Miksi meidän on käytettävä Ge:tä fotodetektorina?

Miksi meidän täytyy käyttää Ge:tävaloilmaisin
1. Peruspaikannus: Miksi Ge:tä on tarpeen käyttää valoilmaisimena?
Piirakenteisissa optisissa linkeissä fotodetektorit ovat "kääntimiä", jotka muuntavat optiset signaalit takaisin sähköisiksi signaaleiksi. Piin itsensä kaistanaukon leveys on kuitenkin 1,12 eV ja se on lähes läpinäkyvä 1310/1550 nm:n tiedonsiirtokaistoille, joten vain germaniumia (Ge) voidaan syöttää siihen.
Ge:lla on 0,8 eV:n suora kaistavyö, joka kattaa tietoliikenteen O/C-kaistan, mutta sen hilaepäsopivuus piin kanssa on 4,2 %. Suoran kasvun dislokaatiotiheys on jopa 4 × 10⁸cm⁻², eikä pimeävirtaa ole lainkaan saatavilla. Samaan aikaan Ge:lla on epäsuora kaistavyö, ja sen absorptiokerroin on luonnollisesti yhden kertaluokan pienempi kuin InGaAs:lla, mikä on luonnollinen heikkous.
2. Ydin läpimurto: aaltojohdeintegraatio murtaa suorituskyvyn pullonkaulan
Perinteisten vertikaalisten tulosignaalien valoilmaisimien "absorptiopituus = kantoaallon keräysreitti" -ajattelulla on "vastekaistanleveys" -heilunta, jonka yläraja on vain 7 GHz;
Tällä hetkellä valtavirran laitereitit jaetaan kolmeen luokkaan:
Pystypinni: Prosessi on alan yksinkertaisin ja valtavirtaisin, ja se saavuttaa 40 Gb/s nopeuden ilman esijännitystä ja yli 60 GHz:n kaistanleveyden;
MSM-metallipuolijohdemetalli: Ei tarvitse korkean lämpötilan seostusta, voidaan integroida taustajärjestelmään, sillä on korkea pimeä virta ja yli 40 GHz:n kaistanleveys;
Huippuluokan versiot:Kulkuaallon fotodetektoritMikroaaltofotonilinkeissä käytetään TWPD- ja yksilinjaisia ​​kantoaaltoilmaisimia (UTC), jotka tasapainottavat suurta kaistanleveyttä ja suurta kyllästysvalovirtaa.
3. Materiaalit ja ammattitaito: Vikojen muuttaminen eduiksi
Vastauksena hila-epäsuhtaan ja suorituskyvyn puutteisiin teollisuus on kehittänyt kypsiä ratkaisuja:
Kaksivaiheinen epitaksimenetelmä: ensin kasvatetaan 30–50 nm:n paksuinen matalan lämpötilan puskurikerros, ja sitten lämpötilaa nostetaan tavoitepaksuuden saavuttamiseksi, jolloin dislokaatiotiheys pienenee noin 10⁷ cm⁻²:iin;
Venymätekniikka: Ge:n ja Si:n lämpölaajenemiskertoimien ero aiheuttaa Ge-kalvoon 0,2 %:n kaksiaksiaalisen vetojännityksen, mikä johtaa suoraan energiavälin pienenemiseen 0,8 eV:sta 0,77 eV:iin ja absorptioreunan laajenemiseen 1,55 μm:stä 1,61 μm:iin, peittäen koko C+L-kaistan, ja jopa L-kaistan absorptiokerroin voi vastata InGaAs:n absorptiokerrointa;
CMOS-integraatio: Se on vielä kokeiluvaiheessa. Etuosan integraation (FEOL) on kestettävä yli 750 ℃:n korkeita lämpötiloja, kun taas taustaosan integraatio (BEOL) on lämpötilaystävällinen, mutta siinä ei ole kidealustoja, eikä se ole vielä muodostanut yhtenäistä kypsää ratkaisua. Tällä hetkellä teollisuus käyttää yleensä sekareittiä, jossa on "90 % yksisiru + ulkoinenlaser".