檢光二極體量測

光二極體的量測藉由聚焦離子束（Focused Ion Beam, FIB）的方法將檢光二極 體往

檢

電路的走線切斷避免額外干擾，並將檢光二極體陰極接到原本預留測試的空腳位 上。而後，利用電源隔離器（Bias-Tee）提供直流逆偏壓，並將射頻端的電流信號信號 送進儀器，藉由儀器裡的50ohm 阻抗轉換成電壓，如圖 4.23 所示。這是因為檢光二極 體本身有一個pF 等級的雜散電容，故僅用儀器的 50ohm 電阻做電流-電壓的轉換，以 免產生太低的極點而影響低頻本質響應的觀察。

圖 4.23 檢光二極體量測設定

為減少額外的寄生效應，檢光二極體的特性（characteristic）藉由下針的方式量測。

我們利用Agilent 4284A（Precision LCR Meters）量測 CV 特性，由圖 4.24 所示。我 們可以觀察在1V 時的寄生電容約為 0.84pF，比所預估的值大了 0.26pF。主要的原因 是因為此檢光二極體直接整合進電路，沒有浪費額外的面積製造測試元件，因此無法將 pad 和走線等的效應去嵌化（de-embedding）。

圖 4.24 檢光二極體 C-V 圖量測

檢光二極體的響應率如表4.2 所示，在平均光功率為 0dBm 時期響應率約為

0.272A/W，約為之前模擬的一半（0.55A/W）。這是因為多模光纖的直徑雖然為 50μm，

但其聚光點（spot size）的直徑卻大於 50μm，致使無法將所有的光都送進面積為 50μm

×50μm 的檢光二極體內。此外，整合進CMOS 的檢光二極體沒有額外的防反射塗佈，

加上標準CMOS 製程有多層的介質（dielectric layer），多餘的反射折射這也是響應率 比之前預期來得低的原因之一。

Average Power Meas. I Cal. R

(dBm) (mW) (uA) (A/W)

0 1.0 272 0.272

表 4.2 檢光二極體響應率量測

檢光二極體的頻率響應如圖4.25 所示，逆偏壓為 1V。在 GHz 之前的緩慢增益下 降符合之前Medici 模擬的預期，這部分為檢光二極體的本質響應，頻率每跨過一個數 量級增益就約下降5dB。雖然檢光二極體的響應落於模擬時的某一個極端，但因為電路 裡有為此變異預留的可調設計，故後面與電路整合時仍能量出有品質的信號。

圖 4.25 檢光二極體頻率響應量測

然而，GHz 以上的響應除了是因為高速的飄移載子造成外，也和 RC 時間常數造成 的外質響應有關，因此我們看到在GHz 以上有不相符的現象。我們在 ADS 的模擬裡加 入一個雜散電阻的效應，如圖4.26 所示，發現此電阻變化可改變 GHz 以上增益下降的 狀況，於是可解釋檢光二極體的量測結果。等效上改變雜散電容也有相同的效應。

圖 4.26 雜散電阻造成的外質響應變化

此外，我們也提供檢光二極體不同大小的逆偏電壓，分別為0.5V 和 2V，其量測與 模擬的本質響應皆符合，如圖4.27 所示。

圖 4.27 不同逆偏下的檢光二極體響應量測

最後，我們量測檢光二極體的暫態響應，如圖4.28 所示。送入信號速率為 622Mb/s，

此為儀器可提供的最低速度。我們觀察到即使在此相對低速的信號下仍有顯著的符號間 干擾，並存在擴散載子所造成的尾狀響應。此外，由於嚴重的符號間干擾，因此無法量 得高品質的眼圖，誤碼率也大於10^-1。

圖 4.28 檢光二極體暫態響應與眼圖量測（速度為 622Mb/s）