რატომ უნდა გამოვიყენოთ Ge, როგორცფოტოდეტექტორი
1. ძირითადი პოზიციონირება: რატომ არის აუცილებელი Ge-ს გამოყენება ფოტოდეტექტორად?
სილიკონის ოპტიკურ კავშირებში ფოტოდეტექტორები არიან „მთარგმნელები“, რომლებიც ოპტიკურ სიგნალებს ელექტრო სიგნალებად გარდაქმნიან. თუმცა, თავად სილიკონს აქვს 1.12 eV ზოლის დიაპაზონი და თითქმის გამჭვირვალეა 1310/1550 ნმ საკომუნიკაციო დიაპაზონებისთვის, ამიტომ მხოლოდ გერმანიუმის (Ge) შეყვანაა შესაძლებელი.
Ge-ს აქვს 0.8 eV პირდაპირი ზოლური უფსკრული, რომელიც მოიცავს საკომუნიკაციო O/C ზოლს, მაგრამ აქვს 4.2%-იანი შეუსაბამობა სილიციუმთან. პირდაპირი ზრდისთვის დისლოკაციის სიმკვრივე 4 × 10 ⁸ სმ ⁻ ²-მდე მაღალია და ბნელი დენი სრულიად მიუწვდომელია; ამავდროულად, Ge-ს აქვს არაპირდაპირი ზოლური უფსკრული და მისი შთანთქმის კოეფიციენტი ბუნებრივად ერთი რიგის სიდიდით დაბალია InGaAs-ზე, რაც ბუნებრივი სისუსტეა.
2. ბირთვის გარღვევა: ტალღის გამტარის ინტეგრაცია არღვევს შესრულების შეფერხებას
ტრადიციული ვერტიკალური დაცემის ფოტოდეტექტორების „შთანთქმის სიგრძე = მატარებლის შეგროვების გზას“ აქვს „მგრძნობელობის გამტარობის“ საფეხური, რომლის ზედა ზღვარი მხოლოდ 7 გჰც-ია;
ამჟამად, ძირითადი მოწყობილობების მარშრუტები იყოფა სამ კატეგორიად:
ვერტიკალური პინი: პროცესი ინდუსტრიაში ყველაზე მარტივი და გავრცელებულია, რომელიც აღწევს 40 გბ/წმ-ს ნულოვანი მიკერძოებით და >60 გჰც გამტარობას;
MSM Metal Semiconductor Metal: არ საჭიროებს მაღალტემპერატურულ დოპირებას, შეიძლება ინტეგრირებული იყოს შიდა სისტემაში, აქვს მაღალი სიბნელის დენა და 40 გჰც-ზე მეტი გამტარუნარიანობა;
მაღალი კლასის ვარიანტები:მოძრავი ტალღის ფოტოდეტექტორებიმიკროტალღური ფოტონური კავშირებისთვის გამოიყენება (TWPD) და ერთხაზოვანი მატარებლის ფოტოდეტექტორები (UTC), რომლებიც აბალანსებენ მაღალი გამტარუნარიანობისა და მაღალი გაჯერების ფოტოდენს.
3. მასალები და ხელოსნობა: „დეფექტების“ უპირატესობებად გადაქცევა
ბადისებრი შეუსაბამობისა და შესრულების ნაკლოვანებების საპასუხოდ, ინდუსტრიამ შეიმუშავა მოწიფული გადაწყვეტილებები:
ორეტაპიანი ეპიტაქსიის მეთოდი: პირველ რიგში, იზრდება 30-50 ნმ დაბალი ტემპერატურის ბუფერული ფენა, შემდეგ კი ტემპერატურა იზრდება სამიზნე სისქის მისაღწევად, რაც დისლოკაციის სიმკვრივეს ~10 ⁷ სმ ⁻ ²-მდე ამცირებს;
დეფორმაციის ინჟინერია: Ge-სა და Si-ს შორის თერმული გაფართოების კოეფიციენტების სხვაობა გამოიწვევს Ge ფენაში 0.2%-იან ორღერძიან დაჭიმვის დეფორმაციას, რაც გამოიწვევს ზონური უფსკრულის პირდაპირ შემცირებას 0.8 eV-დან 0.77 eV-მდე და შთანთქმის კიდის გაფართოებას 1.55 μm-დან 1.61 μm-მდე, რაც მოიცავს მთელ C+L ზოლს და L ზოლში შთანთქმის კოეფიციენტიც კი შეიძლება შეესაბამებოდეს InGaAs-ის კოეფიციენტს;
CMOS ინტეგრაცია: ის ჯერ კიდევ კვლევის ეტაპზეა. ფრონტ-ენდ ინტეგრაციას (FEOL) 750 ℃-ზე მაღალი ტემპერატურის ატანა სჭირდება, ხოლო უკანა ინტეგრაციას (BEOL) ტემპერატურასთან შეგუება სჭირდება, მაგრამ კრისტალური სუბსტრატების გარეშე და ჯერ არ შეუქმნია ერთიანი, მომწიფებული გადაწყვეტა. ამჟამად, ინდუსტრია ზოგადად იყენებს შერეულ გზას „90% ერთჩიპი + გარე“ლაზერი„.
გამოქვეყნების დრო: 23 ივნისი-2026