Abstract
本論文利用標準0.35 um SiGe BiCMOS製程技術在不更動任何製程步驟的條件下，實現ㄧ高效率的光電晶體光偵測器PTPD(Phototransistor Photodetector)的製作以及其特性分析。將表面光偵測器SPD(Surface Photodetector)與傳統的HBT(Hetrojunction Bipolar Transistor)經由共同的SiGe薄膜層直接整合形成PTPD。在元件的設計理念上，PTPD具有光電分離的優勢。雖然EB(Emitter-Base)接面與SPD接面是彼此分離並且位於相同深度(depth)，EB接面卻只負責電性行為，主要的光偵測區域是由SPD擔綱，所以EB接面的面積可縮小(需在輸出光電流可接受的前提下)換取將SPD的面積儘可能的擴大來改善光吸收效率。當SPD端電壓為浮接時，分析相同BC(Base-Collector)面積下的異質接面光電晶體HPT(Hetrojunction Phototransistor)與PTPD的寄生電容，可發現縮小的BE接面面積可降低元件的寄生電容。所以PTPD獨特的元件結構使得PTPD可同時兼顧高靈敏度與較小的元件寄生電容，所以EB接面面積與SPD的面積可個別設計來同時滿足電性或是光偵測等方面的種種特性要求。 當PTPD的基極(Base)與SPD是浮接時，PTPD具有低的暗電流(Dark Current)、較小的寄生電容、有效率的光吸收能力以及PTPD易於與周邊支援類比或數位電路直接整合。當PTPD的BC接面面積為21 um x 25 um而且VCE (Collector-Emitter 電壓)為0到1V時，實驗量得元件的暗電流最大值約為1.8 pA。光響應度(Photoresponsivity)在850 nm及670 nm量得的數據分別為5.2 A/W以及9.5 A/W。同時為了將元件應用於「類人眼」的場合，元件的光響應頻譜(Spectral Response)必須跟人眼類似，所以在不更動製程條件及步驟的條件下提出應用於PTPD的光響應頻譜調整方法-利用製程步驟中的集極佈植(Collector Implantation)來達成調整光響應頻譜的目標。實驗結果指出利用此種方法可將光響應頻譜的最靈敏波段調整至500 nm左右。 在可見光波段的應用上，當入射光低至0.01 lx時，PTPD仍然有明顯的光電流輸出(0.25 nA at VCE=1.5V，and 43 pA at VCE=1V)。除了PTPD對入射光強度具有高靈敏度外，PTPD的操作電壓可低至0.3 V，所以PTPD適合應用於手持移動式的產品。優秀的光電特性以及光電分離的設計理念使得PTPD可應用於許多方面。