Γιατί πρέπει να χρησιμοποιούμε Ge ως φωτοανιχνευτή;

Γιατί πρέπει να χρησιμοποιούμε το Ge ωςφωτοανιχνευτής
1, Βασική τοποθέτηση: Γιατί είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσουμε το Ge ως φωτοανιχνευτή;
Στις οπτικές ζεύξεις πυριτίου, οι φωτοανιχνευτές είναι οι «μεταφραστές» που μετατρέπουν τα οπτικά σήματα πίσω σε ηλεκτρικά σήματα. Ωστόσο, το ίδιο το πυρίτιο έχει ενεργειακό χάσμα 1,12 eV και είναι σχεδόν διαφανές στις ζώνες επικοινωνίας 1310/1550 nm, επομένως μόνο το γερμάνιο (Ge) μπορεί να εισαχθεί.
Το Ge έχει άμεσο ενεργειακό χάσμα 0,8 eV, το οποίο καλύπτει τη ζώνη επικοινωνίας O/C, αλλά έχει αναντιστοιχία πλέγματος 4,2% με το πυρίτιο. Η πυκνότητα εξάρθρωσης για άμεση ανάπτυξη είναι τόσο υψηλή όσο 4 × 10 ⁸ cm ⁻ ², και το σκοτεινό ρεύμα είναι εντελώς μη διαθέσιμο. Ταυτόχρονα, το Ge έχει έμμεσο ενεργειακό χάσμα, και ο συντελεστής απορρόφησής του είναι φυσικά μία τάξη μεγέθους χαμηλότερος από το InGaAs, το οποίο αποτελεί φυσική αδυναμία.
2, σημαντική ανακάλυψη: η ενσωμάτωση κυματοδηγού σπάει το εμπόδιο απόδοσης
Το «μήκος απορρόφησης = διαδρομή συλλογής φορέα» των παραδοσιακών φωτοανιχνευτών κάθετης πρόσπτωσης έχει μια τραμπάλα «εύρους ζώνης απόκρισης», με ανώτατο όριο μόνο 7 GHz.
Προς το παρόν, οι κύριες διαδρομές συσκευών χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες:
Κάθετη ακίδα: Η διαδικασία είναι η απλούστερη και πιο διαδεδομένη στον κλάδο, επιτυγχάνοντας ταχύτητα 40Gb/s @ μηδενική πόλωση και εύρος ζώνης >60GHz.
MSM Metal Semiconductor Metal: Δεν χρειάζεται πρόσμιξη σε υψηλές θερμοκρασίες, μπορεί να ενσωματωθεί στο backend, έχει υψηλό σκοτεινό ρεύμα και εύρος ζώνης άνω των 40GHz.
Εκδόσεις υψηλής ποιότητας:Φωτοανιχνευτές ταξιδευόντων κυμάτωνΟι φωτοανιχνευτές (TWPD) και οι μονογραμμικοί φωτοανιχνευτές φορέα (UTC) χρησιμοποιούνται για ζεύξεις φωτονίων μικροκυμάτων, εξισορροπώντας το υψηλό εύρος ζώνης και το φωτορεύμα υψηλού κορεσμού.
3. Υλικά και Χειροτεχνία: Μετατρέποντας τα «ελαττώματα» σε πλεονεκτήματα
Σε απάντηση στην αναντιστοιχία πλέγματος και στις ελλείψεις απόδοσης, η βιομηχανία έχει αναπτύξει ώριμες λύσεις:
Μέθοδος επιταξίας δύο σταδίων: πρώτα, αναπτύσσεται ένα στρώμα buffer χαμηλής θερμοκρασίας πάχους 30-50nm και στη συνέχεια η θερμοκρασία αυξάνεται για να επιτευχθεί το πάχος-στόχος, μειώνοντας την πυκνότητα εξάρθρωσης σε ~10 ⁷ cm ⁻ ².
Μηχανική παραμόρφωσης: Η διαφορά στους συντελεστές θερμικής διαστολής μεταξύ Ge και Si θα προκαλέσει διαξονική εφελκυστική παραμόρφωση 0,2% στην μεμβράνη Ge, με αποτέλεσμα άμεση μείωση του ενεργειακού χάσματος από 0,8 eV σε 0,77 eV και επέκταση της ακμής απορρόφησης από 1,55 μm σε 1,61 μm, καλύπτοντας ολόκληρη τη ζώνη C+L, και ακόμη και ο συντελεστής απορρόφησης στη ζώνη L μπορεί να ταιριάξει με αυτόν του InGaAs.
Ενσωμάτωση CMOS: Βρίσκεται ακόμη σε διερευνητικό στάδιο. Η ενσωμάτωση front-end (FEOL) πρέπει να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες άνω των 750 ℃, ενώ η ενσωμάτωση back-end (BEOL) είναι φιλική προς τη θερμοκρασία αλλά χωρίς κρυσταλλικά υποστρώματα και δεν έχει ακόμη διαμορφώσει μια ενοποιημένη ώριμη λύση. Προς το παρόν, η βιομηχανία υιοθετεί γενικά μια μικτή οδό «90% single-chip+external»λέιζερ«.»