Prečo musíme použiť Ge ako fotodetektor

Prečo musíme používať Ge akofotodetektor
1. Základné umiestnenie: Prečo je potrebné použiť Ge ako fotodetektor
V kremíkových optických spojoch sú fotodetektory „prekladačmi“, ktoré premieňajú optické signály späť na elektrické signály. Samotný kremík má však šírku zakázaného pásma 1,12 eV a je takmer priehľadný pre komunikačné pásma 1310/1550 nm, takže je možné zaviesť iba germánium (Ge).
Ge má priamu šírku zakázaného pásma 0,8 eV, ktorá pokrýva komunikačné pásmo O/C, ale má 4,2 % mriežkový nesúlad s kremíkom. Hustota dislokácií pre priamy rast je až 4 × 10⁸ cm⁻² a tmavý prúd je úplne nedostupný; zároveň má Ge nepriamu šírku zakázaného pásma a jeho absorpčný koeficient je prirodzene o rád nižší ako InGaAs, čo je prirodzená slabosť.
2. Prielom v jadre: integrácia vlnovodu prekonáva úzke hrdlo výkonu
„Absorpčná dĺžka = dráha zberu nosiča“ tradičných vertikálne dopadových fotodetektorov má kolísavú „šírku pásma odozvy“ s hornou hranicou iba 7 GHz;
V súčasnosti sú trasy hlavných zariadení rozdelené do troch kategórií:
Vertikálny pin: Tento proces je najjednoduchší a najbežnejší v tomto odvetví, dosahuje 40 Gb/s pri nulovom skreslení a šírku pásma > 60 GHz;
MSM kovový polovodičový kov: Nie je potrebný vysokoteplotný doping, môže byť integrovaný do backendu, má vysoký tmavý prúd a šírku pásma viac ako 40 GHz;
Špičkové varianty:Fotodetektory s postupujúcou vlnou(TWPD) a jednovodičové nosičové fotodetektory (UTC) sa používajú pre mikrovlnné fotónové spoje, pričom vyvažujú vysokú šírku pásma a vysoký saturačný fotoprúd.
3. Materiály a remeselné spracovanie: Premena „chyb“ na výhody
V reakcii na nesúlad mriežky a nedostatky vo výkone vyvinulo odvetvie vyspelé riešenia:
Dvojkroková epitaxná metóda: najprv sa vytvorí nízkoteplotná tlmiaca vrstva s hrúbkou 30 – 50 nm a potom sa teplota zvýši, aby sa dosiahla cieľová hrúbka, čím sa hustota dislokácií zníži na ~10⁷ cm⁻²;
Deformačné inžinierstvo: Rozdiel v koeficientoch tepelnej rozťažnosti medzi Ge a Si spôsobí 0,2 % biaxiálne ťahové napätie v Ge filme, čo vedie k priamemu zníženiu pásmovej medzery z 0,8 eV na 0,77 eV a predĺženiu absorpčnej hrany z 1,55 μm na 1,61 μm, pokrývajúc celé pásmo C+L, a dokonca aj absorpčný koeficient v pásme L sa môže zhodovať s koeficientom InGaAs;
Integrácia CMOS: Stále je vo fáze prieskumu. Integrácia na strane predného konca (FEOL) musí odolávať vysokým teplotám nad 750 ℃, zatiaľ čo integrácia na strane zadného konca (BEOL) je teplotne priaznivá, ale bez kryštálových substrátov a zatiaľ nevytvorila jednotné zrelé riešenie. V súčasnosti priemysel vo všeobecnosti prijíma zmiešanú cestu „90 % jeden čip + externýlaser„.