Hvorfor må vi bruke Ge som fotodetektor?

Hvorfor må vi bruke Ge som enfotodetektor
1. Grunnleggende posisjonering: Hvorfor er det nødvendig å bruke Ge som fotodetektor?
I optiske silisiumkoblinger er fotodetektorer «oversetterne» som konverterer optiske signaler tilbake til elektriske signaler. Silisium har imidlertid et båndgap på 1,12 eV og er nesten transparent for kommunikasjonsbåndene 1310/1550 nm, så bare germanium (Ge) kan introduseres.
Ge har et direkte båndgap på 0,8 eV, som dekker kommunikasjons-O/C-båndet, men har en gitterfeilmatch på 4,2 % med silisium. Dislokasjonstettheten for direkte vekst er så høy som 4 × 10 ⁸ cm ⁻², og mørk strøm er fullstendig utilgjengelig. Samtidig har Ge et indirekte båndgap, og absorpsjonskoeffisienten er naturlig nok en størrelsesorden lavere enn InGaAs, noe som er en naturlig svakhet.
2. Gjennombrudd i kjernen: Integrering av bølgeleder bryter ytelsesflaskehalsen
«Absorpsjonslengde = bærebølgeinnsamlingsbane» til tradisjonelle vertikale innfallsfotodetektorer har en «responsbåndbredde»-vippe, med en øvre grense på bare 7 GHz;
For tiden er de vanlige enhetsrutene delt inn i tre kategorier:
Vertikal pin: Prosessen er den enkleste og vanligste i bransjen, og oppnår 40 Gb/s ved null bias og >60 GHz båndbredde;
MSM Metal Halvledermetall: Ingen behov for høytemperaturdoping, kan integreres i backend, har høy mørkstrøm og en båndbredde på over 40 GHz;
Høykvalitetsvarianter:Fotodetektorer for vandrende bølger(TWPD) og enkeltlinjede bærerfotodetektorer (UTC) brukes til mikrobølgefotonlenker, og balanserer høy båndbredde og høy metningsfotostrøm.
3. Materialer og håndverk: Å gjøre «feil» om til fordeler
Som svar på gitterfeil og ytelsesmangler har industrien utviklet modne løsninger:
To-trinns epitaksimetode: først dyrkes et lavtemperaturbufferlag på 30–50 nm, og deretter økes temperaturen for å nå måltykkelsen, noe som reduserer dislokasjonstettheten til ~10 cm²;
Tøyningsteknikk: Forskjellen i termiske ekspansjonskoeffisienter mellom Ge og Si vil forårsake en biaxial strekktøyning på 0,2 % i Ge-filmen, noe som resulterer i en direkte reduksjon av båndgapet fra 0,8 eV til 0,77 eV og en forlengelse av absorpsjonskanten fra 1,55 μm til 1,61 μm, som dekker hele C+L-båndet, og til og med absorpsjonskoeffisienten i L-båndet kan matche den for InGaAs;
CMOS-integrasjon: Det er fortsatt i utforskningsfasen. Frontend-integrasjon (FEOL) må tåle høye temperaturer over 750 ℃, mens backend-integrasjon (BEOL) er temperaturvennlig, men uten krystallsubstrater, og har ennå ikke dannet en enhetlig moden løsning. For tiden bruker industrien generelt en blandet rute med "90 % enkeltbrikke + eksternlaser«.»