Zašto moramo koristiti Ge kao fotodetektor

Zašto moramo koristiti Ge kaofotodetektor
1. Osnovno pozicioniranje: Zašto je potrebno koristiti Ge kao fotodetektor
U silicijumskim optičkim vezama, fotodetektori su "prevodioci" koji pretvaraju optičke signale nazad u električne signale. Međutim, sam silicijum ima energetski procep od 1,12 eV i gotovo je transparentan za komunikacione opsege od 1310/1550 nm, tako da se može uvesti samo germanij (Ge).
Ge ima direktni energetski razmak od 0,8 eV, koji pokriva komunikacijski O/C pojas, ali ima neusklađenost rešetke od 4,2% sa silicijumom. Gustoća dislokacija za direktni rast je visoka i do 4 × 10⁸ cm⁻², a tamna struja je potpuno nedostupna; Istovremeno, Ge ima indirektni energetski razmak, a njegov koeficijent apsorpcije je prirodno za red veličine niži od InGaAs, što je prirodna slabost.
2. Proboj u jezgru: integracija valovoda rješava usko grlo performansi
„Dužina apsorpcije = put sakupljanja nosioca“ tradicionalnih vertikalno upadnih fotodetektora ima klackalicu „propusnog opsega odziva“, sa 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 40Gb/s pri nultoj pristranosti i propusni opseg >60GHz;
MSM metal poluprovodnički metal: Nema potrebe za dopiranjem na visokim temperaturama, može se integrirati u pozadinu, ima visoku tamnu struju i propusni opseg preko 40 GHz;
Vrhunske varijante:Fotodetektori putujućih talasa(TWPD) i fotodetektori s jednim linijskim nosiocem (UTC) se koriste za mikrovalne fotonske veze, balansirajući 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 puferski sloj debljine 30-50 nm, a zatim se temperatura povećava do ciljane debljine, smanjujući gustoću dislokacija na ~10⁷ cm⁻²;
Inženjering naprezanja: Razlika u koeficijentima termičkog širenja između Ge i Si uzrokovat će dvoosno zatezno naprezanje od 0,2% u Ge filmu, što će rezultirati direktnim smanjenjem zabranjene zone sa 0,8 eV na 0,77 eV i proširenjem ruba apsorpcije sa 1,55 μm na 1,61 μm, pokrivajući cijeli C+L pojas, pa čak i koeficijent apsorpcije u L pojasu može se podudarati s onim kod InGaAs;
CMOS integracija: Još uvijek je u fazi istraživanja. Integracija na prednjem kraju (FEOL) mora izdržati visoke temperature iznad 750 ℃, dok je integracija na pozadini (BEOL) temperaturno prihvatljiva, ali bez kristalnih podloga i još nije formirala jedinstveno zrelo rješenje. Trenutno, industrija uglavnom usvaja mješoviti put „90% jednog čipa + eksterni...laser""