Чому ми повинні використовувати Ge як фотодетектор

Чому ми повинні використовувати Ge якфотодетектор
1. Основне позиціонування: Чому необхідно використовувати Ge як фотодетектор
У кремнієвих оптичних зв'язках фотодетектори є «перекладачами», які перетворюють оптичні сигнали назад в електричні. Однак сам кремній має заборонену зону 1,12 еВ і майже прозорий для смуг зв'язку 1310/1550 нм, тому можна вводити лише германій (Ge).
Ge має пряму заборонену зону 0,8 еВ, яка покриває комунікаційну O/C-смугу, але має невідповідність кристалічної решітки 4,2% з кремнієм. Щільність дислокацій для прямого росту сягає 4 × 10⁸ см⁻², і темновий струм повністю відсутній; Водночас Ge має непряму заборонену зону, а його коефіцієнт поглинання, природно, на порядок нижчий, ніж у InGaAs, що є його природним недоліком.
2. Прорив у базі: інтеграція хвилеводів усуває вузьке місце в продуктивності
«Довжина поглинання = шлях збору носіїв» традиційних фотодетекторів вертикального падіння має «смугу пропускання чутливості» з верхньою межею лише 7 ГГц;
Наразі основні маршрути пристроїв поділяються на три категорії:
Вертикальний контакт: Цей процес є найпростішим і найпоширенішим у галузі, досягаючи швидкості 40 Гбіт/с при нульовому зміщенні та пропускної здатності >60 ГГц;
Металевий напівпровідниковий метал MSM: немає потреби у високотемпературному легуванні, може бути інтегрований у внутрішній компонент, має високий темновий струм та пропускну здатність понад 40 ГГц;
Варіанти високого класу:Фотодетектори біжучої хвилі(TWPD) та однолінійні фотодетектори-носії (UTC) використовуються для мікрохвильових фотонних зв'язків, балансуючи високу пропускну здатність та високий фотострум насичення.
3. Матеріали та майстерність: перетворення «дефектів» на переваги
У відповідь на невідповідність решіток та недоліки в продуктивності, галузь розробила зрілі рішення:
Двоетапний метод епітаксії: спочатку вирощується низькотемпературний буферний шар товщиною 30-50 нм, а потім температура підвищується до досягнення цільової товщини, зменшуючи щільність дислокацій до ~10⁷ см⁻²;
Інженерія деформації: Різниця в коефіцієнтах теплового розширення між Ge та Si спричинить двоосьову деформацію розтягу на 0,2% у плівці Ge, що призведе до прямого зменшення ширини забороненої зони з 0,8 еВ до 0,77 еВ та розширення краю поглинання з 1,55 мкм до 1,61 мкм, охоплюючи всю смугу C+L, і навіть коефіцієнт поглинання в смузі L може збігатися з коефіцієнтом поглинання InGaAs;
Інтеграція CMOS: вона все ще перебуває на стадії дослідження. Інтеграція на передній частині (FEOL) повинна витримувати високі температури понад 750 ℃, тоді як інтеграція на задній частині (BEOL) є температуробезпечною, але не потребує кристалічних підкладок і ще не сформувала єдиного зрілого рішення. Наразі галузь загалом використовує змішаний шлях «90% однокристальний + зовнішнійлазер«.