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高速光探测器封装的优化设计VIP免费

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文章编号:025322239(2004)05265924高速光探测器封装的优化设计3张胜利刘宇孙建伟祝宁华(中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室,北京100083)摘要:提出了一种高速光探测器封装优化设计的新方法。首先用矢量网络分析仪对封装寄生参量和探测器芯片进行准确测量,研究了探测芯片的本征参量与封装寄生参量之间的谐振现象,然后合理利用这种谐振效应对芯片的频率响应特性进行有效补偿。理论分析和实验结果都证明优化封装后器件的频率响应带宽超过了芯片的响应带宽。该方法不需要另加其它元件,而仅仅利用光电器件封装过程中必不可少的金丝所带来的寄生电感,就达到了改善器件频率响应特性的目的。关键词:高速光探测器;封装设计;寄生参量;频率响应中图分类号:O434112文献标识码:A3“863”(2001AA312030,2001AA312290)、“973”(G2000036601)、国家杰出青年基金(69825109)资助课题。E2mail:zhangsl@red.semi.ac.cn收稿日期:2003205228;收到修改稿日期:2003207210OptimizedPackofHigh2SpeedPhotodiodeZhangShengliLiuYuSunJianweiZhuNinghua(StateKeyLaboratoryonIntegratedOptoelectronics,InstituteofSemiconductors,TheChineseAcademyofSciences,Beijing100083)(Received28May2003;revised10July2003)Abstract:Anoveloptimizationforpackaginghigh2speedphotodiodesispresented.Allthepackagingparasiticsandtheintrinsiccharacteristicparametersofthephotodiodechipareaccuratelymeasuredwithmicrowavenetworkanalyzer.Theresonanceamongthemisinvestigated.Theresonanceisutilizedtosignificantlyimprovethefrequencyresponseofthedevices.Boththeoreticalandexperimentalresultsshowthatthepackagedphotodiodescanhavea3dBbandwidthwhichisbroaderthanthatofthephotodiodechip.Thismethod,whichutilizestheparasiticinductanceofnecessarybondingwires,canbeusedtoimprovethefrequencyresponseofoptoelectronicsdeviceswithoutanyadditionalcomponent,onlybyusingparasiticinductanceinducedbygoldwirewhichisessentialinpackingprocessofoptoelectronicdevices.Keywords:high2speedphotodiodes;optimizedpackaging;parasitics;frequencyresponse1引言光接收器件是光纤通信系统中的关键器件,高速光纤通信技术的飞速发展,要求相应的光探测器具有更快的响应速度。人们在研发高速光探测器芯片同时,也在不断努力改进芯片的高频封装技术。随着器件速率的不断提高,封装寄生参量对器件的性能影响越来越明显。例如,封装中用于芯片连接的金丝的寄生电感就会有可能降低器件的响应,因此,在高速光电器件封装过程中,人们往往采用尽量短的金丝或倒装焊技术以消除金丝电感的影响。光探测器的响应速度主要受芯片内部载流子输运、芯片电容和封装寄生参量的影响,为了提高探测器的响应速度,人们在芯片设计和器件封装中往往尽量减小芯片电容和封装的寄生参量[1~3]。对于高速的光探测器来说,这种改善是有限的,因为探测器芯片的电容、封装寄生参量都不可能无限小。近来有人提出在探测器的封装中串联一个小电感进行调谐,可能有助于降低探测器芯片电容和封装寄生参量对探测器高频特性的影响,改善器件的频率响应特性[4,5]。但是,由于探测器的频率响应特性受芯片本身的频率响应特性、芯片的电容、封装用的热沉等因素的影响,因而电第24卷第5期2004年5月光学学报ACTAOPTICASINICAVol.24,No.5May,2004感值的选择需要全面考虑以上因素。如果电感值选择不当,不但不能改进器件的频率响应特性,还可能会大大降低器件的高频性能。本文首先采用矢量网络分析仪对封装寄生参量和探测器芯片进行了精确的测量,研究了探测器芯片、和封装寄生参量之间的谐振效应。然后利用该谐振效应对探测器的频率响应特性进行有效补偿。在此基础上,提出了一种优化封装设计的新方法,并通过实验验证了该方法的正确性。2封装寄生参量的测定通常情况下,探测器芯片的P极在顶部,N极在底部,在封装探测器过程中,芯片都是安装在热沉上。热沉的选择要考虑它的导热性、绝缘性和高频特性等因素。综合考虑了以上因素我们选择了陶瓷基底的热沉,并在电...

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