हमें Ge को फोटोडिटेक्टर के रूप में क्यों उपयोग करना पड़ता है?

हमें Ge का उपयोग क्यों करना पड़ता है?फोटोडिटेक्टर
1. मूल अवधारणा: फोटोडिटेक्टर के रूप में Ge का उपयोग करना क्यों आवश्यक है?
सिलिकॉन ऑप्टिकल लिंक में, फोटोडिटेक्टर "अनुवादक" के रूप में कार्य करते हैं जो ऑप्टिकल संकेतों को वापस विद्युत संकेतों में परिवर्तित करते हैं। हालांकि, सिलिकॉन का बैंडगैप 1.12 eV है और यह 1310/1550 nm संचार बैंड के लिए लगभग पारदर्शी है, इसलिए इसमें केवल जर्मेनियम (Ge) का ही उपयोग किया जा सकता है।
Ge का प्रत्यक्ष बैंडगैप 0.8 eV है, जो संचार O/C बैंड को कवर करता है, लेकिन सिलिकॉन के साथ इसका 4.2% लैटिस मिसमैच है। प्रत्यक्ष वृद्धि के लिए विस्थापन घनत्व 4 × 10⁸ cm⁻² जितना अधिक होता है, और इसमें डार्क करंट बिल्कुल भी नहीं होता है; साथ ही, Ge का बैंडगैप अप्रत्यक्ष होता है, और इसका अवशोषण गुणांक स्वाभाविक रूप से InGaAs से एक परिमाण कम होता है, जो इसकी एक स्वाभाविक कमजोरी है।
2. मुख्य सफलता: वेवगाइड एकीकरण से प्रदर्शन संबंधी बाधा दूर होती है
परंपरागत ऊर्ध्वाधर आपतन फोटोडिटेक्टरों की "अवशोषण लंबाई = वाहक संग्रह पथ" में एक "प्रतिक्रियाशीलता बैंडविड्थ" उतार-चढ़ाव होता है, जिसकी ऊपरी सीमा केवल 7GHz होती है;
वर्तमान में, मुख्य डिवाइस मार्गों को तीन श्रेणियों में विभाजित किया गया है:
वर्टिकल पिन: यह प्रक्रिया उद्योग में सबसे सरल और मुख्यधारा की है, जो शून्य बायस पर 40Gb/s और >60GHz बैंडविड्थ प्राप्त करती है;
एमएसएम मेटल सेमीकंडक्टर मेटल: उच्च तापमान डोपिंग की आवश्यकता नहीं होती, इसे बैकएंड में एकीकृत किया जा सकता है, इसमें उच्च डार्क करंट होता है और इसकी बैंडविड्थ 40GHz से अधिक होती है;
उच्च श्रेणी के वेरिएंट:यात्रा तरंग फोटोडिटेक्टरमाइक्रोवेव फोटॉन लिंक के लिए (TWPD) और सिंगल लाइन कैरियर फोटोडिटेक्टर (UTC) का उपयोग किया जाता है, जो उच्च बैंडविड्थ और उच्च संतृप्ति फोटोकरंट को संतुलित करते हैं।
3. सामग्री और शिल्प कौशल: 'कमियों' को खूबियों में बदलना
लैटिस मिसमैच और प्रदर्शन संबंधी कमियों के जवाब में, उद्योग ने परिपक्व समाधान विकसित किए हैं:
दो चरणीय एपिटैक्सी विधि: पहले, 30-50 एनएम की एक कम तापमान वाली बफर परत उगाई जाती है, और फिर लक्ष्य मोटाई तक पहुंचने के लिए तापमान बढ़ाया जाता है, जिससे विस्थापन घनत्व ~10 ⁷ सेमी ⁻ ² तक कम हो जाता है;
स्ट्रेन इंजीनियरिंग: Ge और Si के बीच थर्मल विस्तार गुणांक में अंतर Ge फिल्म में 0.2% द्विअक्षीय तन्यता तनाव पैदा करेगा, जिसके परिणामस्वरूप प्रत्यक्ष बैंड गैप 0.8 eV से घटकर 0.77 eV हो जाएगा और अवशोषण किनारा 1.55 μm से बढ़कर 1.61 μm हो जाएगा, जो संपूर्ण C+L बैंड को कवर करेगा, और यहां तक ​​कि L बैंड में अवशोषण गुणांक InGaAs के बराबर हो सकता है;
CMOS एकीकरण: यह अभी भी प्रारंभिक चरण में है। फ्रंट-एंड एकीकरण (FEOL) को 750 ℃ ​​से अधिक उच्च तापमान सहन करने की आवश्यकता होती है, जबकि बैक-एंड एकीकरण (BEOL) तापमान के अनुकूल है लेकिन इसमें क्रिस्टल सबस्ट्रेट्स की आवश्यकता नहीं होती है, और अभी तक इसका कोई एकीकृत और परिपक्व समाधान नहीं बन पाया है। वर्तमान में, उद्योग आमतौर पर "90% सिंगल-चिप + बाह्य" के मिश्रित मार्ग को अपनाता है।लेज़र“.