Proč musíme používat Ge jako fotodetektor?

Proč musíme používat Ge jakofotodetektor
1. Základní polohování: Proč je nutné použít Ge jako fotodetektor
V křemíkových optických spojích jsou fotodetektory „překladači“, které převádějí optické signály zpět na elektrické signály. Samotný křemík má však šířku zakázaného pásma 1,12 eV a je téměř transparentní pro komunikační pásma 1310/1550 nm, takže lze zavést pouze germanium (Ge).
Ge má přímou šířku zakázaného pásma 0,8 eV, která pokrývá komunikační pásmo O/C, ale má 4,2% mřížkovou neshodu s křemíkem. Hustota dislokací pro přímý růst je až 4 × 10⁸ cm⁻² a temný proud je zcela nedostupný; zároveň má Ge nepřímou šířku zakázaného pásma a jeho absorpční koeficient je přirozeně o řád nižší než u InGaAs, což je jeho přirozená slabina.
2. Průlom v jádru: integrace vlnovodu překonává úzké hrdlo výkonu
„Absorpční délka = sběrná dráha nosiče“ tradičních vertikálně dopadajících fotodetektorů má kolísání „šířky pásma odezvy“ s horní hranicí pouze 7 GHz;
V současné době jsou trasy hlavních zařízení rozděleny do tří kategorií:
Vertikální pin: Tento proces je nejjednodušší a nejběžnější v oboru, dosahuje rychlosti 40 Gb/s při nulovém zkreslení a šířky pásma > 60 GHz;
MSM Metal Semiconductor Metal: Není potřeba vysokoteplotní doping, lze jej integrovat do backendu, má vysoký temný proud a šířku pásma přes 40 GHz;
Špičkové varianty:Fotodetektory s postupující vlnouPro mikrovlnné fotonové spoje se používají fotodetektory s jedním nosným zářením (TWPD) a jednovláknové nosičové fotodetektory (UTC), které vyvažují vysokou šířku pásma a vysoký saturační fotoproud.
3. Materiály a řemeslné zpracování: Proměna „vad“ ve výhody
V reakci na nesoulad mřížek a nedostatky ve výkonu vyvinulo odvětví vyspělá řešení:
Dvoustupňová epitaxní metoda: nejprve se vypěstuje nízkoteplotní vyrovnávací vrstva o tloušťce 30–50 nm a poté se teplota zvýší, aby se dosáhlo cílové tloušťky, čímž se hustota dislokací sníží na ~10⁷ cm⁻²;
Deformační inženýrství: Rozdíl v koeficientech tepelné roztažnosti mezi Ge a Si způsobí 0,2% biaxiální tahové napětí v Ge filmu, což má za následek přímé snížení pásmové mezery z 0,8 eV na 0,77 eV a prodloužení absorpční hrany z 1,55 μm na 1,61 μm, pokrývající celé pásmo C+L, a dokonce i absorpční koeficient v pásmu L se může shodovat s koeficientem InGaAs;
Integrace CMOS: Stále je ve fázi výzkumu. Front-end integrace (FEOL) musí odolávat vysokým teplotám nad 750 ℃, zatímco back-end integrace (BEOL) je teplotně šetrná, ale bez krystalových substrátů a dosud netvořila jednotné zralé řešení. V současné době průmysl obecně přijímá smíšenou cestu „90% jeden čip + externílaser„.