Bakit kailangan nating gamitin ang Ge bilang photodetector

Bakit kailangan nating gamitin ang Ge bilang isangphotodetector
1, Pangunahing pagpoposisyon: Bakit kailangang gamitin ang Ge bilang photodetector
Sa mga silicon optical link, ang photodetector ang mga "tagapagsalin" na nagko-convert ng mga optical signal pabalik sa mga electrical signal. Gayunpaman, ang silicon mismo ay may bandgap na 1.12 eV at halos transparent sa 1310/1550 nm communication bands, kaya germanium (Ge) lamang ang maaaring ipasok.
Ang Ge ay may direktang bandgap na 0.8 eV, na sumasaklaw sa communication O/C band, ngunit may 4.2% na lattice mismatch sa silicon. Ang dislocation density para sa direktang paglago ay kasing taas ng 4 × 10⁸cm⁻², at ang dark current ay ganap na hindi magagamit; Kasabay nito, ang Ge ay may indirect bandgap, at ang absorption coefficient nito ay natural na isang order of magnitude na mas mababa kaysa sa InGaAs, na isang natural na kahinaan.
2, Pangunahing tagumpay: ang integrasyon ng waveguide ay nakakasira sa bottleneck ng pagganap
Ang "absorption length=carrier collection path" ng mga tradisyonal na vertical incidence photodetector ay may "responsivity bandwidth" na seesaw, na may upper limit na 7GHz lamang;
Sa kasalukuyan, ang mga pangunahing ruta ng aparato ay nahahati sa tatlong kategorya:
Patayo na pin: Ang prosesong ito ang pinakasimple at pinakakaraniwan sa industriya, na nakakamit ng 40Gb/s @ zero bias at >60GHz bandwidth;
MSM Metal Semiconductor Metal: Hindi na kailangan ng high-temperature doping, maaaring isama sa backend, may mataas na dark current, at bandwidth na mahigit 40GHz;
Mga high-end na variant:Mga photodetector ng naglalakbay na alonAng (TWPD) at single line carrier photodetectors (UTC) ay ginagamit para sa mga microwave photon link, na nagbabalanse ng mataas na bandwidth at mataas na saturation photocurrent.
3. Mga Materyales at Kahusayan sa Paggawa: Paggawa ng mga 'Depekto' bilang mga Benepisyo
Bilang tugon sa hindi pagkakatugma ng lattice at mga kakulangan sa pagganap, ang industriya ay bumuo ng mga mature na solusyon:
Dalawang hakbang na paraan ng epitaxy: una, isang low-temperature buffer layer na 30-50nm ang pinalalaki, at pagkatapos ay tinataasan ang temperatura upang maabot ang target na kapal, na binabawasan ang dislocation density sa ~10 ⁷ cm ⁻ ²;
Inhinyeriya ng Strain: Ang pagkakaiba sa mga koepisyent ng thermal expansion sa pagitan ng Ge at Si ay magdudulot ng 0.2% biaxial tensile strain sa Ge film, na magreresulta sa direktang pagbawas ng band gap mula 0.8 eV hanggang 0.77 eV at isang pag-extend ng absorption edge mula 1.55 μm hanggang 1.61 μm, na sumasaklaw sa buong C+L band, at maging ang absorption coefficient sa L band ay maaaring tumugma sa InGaAs;
Pagsasama ng CMOS: Nasa yugto pa rin ito ng paggalugad. Ang front end integration (FEOL) ay kailangang makatiis sa mataas na temperatura na higit sa 750 ℃, habang ang back-end integration (BEOL) ay angkop sa temperatura ngunit walang crystal substrates, at hindi pa nakakabuo ng isang pinag-isang mature na solusyon. Sa kasalukuyan, ang industriya ay karaniwang gumagamit ng pinaghalong ruta ng "90% single-chip + externallaser"."