矽基光電集成電路（原書第2版）

Horst Zimmermann博士於1984年獲得德國拜羅伊特大學物理學學士，並於1991年在德國埃爾朗根Fraunhofer集成電路研究所（IIS-B）獲得埃爾朗根-紐倫堡大學工程博士學位。隨後，他在美國北卡羅來納州達勒姆的杜克大學擔任亞歷山大·馮·洪堡研究員，研究矽(Si)、砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP)中的擴散，直至1992年。1993年，他加入德國基爾大學的半導體電子系，在那裏他講授光電子，並致力於矽技術中的光電子集成。自2000年起，他成為奧地利維也納工業大學電子電路工程系的全職教授。他的主要興趣是模擬和納米CMOS電路及光電集成CMOS和BiCMOS電路的設計和表征。他是施普林格出版社系列書籍Integrated Silicon Optoelectronics和Silicon Optoelectronic Integrated Circuits的作者，也是Highly Sensitive Optical Receivers,Optical Communication Over Plastic Optical Fibers,Analog Filters in Nanometer CMOS,Comparators in Nanometer CMOS Technology和Optoelectronic Circuits in Nanometer CMOS Technology的合著者。2002年，他成為IEEE 會員。他是2014年11月/12月出版的IEEE量子電子學為主題的Optical Detectors:Technology and Applications的主要客座編輯。

第1章基礎與理論1
1.1光吸收的基本原理1
1.1.1光子及其特性1
1.1.2重要半導體材料的光吸收2
1.1.3光生4
1.2半導體方程5
1.3光電探測器的重要模型7
1.3.1載流子漂移7
1.3.2載流子擴散11
1.3.3量子效率和響應度14
1.3.4光電二極管的等效電路17
參考文獻20
第2章集成矽光電探測器22
2.1雙極技術中的集成探測器22
2.1.1雙極工藝22
2.1.2采用標準雙極技術的集成探測器25
2.1.3采用改進的雙極技術的集成探測器27
2.2CMOS集成光電探測器30
2.2.1單阱CMOS工藝30
2.2.2雙阱CMOS工藝30
2.2.3三阱CMOS工藝32
2.2.4標準CMOS工藝中的集成探測器32
2.2.5空間調制光探測器37
2.2.6PIN光電二極管38
2.2.7電荷耦合器件圖像傳感器52
2.2.8有源像素傳感器56
2.2.9非晶矽探測器60
2.2.10CMOS集成的雙極光電晶體管62
2.2.11光子混頻器64
2.2.12雪崩光電二極管66
2.2.13單光子雪崩二極管…69
2.3BiCMOS集成探測器70
2.3.1BiCMOS工藝70
2.3.2BiCMOS集成的光電二極管76
參考文獻85
第3章晶體矽薄膜中的探測器96
3.1 緣體上矽中的光電二極管96
3.2藍寶石上的矽100
3.3聚酰亞胺鍵合101
參考文獻102
第4章SiGe光電探測器104
4.1異質外延生長104
4.2SiGe合金的吸收系數105
4.3SiGe/Si PIN異質結雙極晶體管集成106
參考文獻107
第5章集成光接收器電路的設計110
5.1電路仿真器和晶體管模型110
5.2布圖和驗證工具114
5.3OEIC的設計115
5.4跨阻放大器117
5.4.1頻率響應118
5.4.2相位和群延遲121
5.4.3穩定性和補償124
5.4.4晶體管跨阻放大器電路的帶寬124
5.4.5集成跨阻放大器的帶寬限制127
5.4.6集成跨阻放大器的新π模型129
5.4.7並聯-並聯反饋137
5.4.8輸入和輸出電阻140
5.4.9噪聲和靈敏度142
5.4.10泊松統計和量子極限148
參考文獻149
第6章光電集成電路實例151
6.1數字CMOS電路151
6.1.1同步電路151
6.1.2異步電路156
6.2數字BiCMOS電路158
6.3激光驅動器電路159
6.4模擬電路161
6.4.1雙極電路161
6.4.2二維CMOS成像儀…164
6.4.3光學距離測量電路173
6.4.4采用標準CMOS光電二極管的3D傳感器176
6.4.5采用PIN光電二極管的3D傳感器179
6.4.6帶SPAD的3D傳感器181
6.4.7智能像素傳感器183
6.4.8CMOS光學傳感器…195
6.4.9BiCMOS光學傳感器208
6.4.10使用單光子探測技術的傳感器211
6.4.11用於光存儲系統的CMOS電路212
6.4.12用於光存儲系統的BiCMOS電路220
6.4.13連續模式光纖接收器240
6.4.14無線紅外通信接收器281
6.4.15OWC接收器和可見光實驗288
6.4.16混合接收器301
6.4.17速度提升技術302
6.4.18塑料光纖接收器314
6.4.19突發模式光學接收器328
6.4.20深亞μm接收器331
6.4.21瞄準量子極限的接收器333
6.4.22光纖接收器比較347
6.4.23特殊電路353
6.5小結356
參考文獻357
第7章電子-光子集成電路369
7.13D集成技術369
7.1.1銅柱連接369
7.1.2氧化層通孔370
7.1.3矽通孔370
7.2光學開關371
7.3光學收發器380
7.4光學掃描斷層傳感器389
7.53D顯微成像傳感器390
參考文獻391
本書是光電集成電路領域的精品佳作。全書對矽基光電集成電路（OEIC）設計進行了深度解析，矽基光電集成電路是有線及無線通信技術進步的關鍵所在 。書中先是歸納光學吸收核心特點，闡述光電探測器器件物理機制，以及其在現代雙極型、CMOS、BiCMOS 技術中的集成情況，為讀者領會矽基光電集成電路底層運轉邏輯築牢根基 。為實現主題內容的全面覆蓋，書中詳細講解大量矽基光電集成電路實例，應用場景多元，從各類光學傳感器、智能傳感器、三維攝像頭、光學存儲系統，到深亞微米 CMOS 光纖接收器均有涉及 。大量精致明晰的專業插圖穿插其中，讓覆雜抽象的光電電路知識變得直觀易懂，無論是業內工程師、科研工作者，還是相關專業高校師生，都能從中收獲啟迪與助益 。