一种基于双光电探测器的光电检测电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明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。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] ( -）首先介绍光电探测传感器设计的技术现状：
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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) SOI MOS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/Si HBT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。
[0010] 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。
[0011] (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：
[0012] 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。
[0013] 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。
【发明内容】
[0014] 针对现有技术存在的上述不足，本发明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。
[0015] 为实现上述目的，本发明采用如下技术手段：
[0016] -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；
[0017] 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 ;
[0018] 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；
[0019] 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；
[0020] 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；
[0021] 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；
[0022] 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；
[0023] 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；
[0024] 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；
[0025] 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；
[0026] 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；
[0027] 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；
[0028] 所述第二光电探测器表面覆盖有铝膜；
[0029] 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；
[0030] 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；
[0031] 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。
[0032] 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 电探测器的第二器件区水平方向截面为圆形。
[0033] 相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
[0034] (1)由于本发明采用双极工艺的PN结作为实现光电探测的基础结构，使得设计的 光电探测器的PN结面积较大（双极NPN晶体管的集电结面积相对MOS工艺形成PN结的结 面积要大），PN结结深大（相对于MOS工艺），耗尽区较厚，有利于提高量子效率。这一基 础结构使得本发明在获得更高量子效率方面具有明显优势的有益效果。
[0035] 进一步的，本发明选择双极工艺实现电路将会更适用于功率型光耦合器光电探测