Neden fotodedektör olarak Ge kullanmak zorundayız?

Ge'yi neden kullanmak zorundayız?fotodedektör
1. Temel konumlandırma: Fotodedektör olarak Ge kullanmak neden gereklidir?
Silikon optik bağlantılarda, fotodedektörler optik sinyalleri tekrar elektriksel sinyallere dönüştüren "çeviriciler"dir. Bununla birlikte, silikonun kendisinin bant aralığı 1,12 eV'dir ve 1310/1550 nm iletişim bantlarına neredeyse geçirgendir, bu nedenle yalnızca germanyum (Ge) kullanılabilir.
Germanyumun (Ge), iletişim O/C bandını kapsayan 0,8 eV'lik doğrudan bant aralığı vardır, ancak silikonla %4,2'lik bir kafes uyumsuzluğuna sahiptir. Doğrudan büyüme için dislokasyon yoğunluğu 4 × 10⁸ cm⁻² kadar yüksektir ve karanlık akım tamamen kullanılamaz; aynı zamanda, Ge'nin dolaylı bant aralığı vardır ve soğurma katsayısı doğal olarak InGaAs'den bir mertebe daha düşüktür, bu da doğal bir zayıflıktır.
2. Temel atılım: dalga kılavuzu entegrasyonu performans darboğazını ortadan kaldırıyor
Geleneksel dikey doğrultuda gelen fotodedektörlerin "absorpsiyon uzunluğu = taşıyıcı toplama yolu", yalnızca 7 GHz'lik bir üst sınırla "duyarlılık bant genişliği"nde bir dalgalanma gösterir;
Şu anda, ana akım cihaz rotaları üç kategoriye ayrılıyor:
Dikey pin: Bu işlem, sektördeki en basit ve yaygın yöntem olup, sıfır sapma ile 40 Gb/s hız ve >60 GHz bant genişliği elde eder;
MSM Metal Yarı İletken Metal: Yüksek sıcaklıkta katkılama gerektirmez, arka uca entegre edilebilir, yüksek karanlık akıma sahiptir ve 40 GHz'in üzerinde bant genişliğine sahiptir;
Üst düzey varyantlar:Seyahat eden dalga fotodedektörleri(TWPD) ve tek hatlı taşıyıcı fotodedektörler (UTC), yüksek bant genişliği ve yüksek doygunluk fotoakımı arasında denge kurarak mikrodalga foton bağlantıları için kullanılır.
3. Malzemeler ve İşçilik: 'Kusurları' Avantaja Dönüştürmek
Örgü yapısındaki uyumsuzluk ve performans eksikliklerine yanıt olarak, sektör olgun çözümler geliştirmiştir:
İki aşamalı epitaksi yöntemi: önce 30-50 nm kalınlığında düşük sıcaklıkta bir tampon katman oluşturulur ve ardından sıcaklık hedef kalınlığa ulaşacak şekilde artırılarak dislokasyon yoğunluğu ~10⁷ cm⁻²'ye düşürülür;
Gerilim mühendisliği: Ge ve Si arasındaki termal genleşme katsayılarındaki fark, Ge filminde %0,2'lik çift eksenli çekme gerilimine neden olarak, bant aralığının 0,8 eV'den 0,77 eV'ye doğrudan düşmesine ve soğurma kenarının 1,55 μm'den 1,61 μm'ye uzamasına yol açar; bu da tüm C+L bandını kapsar ve hatta L bandındaki soğurma katsayısı InGaAs'ınkiyle eşleşebilir.
CMOS entegrasyonu: Hala keşif aşamasındadır. Ön uç entegrasyonu (FEOL) 750 ℃'nin üzerindeki yüksek sıcaklıklara dayanmak zorundadır, arka uç entegrasyonu (BEOL) ise sıcaklığa dayanıklıdır ancak kristal alt tabaka içermez ve henüz birleşik, olgun bir çözüm oluşturmamıştır. Şu anda endüstri genel olarak "yüzde 90 tek çip + harici" karma bir yol izlemektedir.lazer“.