端面反射激光镜的干腐蚀技术尚未成熟，只能用解离的方法来完成，所以说集成激光驱动器电路还有很大的空间有待开发。

光电集成电路分别是由光检测器、前置放大器以及主放大器构成的，这其中包括数据判决器、时钟恢复和分接电路。光检测器的集成是光电集成电路中最重要的一个部分，而金属-半导体-金属光检测器（MSM）因为只需要少步骤的追加工艺，和如名字一般较为实惠且广泛的材料在雪崩类型光电检测器和p-i-n被广泛运用的同时也被单片集成光接收机广泛的使用着。

在设计中第一级为基本放大单元，是共源放大电路且带有源负载，电阻的反馈由电压并联负反馈，电平位移级使用的是两级源级跟随器，它被接入到后面，与此同时，又需要引进一个肖特基二极管，这样就起到了一个降低反馈点的直流电平所特需的水平的作用，达到了这样一个效果后，在偏低压的条件下，电路同样可以正常工作。

5 主要工艺流程

第一步，我们要准备好充足的材料，对材料进行结构和参数方面的设计计算，并确定材料的外延生长，来确定集成方式及集成所需要的元器件。第二步，对PD台面进行腐蚀，首先腐蚀掉INP层露出HEMT的帽层，把MSM保留在芯片上，即通过把PD台面以外的PD层材料腐蚀掉来露出HEMT层。第三步就是进行器件的隔离工作，仍然使用台面腐蚀的办法将HEMT和PD元器件之间隔离起来，想要实现比较好的隔离效果就一定要准确的腐蚀到半绝缘衬底上。最后就是保护芯片的工作了，在芯片表面沉淀一层介质，这样不仅保护了芯片表面还成为了源漏的辅助剥离介质。

6 结束语

光纤通信技术作为通信产业中的支柱，是我们现如今社会中使用最多的通信方式。即使在现在的社会当中，光纤通信技术得到了十分稳定有效的发展，但是现在科技发展如此之快，越来越多的新技术涌现出来，我国的通信技术水平也得到了明显的改善与提高，光纤通信的使用范围和价值也在悄悄地扩张。但是光纤通信技术为了迎合网络时代，必须有更高层次的发展，才能占据市场的主流地位。我相信随着光通信技术更加深入地发展，光纤通信一定会对整个通信行业甚至社会的进步起到举足轻重的作用。

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