CN106629572B - 一种集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片，所述硅基光子芯片集成的锗电阻温度传感器制作在SOI晶圆上，所述硅基光子芯片上的锗电阻温度传感器设置在靠近待测硅基光波导的一侧，所述锗电阻温度传感器的电阻随着所述待测硅基光波导的温度变化而变化。本发明利用锗材料，在硅基光子芯片中集成锗电阻温度传感器，该锗电阻温度传感器能够通过硅基光子芯片常规工艺实现，与硅基光子芯片的制作工艺兼容，能够大规模生产，大大降低了成本。

Description

一种集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片
技术领域
本发明涉及光通信集成器件和光传感器件领域，具体涉及一种集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片。
背景技术
硅基光子芯片具备与标准半导体工艺兼容、成本低以及集成度高等优点，逐渐被业界广泛采用。但是，硅材料的折射率随温度变化敏感，当温度变化时，硅基光子芯片的性能也会受到影响，因此，需要在硅基光子芯片中集成温度传感器，实时监控温度的变化。
现有的硅基光子芯片通常制作在SOI(Silicon On Insulator，绝缘衬底上的硅)晶圆上，导致传统的温度传感器与硅基光子芯片的制作工艺不兼容。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决传统的温度传感器与硅基光子芯片的制作工艺不兼容的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片，所述硅基光子芯片集成的锗电阻温度传感器制作在SOI晶圆上，所述锗电阻温度传感器设置在靠近待测硅基光波导的一侧，所述锗电阻温度传感器的电阻随着检测到的所述待测硅基光波导的温度变化而变化。
在上述技术方案中，所述锗电阻温度传感器的底层为硅衬底，所述硅衬底上为二氧化硅层，所述二氧化硅层的上表面的中部设有重掺杂硅层，所述重掺杂硅层的上表面的中部设有梯形结构的锗层；
所述重掺杂硅层的上表面的两端设有与两个第一电极接触的两个第一通孔，所述锗层的上底的外表面设有与第二电极接触的第二通孔，所述二氧化硅层、重掺杂硅层、锗层、第一通孔、第二通孔以及第一电极和第二电极之间形成的空间填充有覆盖二氧化硅层，所述第一电极与第二电极之间的电阻为所述锗电阻温度传感器的电阻。
在上述技术方案中，所述锗层的两个侧面设有覆盖多晶硅层，所述锗层的上底的外表面设有重掺杂的覆盖多晶硅层，所述第一电极经所述第一通孔与所述重掺杂硅层和锗层接触，所述第二电极经所述第二通孔与所述重掺杂的覆盖多晶硅层和锗层接触。
在上述技术方案中，所述锗层的上底的内表面设有重掺杂锗层，所述第一电极经所述第一通孔与所述重掺杂硅层和锗层接触，所述第二电极经所述第二通孔与所述重掺杂锗层和锗层接触。
在上述技术方案中，所述锗电阻温度传感器的底层为硅衬底，所述硅衬底上为二氧化硅层，所述二氧化硅层的上表面的中部设有锗层和设置在所述锗层两侧的重掺杂硅层，一侧的所述重掺杂硅层的上表面设有与第一电极接触的第一通孔，另一侧的所述重掺杂硅层的上表面设有与第二电极接触的第二通孔，所述二氧化硅层、重掺杂硅层、锗层、第一通孔、第二通孔以及第一电极和第二电极之间形成的空间填充有覆盖二氧化硅层；
所述第一电极经所述第一通孔与一侧的所述重掺杂硅层和锗层接触，所述第二电极经所述第二通孔与另一侧的所述重掺杂硅层和锗层接触，所述第一电极与第二电极之间的电阻为所述锗电阻温度传感器的电阻。
在上述技术方案中，所述锗电阻温度传感器的电阻表示为：
R(T)＝R0exp(T0/T)；
其中，R0表示温度为T0时，所述锗电阻温度传感器的电阻，T0为25℃；R(T)表示温度为T时，所述锗电阻温度传感器的电阻。
在上述技术方案中，所述锗层的厚度大于300nm，小于1μm。
在上述技术方案中，加载在所述第一电极与第二电极之间的电压大于1V，小于5V。
在上述技术方案中，所述重掺杂硅层、重掺杂的覆盖多晶硅层和重掺杂锗层为P型掺杂或N型掺杂。
在上述技术方案中，所述重掺杂硅层、重掺杂的覆盖多晶硅层和重掺杂锗层的掺杂浓度大于1018。
本发明利用锗材料，在硅基光子芯片中集成锗电阻温度传感器，该锗电阻温度传感器能够通过硅基光子芯片常规工艺实现，与硅基光子芯片的制作工艺兼容，能够大规模生产，大大降低了成本。
附图说明
图1为本发明提供的一种集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片结构示意图；
图2为本发明中实施例1的锗电阻温度传感的结构示意图；
图3为本发明中实施例2的锗电阻温度传感的结构示意图；
图4为本发明中实施例3的锗电阻温度传感的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细的说明。
本发明提供了一种集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片，如图1所示，硅基光子芯片集成的锗电阻温度传感器14制作在SOI晶圆上，锗电阻温度传感器14设置在靠近待测硅基光波导13的一侧，锗电阻温度传感器14的电阻随着检测到的待测硅基光波导13的温度变化而变化。
实施例1。
如图2所示，锗电阻温度传感器14的底层为硅衬底1，硅衬底1上为二氧化硅层2，二氧化硅层2的上表面的中部设有重掺杂硅层3，重掺杂硅层3的上表面的中部设有梯形结构的锗层4，锗层4的两个侧面设有覆盖多晶硅层7，锗层4的上底的外表面设有重掺杂的覆盖多晶硅层6，重掺杂硅层3的上表面的两端设有与两个第一电极10接触的两个第一通孔5，重掺杂的覆盖多晶硅层6的上表面的中部设有与第二电极11接触的第二通孔8，二氧化硅层2、重掺杂硅层3、第一通孔5、重掺杂的覆盖多晶硅层6、覆盖多晶硅层7、第二通孔8以及第一电极10和第二电极11之间形成的空间填充有覆盖二氧化硅层9。
第一电极10经由第一通孔5与重掺杂硅层3和锗层4接触，第二电极11经由第二通孔8与重掺杂的覆盖多晶硅层6和锗层4接触，第一电极10与第二电极11之间的电阻即为锗电阻温度传感器14的电阻。
实施例2。
如图3所示，锗电阻温度传感器14的底层为硅衬底1，硅衬底1上为二氧化硅层2，二氧化硅层2的上表面的中部设有重掺杂硅层3，重掺杂硅层3的上表面的中部设有梯形结构的锗层4，锗层4的上底的内表面设有重掺杂锗层12，重掺杂硅层3的上表面的两端设有与两个第一电极10接触的两个第一通孔5，重掺杂锗层12的上表面的中部设有与第二电极11接触的第二通孔8，二氧化硅层2、重掺杂硅层3、锗层4、第一通孔5、重掺杂锗层12、第二通孔8以及第一电极10和第二电极11之间形成的空间填充有覆盖二氧化硅层9。
第一电极10经由第一通孔5与重掺杂硅层3和锗层4接触，第二电极11经由第二通孔8与重掺杂锗层12和锗层4接触，第一电极10与第二电极11之间的电阻即为锗电阻温度传感器14的电阻。
实施例3。
如图4所示，锗电阻温度传感器14的底层为硅衬底1，硅衬底1上为二氧化硅层2，二氧化硅层2的上表面的中部设有锗层4和设置在锗层4两侧的重掺杂硅层3，一侧的重掺杂硅层3的上表面设有与第一电极10接触的第一通孔5，另一侧的重掺杂硅层3的上表面设有与第二电极11接触的第二通孔8，二氧化硅层2、重掺杂硅层3、锗层4、第一通孔5、第二通孔8以及第一电极10和第二电极11之间形成的空间填充有覆盖二氧化硅层9。
第一电极10经由第一通孔5与一侧的重掺杂硅层3和锗层4的接触，第二电极11经由第二通孔8与另一侧的重掺杂硅层3和锗层4的接触，第一电极10与第二电极11之间的电阻即为锗电阻温度传感器14的电阻。
在本发明中，锗电阻温度传感器14的电阻表示为：
R(T)＝R0exp(T0/T)；
其中，R0表示温度为T0(通常为25℃)时，锗电阻温度传感器14的电阻；R(T)表示温度为T时，锗电阻温度传感器14的电阻。
在本发明中，锗层4的厚度大于300nm，小于1μm；重掺杂硅层3、重掺杂的覆盖多晶硅层6和重掺杂锗层12为P型掺杂或N型掺杂，且掺杂浓度大于1018；为避免锗层4的电流过大，加载在第一电极10与第二电极11之间的电压大于1V，小于5V。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片，其特征在于，所述硅基光子芯片集成的锗电阻温度传感器制作在SOI晶圆上，所述锗电阻温度传感器设置在靠近待测硅基光波导的一侧，所述锗电阻温度传感器的电阻随着检测到的所述待测硅基光波导的温度变化而变化；
所述锗电阻温度传感器的底层为硅衬底，所述硅衬底上为二氧化硅层，所述二氧化硅层的上表面的中部设有重掺杂硅层，所述重掺杂硅层的上表面的中部设有梯形结构的锗层；
所述重掺杂硅层的上表面的两端设有与两个第一电极接触的两个第一通孔，所述锗层的上底的外表面设有与第二电极接触的第二通孔，所述二氧化硅层、重掺杂硅层、锗层、第一通孔、第二通孔以及第一电极和第二电极之间形成的空间填充有覆盖二氧化硅层，所述第一电极与第二电极之间的电阻为所述锗电阻温度传感器的电阻。
2.如权利要求1所述的集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片，其特征在于，所述锗层的两个侧面设有覆盖多晶硅层，所述锗层的上底的外表面设有重掺杂的覆盖多晶硅层，所述第一电极经所述第一通孔与所述重掺杂硅层和锗层接触，所述第二电极经所述第二通孔与所述重掺杂的覆盖多晶硅层和锗层接触。
3.如权利要求1所述的集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片，其特征在于，所述锗层的上底的内表面设有重掺杂锗层，所述第一电极经所述第一通孔与所述重掺杂硅层和锗层接触，所述第二电极经所述第二通孔与所述重掺杂锗层和锗层接触。
4.如权利要求1所述的集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片，其特征在于，所述锗电阻温度传感器的底层为硅衬底，所述硅衬底上为二氧化硅层，所述二氧化硅层的上表面的中部设有锗层和设置在所述锗层两侧的重掺杂硅层，一侧的所述重掺杂硅层的上表面设有与第一电极接触的第一通孔，另一侧的所述重掺杂硅层的上表面设有与第二电极接触的第二通孔，所述二氧化硅层、重掺杂硅层、锗层、第一通孔、第二通孔以及第一电极和第二电极之间形成的空间填充有覆盖二氧化硅层；
所述第一电极经所述第一通孔与一侧的所述重掺杂硅层和锗层接触，所述第二电极经所述第二通孔与另一侧的所述重掺杂硅层和锗层接触，所述第一电极与第二电极之间的电阻为所述锗电阻温度传感器的电阻。
5.如权利要求1所述的集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片，其特征在于，所述锗电阻温度传感器的电阻表示为：
R(T)＝R0exp(T0/T)；
其中，R0表示温度为T0时，所述锗电阻温度传感器的电阻，T0为25℃；R(T)表示温度为T时，所述锗电阻温度传感器的电阻。
6.如权利要求1-4任一项所述的集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片，其特征在于，所述锗层的厚度大于300nm，小于1μm。
7.如权利要求6所述的集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片，其特征在于，加载在所述第一电极与第二电极之间的电压大于1V，小于5V。
8.如权利要求6所述的集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片，其特征在于，所述重掺杂硅层、重掺杂的覆盖多晶硅层和重掺杂锗层为P型掺杂或N型掺杂。
9.如权利要求8所述的集成锗电阻温度传感器的硅基光子芯片，其特征在于，所述重掺杂硅层、重掺杂的覆盖多晶硅层和重掺杂锗层的掺杂浓度大于1018。
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