宽带高功率三维异构集成微波光子探测器

作     者：许向前 龚广宇 孙雷 李宇 康晓晨 李思敏 潘时龙 XU Xiang-Qian;GONG Guang-Yu;SUN Lei;LI Yu;KANG Xiao-Chen;LI Si-Min;PAN Shi-Long

作者机构：南京航空航天大学电子信息工程学院江苏南京211106 中国电子科技集团公司第十三研究所河北石家庄050051 

出 版 物：《红外与毫米波学报》 (Journal of Infrared and Millimeter Waves)

年 卷 期：2025年第44卷第1期

页      面：112-117页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2022YFB2802700) 国家自然科学基金项目(62271249) 

主　　题：微波光子学 单行载流子光电二极管 宽带 高功率 三维异构集成 

摘      要：本研究采用三维异构集成技术实现单行载流子光电二极管与微波集成电路芯片堆叠集成,研制出一款微波光子应用的高功率、宽带探测器芯片。通过优化单行载流子光电二极管的材料掺杂和外延工艺,显著提高了功率承受能力;采用集成背入射透镜和增设金属反射层的设计,有效提升了响应度;通过提取光电二极管的精确模型并采用阻抗补偿及宽带匹配电路设计技术,成功增强了宽带特性。将光电二极管芯片倒装集成在微波集成电路芯片上,大幅减小了芯片互连电路对高频性能的不利影响;采用高导热率底层芯片的设计,极大提升了探测器芯片的导热性能和高功率处理特性。研制的三维异构集成光电探测器1 dB带宽高达42 GHz,射频回波损耗优于11 dB,响应度优于0.85 A/W,暗电流低于50 nA,饱和输入光功率超过120 mW。三维异构集成微波光子探测器芯片实现了优异的带宽和响应度特性,该设计方法为微波光子应用提供了创新性的解决方案。