Zašto moramo koristiti Ge kao fotodetektor

Zašto moramo koristiti Ge kaofotodetektor
1. Osnovno pozicioniranje: Zašto je potrebno koristiti Ge kao fotodetektor
U silicijskim optičkim vezama, fotodetektori su "prevoditelji" koji pretvaraju optičke signale natrag u električne signale. Međutim, sam silicij ima energetski razmak od 1,12 eV i gotovo je transparentan za komunikacijske pojaseve od 1310/1550 nm, tako da se može uvesti samo germanij (Ge).
Ge ima izravni energetski razmak od 0,8 eV, koji pokriva komunikacijski O/C pojas, ali ima neusklađenost rešetke od 4,2% sa silicijem. Gustoća dislokacija za izravni rast je visoka i do 4 × 10⁸ cm⁻², a tamna struja je potpuno nedostupna; Istovremeno, Ge ima neizravni energetski razmak, a njegov koeficijent apsorpcije je prirodno za red veličine niži od InGaAs, što je prirodna slabost.
2. Proboj u jezgri: integracija valovoda uklanja usko grlo performansi
„Duljina apsorpcije = put sakupljanja nosioca“ tradicionalnih vertikalno upadnih fotodetektora ima klackalicu „propusnosti odziva“, s gornjom granicom od samo 7 GHz;
Trenutno su rute glavnih uređaja podijeljene u tri kategorije:
Vertikalni pin: Proces je najjednostavniji i najpopularniji u industriji, postižući 40 Gb/s pri nultoj pristranosti i propusnost >60 GHz;
MSM metal poluvodički metal: Nema potrebe za dopiranjem na visokim temperaturama, može se integrirati u pozadinu, ima visoku tamnu struju i propusnost veću od 40 GHz;
Vrhunske varijante:Fotodetektori putujućih valova(TWPD) i fotodetektori s jednim linijskim nosiocem (UTC) koriste se za veze mikrovalnih fotona, uravnotežujući visoku propusnost i visoku zasićenu fotostruju.
3. Materijali i izrada: Pretvaranje 'nedostataka' u prednosti
Kao odgovor na neusklađenost rešetke i nedostatke u performansama, industrija je razvila zrela rješenja:
Metoda epitaksije u dva koraka: prvo se uzgaja niskotemperaturni međusloj od 30-50 nm, a zatim se temperatura povećava do ciljane debljine, smanjujući gustoću dislokacija na ~10⁷ cm⁻²;
Inženjering naprezanja: Razlika u koeficijentima toplinskog širenja između Ge i Si uzrokovat će dvoosno vlačno naprezanje od 0,2% u Ge filmu, što će rezultirati izravnim smanjenjem zabranjenog pojasa s 0,8 eV na 0,77 eV i proširenjem ruba apsorpcije s 1,55 μm na 1,61 μm, pokrivajući cijeli C+L pojas, a čak i koeficijent apsorpcije u L pojasu može se podudarati s onim InGaAs;
CMOS integracija: Još je u fazi istraživanja. Integracija na prednjem kraju (FEOL) mora izdržati visoke temperature iznad 750 ℃, dok je integracija na stražnjem kraju (BEOL) temperaturno prihvatljiva, ali bez kristalnih podloga i još nije formirala jedinstveno zrelo rješenje. Trenutno industrija općenito usvaja mješoviti put „90% jednog čipa + vanjskilaser".