Kāpēc mums jāizmanto Ge kā fotodetektors?

Kāpēc mums jāizmanto Ge kā afotodetektors
1. Pamata pozicionēšana: Kāpēc ir nepieciešams izmantot Ge kā fotodetektoru?
Silīcija optiskajās saitēs fotodetektori ir “tulkotāji”, kas pārveido optiskos signālus atpakaļ elektriskos signālos. Tomēr paša silīcija joslas sprauga ir 1,12 eV, un tas ir gandrīz caurspīdīgs 1310/1550 nm sakaru joslām, tāpēc var ievadīt tikai germāniju (Ge).
Ge tiešā joslas sprauga ir 0,8 eV, kas nosedz komunikācijas O/C joslu, bet tai ir 4,2% režģa neatbilstība ar silīciju. Dislokāciju blīvums tiešai augšanai ir pat 4 × 10⁸ cm⁻², un tumšā strāva nav pilnībā pieejama; tajā pašā laikā Ge ir netiešā joslas sprauga, un tā absorbcijas koeficients dabiski ir par vienu lieluma kārtu zemāks nekā InGaAs, kas ir dabisks vājums.
2. Galvenais sasniegums: viļņvada integrācija novērš veiktspējas sašaurinājumu
Tradicionālo vertikālās krišanas fotodetektoru “absorbcijas garums = nesēja savākšanas ceļš” ir “reakcijas joslas platuma” svārstību diapazons ar augšējo robežu tikai 7 GHz;
Pašlaik galvenie ierīču maršruti ir iedalīti trīs kategorijās:
Vertikālā piespraušana: šis process ir vienkāršākais un visizplatītākais nozarē, sasniedzot 40 Gb/s bez nobīdes un >60 GHz joslas platumu;
MSM metāla pusvadītāju metāls: nav nepieciešama augstas temperatūras dopinga metode, to var integrēt aizmugursistēmā, tam ir augsta tumšā strāva un joslas platums virs 40 GHz;
Augstas klases varianti:Ceļojošo viļņu fotodetektoriMikroviļņu fotonu saitēm tiek izmantoti TWPD un vienlīnijas nesēja fotodetektori (UTC), līdzsvarojot lielu joslas platumu un augstu piesātinājuma fotostrāvu.
3. Materiāli un meistarība: “Defektu” pārvēršana priekšrocībās
Reaģējot uz režģa neatbilstību un veiktspējas trūkumiem, nozare ir izstrādājusi nobriedušus risinājumus:
Divpakāpju epitaksijas metode: vispirms tiek audzēts zemas temperatūras buferslānis 30–50 nm biezumā, un pēc tam temperatūra tiek palielināta, lai sasniegtu mērķa biezumu, samazinot dislokācijas blīvumu līdz ~10⁷ cm⁻²;
Deformācijas inženierija: Ge un Si termiskās izplešanās koeficientu atšķirība radīs 0,2% biaksiālu stiepes deformāciju Ge plēvē, kā rezultātā joslas atstarpe samazināsies tieši no 0,8 eV līdz 0,77 eV un absorbcijas mala pagarināsies no 1,55 μm līdz 1,61 μm, aptverot visu C+L joslu, un pat absorbcijas koeficients L joslā var atbilst InGaAs koeficientam;
CMOS integrācija: tā joprojām ir izpētes stadijā. Priekšējā gala integrācijai (FEOL) ir jāiztur augsta temperatūra virs 750 ℃, savukārt aizmugurējā gala integrācija (BEOL) ir temperatūrai draudzīga, bet bez kristāla substrātiem, un tai vēl nav izveidots vienots, nobriedis risinājums. Pašlaik nozarē parasti tiek izmantots jaukts risinājums: "90% vienas mikroshēmas + ārējais"lāzers“.