Dlaczego musimy używać Ge jako fotodetektora

Dlaczego musimy używać Ge jakofotodetektor
1. Podstawowe pozycjonowanie: Dlaczego konieczne jest użycie Ge jako fotodetektora
W krzemowych łączach optycznych fotodetektory pełnią funkcję „translatorów”, które konwertują sygnały optyczne z powrotem na sygnały elektryczne. Jednak sam krzem ma przerwę energetyczną równą 1,12 eV i jest niemal transparentny dla pasm komunikacyjnych 1310/1550 nm, dlatego można wprowadzić tylko german (Ge).
Ge ma bezpośrednią przerwę energetyczną równą 0,8 eV, co pokrywa pasmo komunikacyjne O/C, ale charakteryzuje się 4,2% niedopasowaniem sieci z krzemem. Gęstość dyslokacji dla wzrostu bezpośredniego sięga nawet 4 × 10 ⁸ cm ⁻ ², a prąd ciemny jest całkowicie niedostępny. Jednocześnie Ge ma pośrednią przerwę energetyczną, a jego współczynnik absorpcji jest naturalnie o rząd wielkości niższy niż InGaAs, co stanowi naturalną słabość.
2、 Przełom w rdzeniu: integracja falowodów przełamuje wąskie gardło wydajności
„Długość absorpcji = droga zbierania nośnej” tradycyjnych fotodetektorów padania pionowego ma „szerokość pasma reakcji” huśtawkową, której górna granica wynosi zaledwie 7 GHz;
Obecnie najpopularniejsze trasy urządzeń dzielą się na trzy kategorie:
Pin pionowy: Proces jest najprostszy i najbardziej powszechny w branży, osiąga 40 Gb/s przy zerowym odchyleniu i przepustowości >60 GHz;
Metal MSM Metal półprzewodnikowy: Nie wymaga domieszkowania w wysokiej temperaturze, może być zintegrowany w zapleczu, ma wysoki prąd ciemny i szerokość pasma ponad 40 GHz;
Warianty wyższej klasy:Fotodetektory fali bieżącej(TWPD) i fotodetektory pojedynczej linii nośnej (UTC) są używane w łączach fotonowych mikrofalowych, równoważąc dużą szerokość pasma i wysoki prąd fotoelektryczny.
3. Materiały i wykonanie: przekształcanie „wad” w zalety
W odpowiedzi na niedopasowanie sieci i niedostatki wydajności branża opracowała dojrzałe rozwiązania:
Dwuetapowa metoda epitaksji: najpierw wytwarzana jest warstwa buforowa o niskiej temperaturze i grubości 30–50 nm, a następnie temperatura jest zwiększana do osiągnięcia docelowej grubości, co zmniejsza gęstość dyslokacji do ~10 ⁷ cm ⁻ ²;
Inżynieria naprężeń: Różnica współczynników rozszerzalności cieplnej między Ge i Si spowoduje dwukierunkowe odkształcenie rozciągające wynoszące 0,2% w warstwie Ge, co skutkuje bezpośrednią redukcją przerwy energetycznej z 0,8 eV do 0,77 eV i wydłużeniem krawędzi absorpcji z 1,55 μm do 1,61 μm, pokrywając całe pasmo C+L, a nawet współczynnik absorpcji w paśmie L może dorównywać współczynnikowi InGaAs;
Integracja CMOS: Jest wciąż w fazie badawczej. Integracja front-end (FEOL) musi wytrzymywać wysokie temperatury powyżej 750°C, podczas gdy integracja back-end (BEOL) jest przyjazna dla temperatury, ale bez podłoży kryształowych i nie wypracowała jeszcze zunifikowanego, dojrzałego rozwiązania. Obecnie branża zazwyczaj stosuje podejście mieszane: „90% pojedynczy układ + zewnętrzny”.laser„.