Per què hem d'utilitzar Ge com a fotodetector?

Per què hem d'utilitzar Ge com afotodetector
1. Posicionament bàsic: Per què cal utilitzar Ge com a fotodetector?
En els enllaços òptics de silici, els fotodetectors són els "traductors" que converteixen els senyals òptics en senyals elèctrics. Tanmateix, el silici en si té un interval de banda d'1,12 eV i és gairebé transparent a les bandes de comunicació de 1310/1550 nm, de manera que només es pot introduir germani (Ge).
El Ge té una banda prohibida directa de 0,8 eV, que cobreix la banda O/C de la comunicació, però té un desajust de xarxa del 4,2% amb el silici. La densitat de dislocacions per al creixement directe és tan alta com 4 × 10⁸ cm⁻², i el corrent fosc no està disponible en absolut; al mateix temps, el Ge té una banda prohibida indirecta, i el seu coeficient d'absorció és naturalment un ordre de magnitud inferior al de l'InGaAs, la qual cosa és una debilitat natural.
2. Avenç central: la integració de la guia d'ones trenca el coll d'ampolla del rendiment
La "longitud d'absorció = camí de recollida de la portadora" dels fotodetectors d'incidència vertical tradicionals té un balancí "d'ample de banda de resposta", amb un límit superior de només 7 GHz;
Actualment, les rutes de dispositius principals es divideixen en tres categories:
Pin vertical: el procés és el més senzill i convencional de la indústria, aconseguint 40 Gb/s a polarització zero i un ample de banda superior a 60 GHz;
MSM Metall Semiconductor Metal: No cal dopatge a alta temperatura, es pot integrar al backend, té un corrent de foscor elevat i un ample de banda de més de 40 GHz;
Variants de gamma alta:Fotodetectors d'ones viatgeresEls fotodetectors de portadora de línia única (TWPD) i UTC s'utilitzen per a enllaços de fotons de microones, equilibrant un ample de banda elevat i un fotocorrent d'alta saturació.
3. Materials i artesania: convertir els "defectes" en avantatges
En resposta a les incompatibilitats de la xarxa i a les deficiències de rendiment, la indústria ha desenvolupat solucions madures:
Mètode d'epitàxia de dos passos: primer, es fa créixer una capa tampó a baixa temperatura de 30-50 nm i, a continuació, s'augmenta la temperatura per assolir el gruix objectiu, reduint la densitat de dislocacions a ~10 ⁷ cm ⁻ ²;
Enginyeria de deformació: la diferència en els coeficients d'expansió tèrmica entre Ge i Si provocarà una deformació de tracció biaxial del 0,2% a la pel·lícula de Ge, cosa que resultarà en una reducció directa de la banda prohibida de 0,8 eV a 0,77 eV i una extensió de la vora d'absorció d'1,55 μm a 1,61 μm, cobrint tota la banda C+L, i fins i tot el coeficient d'absorció a la banda L pot coincidir amb el de l'InGaAs;
Integració CMOS: Encara es troba en fase exploratòria. La integració frontal (FEOL) ha de suportar temperatures superiors a 750 ℃, mentre que la integració posterior (BEOL) és respectuosa amb la temperatura però sense substrats cristallins, i encara no ha format una solució madura unificada. Actualment, la indústria generalment adopta una ruta mixta de "90% xip únic + extern".làser“.