왜 꼭 게르마늄을 광검출기로 사용해야 할까요?

왜 Ge를 사용해야 할까요?광검출기
1. 기본 포지셔닝: 광검출기로 게르마늄(Ge)을 사용해야 하는 이유는 무엇인가?
실리콘 광 링크에서 광 검출기는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 "변환기" 역할을 합니다. 그러나 실리콘 자체는 ​​1.12 eV의 밴드갭을 가지고 있어 1310/1550 nm 통신 대역에 거의 투명하기 때문에 게르마늄(Ge)만 도입할 수 있습니다.
게르마늄(Ge)은 0.8 eV의 직접 밴드갭을 가지고 있어 통신용 O/C 대역을 포함하지만, 실리콘과 4.2%의 격자 불일치가 있습니다. 직접 성장 시 전위 밀도는 4 × 10⁸ cm⁻²에 달하며, 암전류는 전혀 발생하지 않습니다. 또한, 게르마늄은 간접 밴드갭을 가지고 있어 흡수 계수가 인가이스(InGaAs)보다 한 자릿수 낮다는 것이 본질적인 약점입니다.
2. 핵심적인 혁신: 도파관 통합으로 성능 병목 현상을 해결
기존 수직 입사 광검출기의 "흡수 길이=캐리어 수집 경로"는 "응답 대역폭"에 있어 시소와 같은 특성을 가지며, 상한선은 7GHz에 불과합니다.
현재 주류 기기 경로는 세 가지 범주로 나뉩니다.
수직 핀: 이 공정은 업계에서 가장 간단하고 주류적인 방식으로, 제로 바이어스에서 40Gb/s의 속도와 60GHz 이상의 대역폭을 달성합니다.
MSM 금속 반도체: 고온 도핑이 필요 없고, 후공정에 통합 가능하며, 높은 암전류와 40GHz 이상의 대역폭을 갖습니다.
고급형 모델:진행파 광검출기(TWPD) 및 단일 라인 캐리어 광검출기(UTC)는 높은 대역폭과 높은 포화 광전류의 균형을 맞추기 위해 마이크로파 광자 링크에 사용됩니다.
3. 재료와 제작 기술: '결점'을 장점으로 바꾸기
격자 불일치 및 성능 부족 문제에 대응하여 업계는 성숙한 솔루션을 개발해 왔습니다.
2단계 에피택시 방법: 먼저 30-50nm 두께의 저온 버퍼층을 성장시킨 후, 온도를 높여 목표 두께에 도달하게 함으로써 전위 밀도를 약 10⁷ cm⁻²까지 감소시킵니다.
변형률 엔지니어링: Ge와 Si의 열팽창 계수 차이로 인해 Ge 박막에 0.2%의 이축 인장 변형률이 발생하여 직접 밴드갭이 0.8 eV에서 0.77 eV로 감소하고 흡수 가장자리가 1.55 μm에서 1.61 μm로 확장되어 전체 C+L 밴드를 포함하게 되며, 심지어 L 밴드의 흡수 계수가 InGaAs의 흡수 계수와 일치하게 됩니다.
CMOS 집적화는 여전히 탐색 단계에 있습니다. 프런트엔드 집적화(FEOL)는 750℃ 이상의 고온을 견뎌야 하는 반면, 백엔드 집적화(BEOL)는 결정 기판 없이 고온 환경에 적합하며, 아직 통일된 성숙한 솔루션이 정립되지 않았습니다. 현재 업계에서는 일반적으로 "단일 칩 90% + 외부 칩" 혼합 방식을 채택하고 있습니다.원자 램프“.