Hvorfor skal vi bruge Ge som fotodetektor?

Hvorfor skal vi bruge Ge som enfotodetektor
1. Grundlæggende positionering: Hvorfor er det nødvendigt at bruge Ge som fotodetektor?
I optiske siliciumforbindelser er fotodetektorer "oversætterne", der konverterer optiske signaler tilbage til elektriske signaler. Silicium har dog i sig selv et båndgab på 1,12 eV og er næsten transparent for kommunikationsbåndene 1310/1550 nm, så kun germanium (Ge) kan introduceres.
Ge har et direkte båndgab på 0,8 eV, som dækker kommunikations-O/C-båndet, men har en gittermismatch på 4,2% med silicium. Dislokationstætheden for direkte vækst er så høj som 4 × 10 ⁸ cm ⁻², og mørkestrøm er fuldstændig utilgængelig. Samtidig har Ge et indirekte båndgab, og dens absorptionskoefficient er naturligvis en størrelsesorden lavere end InGaAs, hvilket er en naturlig svaghed.
2. Gennembrud inden for kerne: Bølgelederintegration bryder flaskehalsen i ydeevnen
"Absorptionslængde = bærebølgeopsamlingsvej" for traditionelle vertikale indfaldsfotodetektorer har en "responsivitetsbåndbredde"-vippe med en øvre grænse på kun 7 GHz;
I øjeblikket er de almindelige enhedsruter opdelt i tre kategorier:
Vertikal pin: Processen er den enkleste og mest almindelige i branchen og opnår 40 Gb/s @ nul bias og >60 GHz båndbredde;
MSM Metal Halvledermetal: Ingen behov for højtemperaturdoping, kan integreres i backend, har høj mørkestrøm og en båndbredde på over 40 GHz;
High-end varianter:Fotodetektorer med vandrende bølger(TWPD) og enkeltlinjede bærerfotodetektorer (UTC) bruges til mikrobølgefotonlinks, der balancerer høj båndbredde og høj mætningsfotostrøm.
3. Materialer og håndværk: Forvandling af 'fejl' til fordele
Som reaktion på gittermismatch og ydeevnemangler har industrien udviklet modne løsninger:
To-trins epitaksimetode: først dyrkes et lavtemperaturbufferlag på 30-50 nm, og derefter øges temperaturen for at nå den ønskede tykkelse, hvilket reducerer dislokationstætheden til ~10 cm²;
Deformationsteknik: Forskellen i termiske udvidelseskoefficienter mellem Ge og Si vil forårsage en biaxial trækspænding på 0,2% i Ge-filmen, hvilket resulterer i en direkte reduktion af båndgabet fra 0,8 eV til 0,77 eV og en forlængelse af absorptionskanten fra 1,55 μm til 1,61 μm, der dækker hele C+L-båndet, og selv absorptionskoefficienten i L-båndet kan matche InGaAs';
CMOS-integration: Det er stadig i den udforskende fase. Frontend-integration (FEOL) skal kunne modstå høje temperaturer over 750 ℃, mens backend-integration (BEOL) er temperaturvenlig, men uden krystalsubstrater, og har endnu ikke dannet en samlet, moden løsning. I øjeblikket anvender industrien generelt en blandet rute med "90% single-chip + eksternlaser".