Kodėl turime naudoti Ge kaip fotodetektorių?

Kodėl turime naudoti Ge kaipfotodetektorius
1. Pagrindinis padėties nustatymas: kodėl Ge reikia naudoti kaip fotodetektorių?
Silicio optinėse jungtyse fotodetektoriai yra „vertėjai“, kurie optinius signalus paverčia atgal į elektrinius signalus. Tačiau paties silicio draudžiamasis tarpas yra 1,12 eV ir jis yra beveik skaidrus 1310/1550 nm ryšio juostoms, todėl į jas galima įvesti tik germanį (Ge).
Ge tiesioginė draudžiamasis tarpas yra 0,8 eV, kuris apima ryšio O/C juostą, tačiau jo gardelės neatitikimas su siliciu yra 4,2 %. Tiesioginio augimo dislokacijų tankis siekia net 4 × 10⁸ cm⁻², o tamsioji srovė visiškai nepasiekiama; tuo pačiu metu Ge turi netiesioginį draudžiamasį tarpą, o jo sugerties koeficientas natūraliai yra vienu dydžio eilės mažesnis nei InGaAs, o tai yra natūralus trūkumas.
2. Pagrindinis proveržis: bangolaidžio integracija pašalina našumo kliūtį
Tradicinių vertikaliai kritusių fotodetektorių „absorbcijos ilgis = nešlio surinkimo kelias“ turi „jautrumo pralaidumo“ svyravimus, kurių viršutinė riba yra tik 7 GHz;
Šiuo metu pagrindiniai įrenginių maršrutai skirstomi į tris kategorijas:
Vertikalus kaištis: šis procesas yra paprasčiausias ir populiariausias pramonėje, pasiekiant 40 Gb/s esant nulinei paklaidai ir >60 GHz pralaidumą;
MSM metalo puslaidininkinis metalas: nereikia aukštos temperatūros legiravimo, gali būti integruotas į galinį elementą, turi didelę tamsiąją srovę ir pralaidumą virš 40 GHz;
Aukštesnės klasės variantai:Keliaujančių bangų fotodetektoriaiMikrobangų fotonų jungtims naudojami TWPD ir vienos linijos nešlio fotodetektoriai (UTC), subalansuojant didelį pralaidumą ir didelę sodrumo foto srovę.
3. Medžiagos ir meistriškumas: „Defektų“ pavertimas privalumais
Reaguodama į gardelių neatitikimą ir našumo trūkumus, pramonė sukūrė brandžius sprendimus:
Dviejų pakopų epitaksijos metodas: pirmiausia auginamas 30–50 nm storio žemos temperatūros buferinis sluoksnis, o tada temperatūra padidinama iki tikslinio storio, sumažinant dislokacijų tankį iki ~10⁷ cm⁻²;
Deformacijos inžinerija: Ge ir Si šiluminio plėtimosi koeficientų skirtumas sukels 0,2 % dviašę tempiamąją deformaciją Ge plėvelėje, dėl ko tiesiogiai sumažės draudžiamoji zona nuo 0,8 eV iki 0,77 eV, o sugerties kraštas pailgės nuo 1,55 μm iki 1,61 μm, apimdamas visą C+L juostą, o net sugerties koeficientas L juostoje gali atitikti InGaAs;
CMOS integracija: ji vis dar yra tyrimų etape. Priekinė integracija (FEOL) turi atlaikyti aukštą temperatūrą, viršijančią 750 ℃, o galinė integracija (BEOL) yra atspari temperatūros pokyčiams, tačiau be kristalinių substratų ir dar nesuformavo vieningo brandaus sprendimo. Šiuo metu pramonėje paprastai taikomas mišrus kelias: „90 % vieno lusto + išorinislazeris„.“