Zakaj moramo uporabiti Ge kot fotodetektor

Zakaj moramo uporabljati Ge kotfotodetektor
1. Osnovno pozicioniranje: Zakaj je potrebno uporabiti Ge kot fotodetektor
V silicijevih optičnih povezavah so fotodetektorji "prevajalniki", ki pretvarjajo optične signale nazaj v električne signale. Vendar pa ima silicij sam pasovno vrzel 1,12 eV in je skoraj prozoren za komunikacijske pasove 1310/1550 nm, zato je mogoče vnesti le germanij (Ge).
Ge ima direktno pasovno vrzel 0,8 eV, ki pokriva komunikacijski O/C pas, vendar ima 4,2-odstotno neusklajenost mreže s silicijem. Gostota dislokacij za direktno rast je visoka do 4 × 10⁸ cm⁻², temni tok pa je popolnoma nedostopen; hkrati ima Ge indirektno pasovno vrzel, njegov absorpcijski koeficient pa je naravno za en velikostni razred nižji kot pri InGaAs, kar je naravna slabost.
2. Preboj v jedru: integracija valovoda odpravlja ozko grlo zmogljivosti
"Dolžina absorpcije = pot zbiranja nosilca" tradicionalnih fotodetektorjev z navpičnim vpadom ima nihanje "pasovne širine odzivnosti" z zgornjo mejo le 7 GHz;
Trenutno so glavne poti naprav razdeljene v tri kategorije:
Navpični pin: Postopek je najpreprostejši in najpogostejši v industriji, saj dosega 40 Gb/s pri ničelni pristranskosti in pasovno širino > 60 GHz;
MSM kovina polprevodniška kovina: ni potrebno visokotemperaturno dopiranje, lahko se integrira v zaledno komponento, ima visok temni tok in pasovno širino nad 40 GHz;
Različice višjega cenovnega razreda:Fotodetektorji potujočih valovZa mikrovalovne fotonske povezave se uporabljajo fotodetektorji z enim nosilcem (TWPD) in enovrstični nosilci (UTC), ki uravnavajo visoko pasovno širino in visoko nasičen fototok.
3. Materiali in izdelava: Spreminjanje »napak« v prednosti
Kot odgovor na neusklajenost mreže in pomanjkljivosti v delovanju je industrija razvila zrele rešitve:
Dvostopenjska epitaksija: najprej se vzgoji nizkotemperaturna puferska plast debeline 30–50 nm, nato pa se temperatura zviša, da se doseže ciljna debelina, s čimer se gostota dislokacij zmanjša na ~10⁷ cm⁻²;
Deformacijsko inženirstvo: Razlika v koeficientih toplotnega raztezanja med Ge in Si bo povzročila 0,2-odstotno dvoosno natezno deformacijo v filmu Ge, kar bo povzročilo neposredno zmanjšanje pasovne vrzeli z 0,8 eV na 0,77 eV in razširitev absorpcijskega roba z 1,55 μm na 1,61 μm, kar bo pokrilo celoten pas C+L, in celo absorpcijski koeficient v pasu L se lahko ujema s koeficientom InGaAs;
Integracija CMOS: Še vedno je v fazi raziskovanja. Integracija sprednjega dela (FEOL) mora prenesti visoke temperature nad 750 ℃, medtem ko je integracija zadnjega dela (BEOL) temperaturno prijazna, vendar brez kristalnih substratov in še ni oblikovala enotne zrele rešitve. Trenutno industrija na splošno uporablja mešano pot »90 % en sam čip + zunanjilaser".