Защо трябва да използваме Ge като фотодетектор

Защо трябва да използваме Ge катофотодетектор
1. Основно позициониране: Защо е необходимо да се използва Ge като фотодетектор
В силициевите оптични връзки фотодетекторите са „преводачите“, които преобразуват оптичните сигнали обратно в електрически сигнали. Самият силиций обаче има забранена зона от 1,12 eV и е почти прозрачен за комуникационните ленти 1310/1550 nm, така че може да се въведе само германий (Ge).
Ge има директна забранена зона от 0.8 eV, която покрива комуникационната O/C лента, но има 4.2% несъответствие на решетката със силиция. Плътността на дислокациите за директен растеж е висока до 4 × 10⁸ cm⁻², а тъмният ток е напълно недостъпен; В същото време Ge има индиректна забранена зона и коефициентът му на поглъщане е естествено с един порядък по-нисък от InGaAs, което е естествена слабост.
2. Пробив в основата: интеграцията на вълноводите премахва пречката в производителността
„Дължината на абсорбция = пътят на събиране на носещата честота“ на традиционните вертикално падащи фотодетектори има люлееща се „честотна лента на чувствителност“ с горна граница от само 7 GHz;
В момента маршрутите на основните устройства са разделени на три категории:
Вертикален пин: Процесът е най-простият и масов в индустрията, постигайки 40Gb/s при нулево отклонение и >60GHz честотна лента;
MSM метал полупроводников метал: Няма нужда от високотемпературно легиране, може да бъде интегриран в backend-а, ​​има висок тъмен ток и честотна лента над 40GHz;
Варианти от висок клас:Фотодетектори с пътуваща вълна(TWPD) и фотодетектори с единичен носещ лъч (UTC) се използват за микровълнови фотонни връзки, балансирайки високата честотна лента и фототока с високо насищане.
3. Материали и изработка: Превръщане на „дефектите“ в предимства
В отговор на несъответствието в решетките и недостатъците в производителността, индустрията е разработила зрели решения:
Двуетапен метод на епитаксия: първо се отглежда нискотемпературен буферен слой с дебелина 30-50 nm, след което температурата се повишава, за да се достигне целевата дебелина, намалявайки плътността на дислокациите до ~10⁷ cm⁻²;
Инженерство на деформацията: Разликата в коефициентите на термично разширение между Ge и Si ще доведе до двуосно опънно напрежение от 0,2% в Ge филма, което ще доведе до директно намаляване на забранената зона от 0,8 eV до 0,77 eV и удължаване на ръба на абсорбция от 1,55 μm до 1,61 μm, покривайки цялата C+L лента, и дори коефициентът на абсорбция в L лентата може да съвпадне с този на InGaAs;
CMOS интеграция: Все още е в етап на проучване. Интеграцията на предния край (FEOL) трябва да издържа на високи температури над 750 ℃, докато интеграцията на задния край (BEOL) е температурно съвместима, но без кристални подложки и все още не е формирала унифицирано зряло решение. В момента индустрията като цяло възприема смесен подход „90% единичен чип + външен“лазер„.