Pse duhet të përdorim Ge si fotodetektor?

Pse duhet ta përdorim Ge si njëfotodetektor
1. Pozicionimi bazë: Pse është e nevojshme të përdoret Ge si fotodetektor?
Në lidhjet optike të silikonit, fotodetektorët janë "përkthyesit" që i shndërrojnë sinjalet optike përsëri në sinjale elektrike. Megjithatë, vetë silikoni ka një boshllëk brezash prej 1.12 eV dhe është pothuajse transparent ndaj brezave të komunikimit 1310/1550 nm, kështu që vetëm germaniumi (Ge) mund të futet.
Ge ka një boshllëk të drejtpërdrejtë brezash prej 0.8 eV, i cili mbulon brezin e komunikimit O/C, por ka një mospërputhje prej 4.2% të rrjetës me silikonin. Dendësia e zhvendosjeve për rritje të drejtpërdrejtë është aq e lartë sa 4 × 10 ⁸ cm ⁻ ², dhe rryma e errët është plotësisht e padisponueshme; Në të njëjtën kohë, Ge ka një boshllëk të tërthortë brezash, dhe koeficienti i tij i absorbimit është natyrshëm një rend madhësie më i ulët se InGaAs, që është një dobësi natyrore.
2, Përparim thelbësor: integrimi i valëudhëzuesit zgjidh vështirësitë e performancës
"Gjatësia e absorbimit = rruga e mbledhjes së bartësit" e fotodetektorëve tradicionalë të incidencës vertikale ka një "gjerësi të brezit të reagimit", me një limit të sipërm prej vetëm 7 GHz;
Aktualisht, rrugët kryesore të pajisjeve ndahen në tre kategori:
Kunja vertikale: Procesi është më i thjeshtë dhe më i përhapuri në industri, duke arritur 40Gb/s @ zero polarizim dhe bandwidth >60GHz;
MSM Metal Semiconductor Metal: Nuk ka nevojë për doping në temperaturë të lartë, mund të integrohet në backend, ka rrymë të lartë në errësirë ​​dhe një gjerësi bande mbi 40 GHz;
Variante të nivelit të lartë:Fotodetektorë me valë udhëtuese(TWPD) dhe fotodetektorët bartës me një linjë të vetme (UTC) përdoren për lidhjet e fotoneve me mikrovalë, duke balancuar fotorrymën me gjerësi të lartë të brezit dhe ngopjes së lartë.
3. Materialet dhe Mjeshtëria: Shndërrimi i 'defekteve' në avantazhe
Në përgjigje të mospërputhjes së rrjetës dhe mangësive të performancës, industria ka zhvilluar zgjidhje të pjekura:
Metoda e epitaksi me dy hapa: së pari, rritet një shtresë tampon me temperaturë të ulët prej 30-50 nm, dhe më pas temperatura rritet për të arritur trashësinë e synuar, duke zvogëluar dendësinë e zhvendosjeve në ~10 ⁷ cm ⁻ ²;
Inxhinieria e deformimit: Diferenca në koeficientët e zgjerimit termik midis Ge dhe Si do të shkaktojë një deformim tërheqës biaksial prej 0.2% në filmin Ge, duke rezultuar në një reduktim të drejtpërdrejtë të boshllëkut të brezit nga 0.8 eV në 0.77 eV dhe një zgjatje të skajit të absorbimit nga 1.55 μ m në 1.61 μ m, duke mbuluar të gjithë brezin C+L, dhe madje edhe koeficienti i absorbimit në brezin L mund të përputhet me atë të InGaAs;
Integrimi CMOS: Është ende në fazën eksploruese. Integrimi front-end (FEOL) duhet t'i rezistojë temperaturave të larta mbi 750 ℃, ndërsa integrimi back-end (BEOL) është miqësor ndaj temperaturës, por pa substrate kristalore, dhe ende nuk ka formuar një zgjidhje të unifikuar dhe të pjekur. Aktualisht, industria përgjithësisht miraton një rrugë të përzier "90% çip i vetëm + i jashtëm".lazer“.