Varför måste vi använda Ge som fotodetektor?

Varför måste vi använda Ge som enfotodetektor
1. Grundläggande positionering: Varför är det nödvändigt att använda Ge som fotodetektor?
I optiska kisellänkar är fotodetektorer "översättarna" som omvandlar optiska signaler tillbaka till elektriska signaler. Kisel i sig har dock ett bandgap på 1,12 eV och är nästan transparent för kommunikationsbanden 1310/1550 nm, så endast germanium (Ge) kan introduceras.
Ge har ett direkt bandgap på 0,8 eV, vilket täcker kommunikations-O/C-bandet, men har en gittermissmatchning på 4,2 % med kisel. Dislokationstätheten för direkt tillväxt är så hög som 4 × 10 ⁸ cm ⁻², och mörkerström är helt otillgänglig; Samtidigt har Ge ett indirekt bandgap, och dess absorptionskoefficient är naturligtvis en storleksordning lägre än InGaAs, vilket är en naturlig svaghet.
2、 Kärngenombrott: vågledarintegration bryter prestandaflaskhalsen
"Absorptionslängd = bärvågsuppsamlingsväg" hos traditionella vertikala infallsfotodetektorer har en "responsivitetsbandbredd"-gungabräda, med en övre gräns på endast 7 GHz;
För närvarande är de vanliga enhetsvägarna indelade i tre kategorier:
Vertikal stift: Processen är den enklaste och mest använda i branschen och uppnår 40 Gb/s vid noll bias och >60 GHz bandbredd;
MSM Metal Halvledarmetall: Inget behov av högtemperaturdopning, kan integreras i backend, har hög mörkström och en bandbredd på över 40 GHz;
Lyxvarianter:Fotodetektorer för vandringsvågor(TWPD) och enkellinjebärarfotodetektorer (UTC) används för mikrovågsfotonlänkar, och balanserar hög bandbredd och hög mättnadsfotoström.
3. Material och hantverk: Att förvandla "defekter" till fördelar
Som svar på gitterfel och prestandabrister har branschen utvecklat mogna lösningar:
Tvåstegsepitaximetod: först odlas ett lågtemperaturbuffertlager på 30–50 nm, och sedan ökas temperaturen för att nå måltjockleken, vilket minskar dislokationsdensiteten till ~10 cm²;
Töjningsteknik: Skillnaden i värmeutvidgningskoefficienter mellan Ge och Si kommer att orsaka en biaxiell dragspänning på 0,2 % i Ge-filmen, vilket resulterar i en direkt minskning av bandgapet från 0,8 eV till 0,77 eV och en absorptionskantförlängning från 1,55 μm till 1,61 μm, vilket täcker hela C+L-bandet, och även absorptionskoefficienten i L-bandet kan matcha den för InGaAs;
CMOS-integration: Den är fortfarande i ett undersökningsstadium. Frontend-integration (FEOL) måste motstå höga temperaturer över 750 ℃, medan backend-integration (BEOL) är temperaturvänlig men utan kristallsubstrat, och har ännu inte bildat en enhetlig mogen lösning. För närvarande använder industrin generellt en blandad väg med "90 % single-chip + externlaser"