半導(dǎo)體多量子阱自電光效應(yīng)器件是20世紀(jì)80年代后期迅速發(fā)展起來的一種新穎的光電混合型光邏輯開關(guān)器件。 SEED是美國貝爾實(shí)驗(yàn)室對(duì)自電光效應(yīng)器件（Self Electro－OpticEffect Device）的簡(jiǎn)稱囫，其他一些國家稱這 種器件為量子阱激子吸收反射開關(guān)（EARS）器件、多量子阱光邏輯開關(guān)器件、量子阱非對(duì)稱諧振腔光調(diào)制器等不 同名稱，本文統(tǒng)一稱做SEED器件。SEED器件一般是用MBE或MOCVD生長(zhǎng)多量子阱材料，利用現(xiàn)有的較為成熟的微電 子工藝制作器件及陣列，其開關(guān)速度很快，可達(dá)ns量級(jí)或更低，光能耗低，器件單位面積開關(guān)能耗可達(dá)fJ/μ㎡量 級(jí)，可在室溫下長(zhǎng)期連續(xù)工作，特別是反射型SEED器件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高速、極低能耗、易于高密度平面集成、 穩(wěn)定性好、室溫工作等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)光探測(cè)、光調(diào)制、光開關(guān)、光邏輯、光存儲(chǔ)、光電/電光轉(zhuǎn)換等多種功能，并 與其他光電子器件及電子電路具有良好的集成兼容性。

　　SEED器件及陣列是一種在GaAs/AlGaAs多量子阱材料上制作的電吸收光電子器件，既可用做光探測(cè)器，也可用做 光調(diào)制器；既可與Si集成電路混合集成，也可與GaAs電子器件單片集成，光垂直入射于器件表面或從器件表面反 射，可以很方便地制作成大規(guī)模高密度二維集成面陣，目前，國際上已研制成功64 KB的SEED集成面陣，SEED集成 面陣是構(gòu)成智能像素的種非常理想的光子集成器件。

　　個(gè)SEED智能像素是美國貝爾實(shí)驗(yàn)室于1989年研制的，只是做了原理性實(shí)驗(yàn)，電路的開關(guān)速率不高。1993年 L.A.D′Asaro等人將三個(gè)SEED器件與一個(gè)DMT FET單片集成構(gòu)成GaAs FET－SEED智能像素四，F(xiàn)ET溝道是由90 nm的 AlxGa1-xAs層和10 nm摻雜濃度為1×1018cm-3的GaAs層構(gòu)成。作為光探測(cè)器的兩個(gè)輸入SEED器件上的光束一個(gè)為 置位信號(hào)，一個(gè)為復(fù)位信號(hào)，輸入信號(hào)經(jīng)FET放大后，由起光調(diào)制器作用的SEED輸出。由于引入FET的電子增益， 提高了開關(guān)速率，大大降低了開關(guān)能量，光開關(guān)能量比相同光窗口S－SEED低一個(gè)量級(jí)。

　　1994年，貝爾實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了4×4節(jié)點(diǎn)GaAs FET－SEED智能像素陣列，每個(gè)節(jié)點(diǎn)含25個(gè)FET和17個(gè)pin器件。電路 由兩個(gè)光接收器、一個(gè)倒相器、一個(gè)控制存儲(chǔ)器和一個(gè)多路選通/驅(qū)動(dòng)/光調(diào)制器組成。整個(gè)陣列共集成了400個(gè) FEI和272個(gè)pin器件。每個(gè)節(jié)點(diǎn)可同時(shí)輸入兩個(gè)光信號(hào)，由光接收器A和B將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，在光接收器中的 每個(gè)SEED器件上都有一個(gè)箝位二極管，從而使S－SEED中點(diǎn)電位的變化幅度被箝制在一個(gè)較小的電壓范圍內(nèi)，這樣 SEED的光能耗將相應(yīng)降低。

　　單片集成構(gòu)成GaAs FET－SEED智能像素是在同一材料上先制作光子集成器件，然后再制作電子器件，反之亦然 。單片集成的光電子集成回路具有結(jié)構(gòu)緊湊、器件一體化等特點(diǎn)，但由于光子集成器件和電子器件無論是在材料和器件結(jié)構(gòu)方面，還是在制作工藝方面差異都非常大，實(shí)現(xiàn)光子集 成器件和電子器件具有很好的兼容性難度非常大。在同一材料上既要制作多量子阱（MQW）光探測(cè)器、光調(diào)制器這 樣的光子集成器件，又要制作FET這樣的電子器件，兩類器件的工作機(jī)理、工作條件很不相同，器件結(jié)構(gòu)差異很大 ，光子集成器件多為豎直結(jié)構(gòu)，電子器件多為平面結(jié)構(gòu)，因此在單片集成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，只能相互協(xié)調(diào)，遇到相互 矛盾之處只能采取折中辦法，因此就不能對(duì)每個(gè)器件都做到化設(shè)計(jì)，也就很難使每個(gè)光子器件及電子器件都 處于工作狀態(tài)。此外，由于光子器件和電子器件結(jié)構(gòu)不同，不可避免地要造成相互之間的不良影響。還有， 在GaAs材料基片上制造大規(guī)模集成電路技術(shù)還很不成熟，成品率低，造價(jià)高，而在MQW材料制作完成SEED器件后， 再制作GaAs FET，兩類器件相互影響，造成單片集成的大陣列SEED智能像素的成品率就更低了，因而，很難滿足 應(yīng)用系統(tǒng)要求智能像素性能參數(shù)應(yīng)具有良好一致性的實(shí)際需要。

　　為了解決單片集成GaAs FET－SEED智能像素存在的問題，貝爾實(shí)驗(yàn)室于1995年提出將SEED光探測(cè)器、光調(diào)制器 等光子集成器件與Si CMOS電路進(jìn)行混合集成圇，構(gòu)成電路規(guī)模更大、功能更強(qiáng)、成品率更高的CMOS－SEED智能像 素，這為光電子集成技術(shù)向大規(guī)模、高性能價(jià)格比、實(shí)用化方向發(fā)展邁出了一大步。

　　混合集成智能像素是指光子集成器件和電子器件根據(jù)各自器件的材料結(jié)構(gòu)和制作工藝的不同，分別制作在不同 的芯片上，通過焊接、封裝等技術(shù)多芯片組裝（MCM）在一起，混合集成的智能像素具有器件優(yōu)化程度高、成 品率高、可充分發(fā)揮光子集咸器件和電子器件的性能、選擇器件功能靈活等優(yōu)點(diǎn)，集成后的智能像素體積小、功 能多、性能價(jià)格比大大提高，是光電子集成系統(tǒng)目前發(fā)展的主要趨勢(shì)冂。

　　CMOS－SEED智能像素是將SEED器件制作在GaAs／AlGaAs MQW材料上，電子器件是在Si晶片上制作CMOS電路， SEED器件和電子器件分別制備好以后，用倒裝焊接技術(shù)將SEED器件焊接在51 CMOS芯片上。

　　CMOS工藝是微電子技術(shù)的主要工藝，目前發(fā)展得相當(dāng)成熟，制造的超大規(guī)模集成電路成品率非常高，只要將制 備好的SEED陣列和CMOS集成電路通過倒裝焊接技術(shù)焊接在一起，就可獲得性能優(yōu)良的CMOS－SEED智能像素，無論 是在陣列規(guī)模方面，還在從性能價(jià)格比方面都比單片集成GaAs FET－SEED智能像素要優(yōu)越得多。

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