چرا باید از ژرمانیوم به عنوان آشکارساز نوری استفاده کنیم؟

چرا باید از Ge به عنوان ... استفاده کنیم؟آشکارساز نوری
۱. موقعیت‌یابی پایه: چرا استفاده از Ge به عنوان یک آشکارساز نوری ضروری است؟
در پیوندهای نوری سیلیکونی، آشکارسازهای نوری «مترجم»هایی هستند که سیگنال‌های نوری را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. با این حال، خود سیلیکون دارای شکاف باند 1.12 eV است و تقریباً در باندهای ارتباطی 1310/1550 نانومتر شفاف است، بنابراین فقط ژرمانیوم (Ge) می‌تواند معرفی شود.
Ge دارای شکاف نواری مستقیم 0.8 eV است که باند ارتباطی O/C را پوشش می‌دهد، اما عدم تطابق شبکه‌ای 4.2 درصدی با سیلیکون دارد. چگالی نابجایی برای رشد مستقیم به بزرگی 4 × 10⁸ سانتی‌متر مربع است و جریان تاریک کاملاً در دسترس نیست. در عین حال، Ge دارای شکاف نواری غیرمستقیم است و ضریب جذب آن به طور طبیعی یک مرتبه کمتر از InGaAs است که یک ضعف طبیعی محسوب می‌شود.
۲. پیشرفت اساسی در هسته: ادغام موجبر، تنگنای عملکرد را از بین می‌برد.
«طول جذب = مسیر جمع‌آوری حامل» در آشکارسازهای نوری تابش عمودی سنتی، دارای یک الاکلنگ «پهنای باند پاسخگویی» است که حد بالایی آن تنها 7 گیگاهرتز است؛
در حال حاضر، مسیرهای اصلی دستگاه به سه دسته تقسیم می‌شوند:
پین عمودی: این فرآیند ساده‌ترین و رایج‌ترین روش در صنعت است که به سرعت 40 گیگابیت بر ثانیه در بایاس صفر و پهنای باند >60 گیگاهرتز دست می‌یابد.
فلز نیمه‌هادی MSM: نیازی به آلایش در دمای بالا ندارد، می‌تواند در پشت صحنه ادغام شود، جریان تاریک بالایی دارد و پهنای باند آن بیش از 40 گیگاهرتز است.
انواع رده بالا:آشکارسازهای نوری موج سیار(TWPD) و آشکارسازهای نوری حامل تک خط (UTC) برای لینک‌های فوتونی مایکروویو استفاده می‌شوند و پهنای باند بالا و جریان نوری اشباع بالا را متعادل می‌کنند.
۳. مواد و مهارت: تبدیل «نقص‌ها» به مزایا
در پاسخ به عدم تطابق شبکه و کاستی‌های عملکرد، این صنعت راه‌حل‌های کاملی را توسعه داده است:
روش اپیتاکسی دو مرحله‌ای: ابتدا یک لایه بافر با دمای پایین به ضخامت 30 تا 50 نانومتر رشد داده می‌شود و سپس دما تا رسیدن به ضخامت هدف افزایش می‌یابد و چگالی نابجایی‌ها به حدود 10 سانتی‌متر مربع کاهش می‌یابد.
مهندسی کرنش: تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی بین Ge و Si باعث ایجاد کرنش کششی دو محوره 0.2٪ در فیلم Ge می‌شود که منجر به کاهش مستقیم شکاف نواری از 0.8 eV به 0.77 eV و گسترش لبه جذب از 1.55 μ m به 1.61 μ m می‌شود که کل باند C+L را پوشش می‌دهد و حتی ضریب جذب در باند L می‌تواند با InGaAs مطابقت داشته باشد.
یکپارچه‌سازی CMOS: هنوز در مرحله اکتشافی است. یکپارچه‌سازی جلویی (FEOL) باید در برابر دماهای بالای ۷۵۰ درجه سانتیگراد مقاومت کند، در حالی که یکپارچه‌سازی پشتی (BEOL) سازگار با دما است اما بدون زیرلایه‌های کریستالی است و هنوز یک راه‌حل یکپارچه و بالغ تشکیل نشده است. در حال حاضر، صنعت عموماً مسیری ترکیبی از «۹۰٪ تک تراشه + خارجی» را اتخاذ می‌کند.لیزر« ». (یا: «...»)