Por que temos que usar Ge como fotodetector?

Por que temos que usar Ge comofotodetector
1. Posicionamento básico: por que é necesario usar Ge como fotodetector?
Nas conexións ópticas de silicio, os fotodetectores son os "tradutores" que converten os sinais ópticos en sinais eléctricos. Non obstante, o propio silicio ten unha banda prohibida de 1,12 eV e é case transparente ás bandas de comunicación de 1310/1550 nm, polo que só se pode introducir xermanio (Ge).
O Ge ten unha banda prohibida directa de 0,8 eV, que cobre a banda O/C da comunicación, pero ten un desaxuste de rede do 4,2 % co silicio. A densidade de dislocacións para o crecemento directo é de ata 4 × 10⁸ cm⁻², e a corrente escura non está dispoñible en absoluto; ao mesmo tempo, o Ge ten unha banda prohibida indirecta, e o seu coeficiente de absorción é naturalmente unha orde de magnitude inferior ao do InGaAs, o que supón unha debilidade natural.
2. Avance fundamental: a integración da guía de ondas rompe o pescozo de botella no rendemento
A "lonxitude de absorción = ruta de recollida da portadora" dos fotodetectores de incidencia vertical tradicionais ten un balancín de "ancho de banda de resposta", cun límite superior de só 7 GHz;
Na actualidade, as rutas dos dispositivos convencionais divídense en tres categorías:
Pin vertical: o proceso é o máis sinxelo e común da industria, acadando 40 Gb/s a polarización cero e un ancho de banda superior a 60 GHz;
Metal semicondutor MSM: Non precisa dopaxe a alta temperatura, pódese integrar no backend, ten unha corrente de escuridade elevada e un ancho de banda de máis de 40 GHz;
Variantes de gama alta:Fotodetectores de ondas viaxeirasOs fotodetectores de portadora de liña única (TWPD) e de liña única (UTC) utilízanse para enlaces de fotóns de microondas, equilibrando un alto ancho de banda e unha fotocorrente de alta saturación.
3. Materiais e artesanía: converter os "defectos" en vantaxes
En resposta á discrepancia da rede e ás deficiencias de rendemento, a industria desenvolveu solucións maduras:
Método de epitaxia en dous pasos: primeiro, crécese unha capa tampón a baixa temperatura de 30-50 nm e, a continuación, auméntase a temperatura para alcanzar o grosor obxectivo, reducindo a densidade de dislocacións a ~10 ⁷ cm ⁻ ²;
Enxeñaría de deformación: a diferenza nos coeficientes de expansión térmica entre o Ge e o Si provocará unha deformación de tracción biaxial do 0,2 % na película de Ge, o que resultará nunha redución directa da banda prohibida de 0,8 eV a 0,77 eV e unha extensión do bordo de absorción de 1,55 μm a 1,61 μm, cubrindo toda a banda C+L, e mesmo o coeficiente de absorción na banda L pode coincidir co do InGaAs;
Integración CMOS: aínda está en fase exploratoria. A integración frontal (FEOL) debe soportar temperaturas superiores a 750 ℃, mentres que a integración traseira (BEOL) é respectuosa coa temperatura pero sen substratos cristalinos e aínda non formou unha solución madura unificada. Actualmente, a industria xeralmente adopta unha ruta mixta de "90 % de chip único + externo".láser".