Miért kell Ge-t használnunk fotodetektorként?

Miért kell Ge-t használnunk?fotodetektor
1. Alapvető pozicionálás: Miért szükséges Ge-t használni fotodetektorként?
A szilícium optikai összeköttetésekben a fotodetektorok azok a „fordítók”, amelyek az optikai jeleket visszaalakítják elektromos jelekké. A szilícium tiltott sávszélessége azonban 1,12 eV, és szinte átlátszó az 1310/1550 nm-es kommunikációs sávok számára, így csak germánium (Ge) vezethető be.
A Ge közvetlen tiltott sávja 0,8 eV, amely lefedi a kommunikációs O/C sávot, de 4,2%-os rácseltérése van a szilíciummal. A közvetlen növekedés diszlokációs sűrűsége akár 4 × 10⁸cm⁻² is lehet, és a sötétáram teljesen elérhetetlen; Ugyanakkor a Ge közvetett tiltott sávval rendelkezik, és abszorpciós együtthatója természetesen egy nagyságrenddel alacsonyabb, mint az InGaAs-é, ami természetes gyengeség.
2. Áttörés: a hullámvezető integrációja áttöri a teljesítménybeli szűk keresztmetszetet
A hagyományos vertikális beesési fotodetektorok „abszorpciós hossz = vivőgyűjtési útvonal” elvének „érzékenységi sávszélesség” szerinti ingadozása van, amelynek felső határa mindössze 7 GHz;
Jelenleg a főbb eszközútvonalak három kategóriába sorolhatók:
Függőleges tűs: Ez a folyamat a legegyszerűbb és legelterjedtebb az iparágban, 40 Gb/s sebességet ér el nulla torzítás mellett és >60 GHz-es sávszélességet;
MSM fém félvezető fém: Nincs szükség magas hőmérsékletű adalékolásra, integrálható a háttérrendszerbe, nagy sötétárammal és 40 GHz feletti sávszélességgel rendelkezik;
Felső kategóriás változatok:Utazóhullámú fotodetektorokA mikrohullámú fotonkapcsolatokhoz TWPD és egyvonalas vivőfrekvenciás fotodetektorokat (UTC) használnak, kiegyensúlyozva a nagy sávszélességet és a nagy telítésű fotoáramot.
3. Anyagok és kivitelezés: A „hibák” előnyeivé alakítása
A rácsok közötti eltérésekre és a teljesítménybeli hiányosságokra válaszul az iparág kiforrott megoldásokat fejlesztett ki:
Kétlépéses epitaxiális módszer: először egy 30-50 nm vastagságú alacsony hőmérsékletű pufferréteget növesztenek, majd a hőmérsékletet a célvastagság eléréséig növelik, így a diszlokációsűrűség ~10⁷ cm⁻²-re csökken;
Alakváltozás-mérnökség: A Ge és a Si közötti hőtágulási együtthatók különbsége 0,2%-os biaxiális szakítófeszültséget okoz a Ge filmben, ami a sávrés közvetlen csökkenését eredményezi 0,8 eV-ról 0,77 eV-ra, az abszorpciós él pedig 1,55 μm-ről 1,61 μm-re, lefedve a teljes C+L sávot, sőt az L sávban az abszorpciós együttható megegyezhet az InGaAs-éval;
CMOS integráció: Még kísérleti szakaszban van. Az előlapi integrációnak (FEOL) 750 ℃ ​​feletti magas hőmérsékletet kell elviselnie, míg a hátlapi integráció (BEOL) hőmérsékletbarát, de kristályszubsztrátok nélkül, és még nem alkotott egységes, érett megoldást. Jelenleg az iparág általában a „90%-ban egychipes + külső” vegyes utat alkalmazza.lézer„.