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揭秘!半導(dǎo)體光電子芯片
發(fā)表時(shí)間:2021-01-04     閱讀次數(shù):     字體:【

啥是光電子芯片?怎么介紹呢?關(guān)于半導(dǎo)體細(xì)分領(lǐng)域產(chǎn)品很多,通常大部分人可能第一個(gè)想到的是各類集成電路芯片啥的,比如MCU,DSP,SOC,FLASH存儲(chǔ)芯片等這些曝光率比較高的部分,所以在這里簡(jiǎn)單寫(xiě)篇文章,大致聊聊我們所從事的行業(yè)。

那么半導(dǎo)體有分哪些領(lǐng)域呢?大體可以分集成電路,光電子,分立器件等,每一個(gè)領(lǐng)域拉出來(lái)都是一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)鏈。

集成電路有存儲(chǔ)器,邏輯電路,模擬電路,微處理器等。

光電子有發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)、超輻射二極管(SLD),光電探測(cè)器PD(如PIN光電二極管和APD雪崩光電二極管)等。

分立器件,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)具備獨(dú)立功能的獨(dú)立零件叫分立器件,比如晶體管、二極管、電阻、電容、電感等。

這里主要介紹下我們所從事的細(xì)分領(lǐng)域中的再細(xì)分----光電子領(lǐng)域這塊,發(fā)光二極管LED這個(gè)就不用說(shuō)了,國(guó)家也是戰(zhàn)略投資,照明燈,顯示屏啥的生活中隨處可見(jiàn)。當(dāng)然我們做的不是這個(gè)。我們主要做的是應(yīng)用光通信傳輸?shù)?/span>近紅外激光二極管(LD)發(fā)射芯片以及光電探測(cè)器PD(APD雪崩光電二極管)的接收芯片。

激光二極管分類也挺多,按結(jié)構(gòu)分,雙異質(zhì)結(jié)激光器DH、法布里-珀羅FP、分布反饋激光器DFB、垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL;按波長(zhǎng)分,有中/遠(yuǎn)紅外激光器,近紅外激光器,可見(jiàn)光紅外激光器,紫外激光器等,按應(yīng)用方向可分為信息型激光器比如光通信應(yīng)用,功率型激光器比如大功率泵浦激光器等,啊,頭痛,太多啦......

在介紹芯片之前,我們先從與芯片密切相關(guān)的光模塊開(kāi)始解剖,當(dāng)然光芯片還應(yīng)用其他很多產(chǎn)品。如儀器儀表,各類測(cè)試光源等等。

我們知道城域網(wǎng),F(xiàn)TTX接入網(wǎng)絡(luò),數(shù)據(jù)中心,4G/5G網(wǎng)絡(luò)都已采用光模塊-光纖連接進(jìn)行信息傳遞,可以這么說(shuō)只要是光傳輸,LD/PD芯片都不可少。下面我們看看光信號(hào)的傳輸,可以了解到主要通過(guò)LD/PD的光電轉(zhuǎn)換進(jìn)行信息傳輸。

當(dāng)然在實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用中是看不到LD/PD芯片的,而是封裝在光模塊中。光模塊按照波長(zhǎng)分,主要在近紅外波段,比如1270nm、1290nm、1310nm,1490nm、1330nm、1550nm等等。

接下來(lái)我們分解下光模塊里面的器件組成,直到我們看到芯片部分。

可以看到光模塊有包括光發(fā)射TOSA/接收TOSA器件,外罩,PCB等部分,這里我們主要看光發(fā)射和接收口部分,也就是我們常說(shuō)的封裝器件,比如TOSA: Transmitting Optical Sub-Assembly, 光發(fā)射組件,ROSA: Receiving Optical Sub-Assembly, 光接收組件,BOSA: Bi-Directional Optical Sub-Assembly, 光發(fā)射接收組件,TOSA是用LD把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)發(fā)射出去的組件,ROSA是用PD把接受的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的組件,把兩者組合在一起就是BOSA。

那么TOSA/ROSA/BOSA器件的元件又是哪些組成的呢?這里就涉及到TO器件了,也就是一種同軸封裝的元器件。

這里我們了解到BOSA同軸型光發(fā)射-接收器件包含TO-Can的關(guān)鍵元器件,下面展開(kāi)分析。

LD-TO和PD-TO封裝外形和結(jié)構(gòu)圖來(lái)看,形狀類似,主要是里面封裝的元件區(qū)別。分解到這里,我們現(xiàn)在可以看到LD/PD芯片了,嗯,到了芯片這部分就是我們?cè)谧龅牧?,那么LD/PD芯片長(zhǎng)啥樣呢?芯片不大,各家制作大小有差別,差不多幾百um。

按照目前主要生產(chǎn)的LD芯片,按芯片類型主要是FP(法布里-珀羅)型和DFB(分布反饋)型。PD芯片主要有PIN/APD類型。

看上圖,大概也知道LD/PD的使用了,比如LD簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是加注電流,芯片就在中間有源腔發(fā)出激光,然后進(jìn)行光傳輸,隨后PD光敏面接收光子,轉(zhuǎn)換成電流獲得電信號(hào),這樣就完成信號(hào)的傳輸了。

那么芯片是怎么做出來(lái)的呢?這就涉及到半導(dǎo)體制造工藝了,有興趣可以看這本書(shū),反正我是沒(méi)看的。


下面簡(jiǎn)單介紹下DFB制作工藝(DFB相對(duì)比FP工藝要復(fù)雜),大概也就這些步驟,先從晶圓開(kāi)始,通常近紅外波長(zhǎng)激光器材料是InGaAsP/InP。

好了,到最后一步就是芯片切割,切成一個(gè)個(gè)小小芯片,接著就拿去封裝成TO-CAN,然后做成TOSA/ROSA/BOSA,最后與其他組件共同組成光模塊。

差不多,大概,先介紹到這里,圖片均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)。


 
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