Зашто морамо да користимо Ge као фотодетектор

Зашто морамо да користимо Ge каофотодетектор
1, Основно позиционирање: Зашто је потребно користити Ge као фотодетектор
У силицијумским оптичким везама, фотодетектори су „преводиоци“ који претварају оптичке сигнале назад у електричне сигнале. Међутим, сам силицијум има енергетски процеп од 1,12 eV и готово је транспарентан за комуникационе опсеге од 1310/1550 nm, тако да се може увести само германијум (Ge).
Ge има директну енергетску забрањену зону од 0,8 eV, која покрива комуникациону O/C зону, али има неусклађеност решетке од 4,2% са силицијумом. Густина дислокација за директан раст је чак 4 × 10⁸ cm⁻², а тамна струја је потпуно недоступна; Истовремено, Ge има индиректну енергетску забрањену зону, а његов коефицијент апсорпције је природно за ред величине мањи од InGaAs, што је природна слабост.
2, пробој у језгру: интеграција таласовода прекида уско грло перформанси
„Дужина апсорпције = путања сакупљања носача“ традиционалних вертикалних фотодетектора упада има клацкалицу „пропусног опсега одзива“, са горњом границом од само 7 GHz;
Тренутно су руте главних уређаја подељене у три категорије:
Вертикални пин: Процес је најједноставнији и најпопуларнији у индустрији, постижући 40Gb/s при нултом пристрасном опсегу и >60GHz пропусном опсегу;
МСМ метал полупроводнички метал: Нема потребе за допирањем на високим температурама, може се интегрисати у позадину, има високу тамну струју и пропусни опсег од преко 40 ГХз;
Врхунске варијанте:Фотодетектори путујућег таласа(TWPD) и фотодетектори са једним носачем (UTC) се користе за микроталасне фотонске везе, балансирајући висок пропусни опсег и фотострују високе засићености.
3. Материјали и израда: Претварање „недостатака“ у предности
Као одговор на неусклађеност решетки и недостатке у перформансама, индустрија је развила зрела решења:
Двостепена епитаксијска метода: прво се узгаја нискотемпературни бафер слој од 30-50 нм, а затим се температура повећава да би се достигла циљна дебљина, смањујући густину дислокација на ~10⁷ цм⁻²;
Инжењеринг напрезања: Разлика у коефицијентима термичког ширења између Ge и Si ће изазвати двоосно затезно напрезање од 0,2% у Ge филму, што ће резултирати директним смањењем енергетског забрањеног простора са 0,8 eV на 0,77 eV и проширењем ивице апсорпције са 1,55 μm на 1,61 μm, покривајући цео C+L опсег, па чак и коефицијент апсорпције у L опсегу може да се подудара са коефицијентом апсорпције InGaAs;
CMOS интеграција: Још увек је у фази истраживања. Интеграција на предњем крају (FEOL) мора да издржи високе температуре изнад 750 ℃, док је интеграција на задњем крају (BEOL) температурно прихватљива, али без кристалних подлога и још увек није формирала јединствено зрело решење. Тренутно, индустрија генерално усваја мешовити пут „90% један чип + екстерни...ласер„.