De ce trebuie să folosim Ge ca fotodetector?

De ce trebuie să folosim Ge cafotodetector
1. Poziționare de bază: De ce este necesară utilizarea Ge ca fotodetector
În legăturile optice pe siliciu, fotodetectorii sunt „traducătorii” care convertesc semnalele optice înapoi în semnale electrice. Cu toate acestea, siliciul în sine are o bandă interzisă de 1,12 eV și este aproape transparent pentru benzile de comunicație de 1310/1550 nm, deci poate fi introdus doar germaniu (Ge).
Ge are o bandă interzisă directă de 0,8 eV, care acoperă banda O/C a comunicației, dar are o nepotrivire de rețea de 4,2% cu siliciul. Densitatea dislocațiilor pentru creșterea directă este de până la 4 × 10⁸ cm⁻², iar curentul de întuneric este complet indisponibil; în același timp, Ge are o bandă interzisă indirectă, iar coeficientul său de absorbție este în mod natural cu un ordin de mărime mai mic decât cel al InGaAs, ceea ce reprezintă o slăbiciune naturală.
2. Descoperire importantă: integrarea ghidului de undă elimină blocajele de performanță
„Lungimea de absorbție = calea de colectare a purtătorului” a fotodetectorilor tradiționali cu incidență verticală are o „lățime de bandă a responsivității” oscilantă, cu o limită superioară de numai 7 GHz;
În prezent, rutele principale ale dispozitivelor sunt împărțite în trei categorii:
Pin vertical: Procesul este cel mai simplu și mai utilizat din industrie, atingând 40 Gb/s la zero polarizare și lățime de bandă > 60 GHz;
MSM Metal Semiconductor Metal: Nu este nevoie de dopare la temperaturi ridicate, poate fi integrat în backend, are curent de întuneric ridicat și o lățime de bandă de peste 40 GHz;
Variante de înaltă calitate:Fotodetectoare cu unde călătoareFotodetectoarele cu purtătoare cu o singură linie (TWPD) și UTC sunt utilizate pentru legături fotonice cu microunde, echilibrând lățimea de bandă mare și fotocurentul de saturație ridicată.
3. Materiale și măiestrie: Transformarea „defectelor” în avantaje
Ca răspuns la nepotrivirea rețelei și la deficiențele de performanță, industria a dezvoltat soluții mature:
Metodă de epitaxie în doi pași: mai întâi, se crește un strat tampon la temperatură scăzută de 30-50 nm, apoi temperatura este crescută pentru a atinge grosimea țintă, reducând densitatea dislocațiilor la ~10 ⁷ cm ⁻²;
Ingineria deformației: Diferența coeficienților de dilatare termică dintre Ge și Si va provoca o deformare biaxială la tracțiune de 0,2% în pelicula de Ge, rezultând o reducere directă a intervalului de bandă de la 0,8 eV la 0,77 eV și o extensie a marginii de absorbție de la 1,55 μm la 1,61 μm, acoperind întreaga bandă C+L, ba chiar și coeficientul de absorbție din banda L poate fi egal cu cel al InGaAs;
Integrarea CMOS: Este încă în stadiul de explorare. Integrarea front-end (FEOL) trebuie să reziste la temperaturi ridicate de peste 750 ℃, în timp ce integrarea back-end (BEOL) este prietenoasă cu temperatura, dar fără substraturi cristaline și nu a format încă o soluție matură unificată. În prezent, industria adoptă în general o rută mixtă de „90% single-chip + extern”.laser„.