Mengapakah kita perlu menggunakan Ge sebagai fotodetektor?

Mengapakah kita perlu menggunakan Ge sebagaipengesan foto
1, Kedudukan asas: Mengapa perlu menggunakan Ge sebagai pengesan foto
Dalam pautan optik silikon, fotodetektor ialah "penterjemah" yang menukar isyarat optik kembali kepada isyarat elektrik. Walau bagaimanapun, silikon itu sendiri mempunyai jurang jalur 1.12 eV dan hampir lutsinar kepada jalur komunikasi 1310/1550 nm, jadi hanya germanium (Ge) yang boleh diperkenalkan.
Ge mempunyai jurang jalur langsung sebanyak 0.8 eV, yang meliputi jalur komunikasi O/C, tetapi mempunyai ketidakpadanan kekisi 4.2% dengan silikon. Ketumpatan kehelan untuk pertumbuhan langsung adalah setinggi 4 × 10⁸cm⁻², dan arus gelap tidak tersedia sepenuhnya; Pada masa yang sama, Ge mempunyai jurang jalur tidak langsung, dan pekali penyerapannya secara semula jadi satu peringkat magnitud lebih rendah daripada InGaAs, yang merupakan kelemahan semula jadi.
2, Kejayaan teras: integrasi pandu gelombang memecahkan kesesakan prestasi
"Panjang penyerapan=laluan pengumpulan pembawa" bagi fotopengesan kejadian menegak tradisional mempunyai jongkang-jongket "lebar jalur responsif", dengan had atas hanya 7GHz;
Pada masa ini, laluan peranti arus perdana dibahagikan kepada tiga kategori:
Pin menegak: Proses ini adalah yang paling mudah dan arus perdana dalam industri, mencapai 40Gb/s @ bias sifar dan lebar jalur>60GHz;
Logam Semikonduktor MSM: Tidak memerlukan doping suhu tinggi, boleh disepadukan di bahagian belakang, mempunyai arus gelap yang tinggi dan lebar jalur melebihi 40GHz;
Varian mewah:Pengesan foto gelombang bergerak(TWPD) dan fotopengesan pembawa talian tunggal (UTC) digunakan untuk pautan foton gelombang mikro, mengimbangi lebar jalur tinggi dan fotoarus tepu tinggi.
3. Bahan dan Ketukangan: Mengubah 'Kecacatan' menjadi Kelebihan
Sebagai tindak balas kepada ketidakpadanan kekisi dan kekurangan prestasi, industri telah membangunkan penyelesaian matang:
Kaedah epitaksi dua langkah: pertama, lapisan penimbal suhu rendah 30-50nm ditumbuhkan, dan kemudian suhu ditingkatkan untuk mencapai ketebalan sasaran, mengurangkan ketumpatan kehelan kepada ~10 ⁷ cm ⁻ ²;
Kejuruteraan terikan: Perbezaan dalam pekali pengembangan haba antara Ge dan Si akan menyebabkan terikan tegangan dwipaksi sebanyak 0.2% dalam filem Ge, menghasilkan pengurangan jurang jalur langsung daripada 0.8 eV kepada 0.77 eV dan pemanjangan pinggir penyerapan daripada 1.55 μm kepada 1.61 μm, meliputi keseluruhan jalur C+L, malah pekali penyerapan dalam jalur L boleh menandingi InGaAs;
Integrasi CMOS: Ia masih dalam peringkat penerokaan. Integrasi bahagian hadapan (FEOL) perlu menahan suhu tinggi melebihi 750 ℃, manakala integrasi bahagian belakang (BEOL) mesra suhu tetapi tanpa substrat kristal, dan masih belum membentuk penyelesaian matang yang bersatu. Pada masa ini, industri secara amnya menggunakan laluan campuran "90% cip tunggal + luaranlaser"."