למה אנחנו צריכים להשתמש ב-Ge בתורגלאי אור
1. מיקום בסיסי: מדוע יש צורך להשתמש ב-Ge כגלאי אור
בקשרים אופטיים מסיליקון, גלאי הפוטו הם ה"מתרגמים" אשר ממירים אותות אופטיים בחזרה לאותות חשמליים. עם זאת, לסיליקון עצמו יש פער אנרגיה של 1.12 eV והוא כמעט שקוף לתחומי תקשורת של 1310/1550 ננומטר, כך שניתן להכניס רק גרמניום (Ge).
ל-Ge יש פער מתח ישיר של 0.8 eV, המכסה את פס ה-O/C של התקשורת, אך יש לו אי-התאמה של 4.2% בסריג עם סיליקון. צפיפות הנקע לצמיחה ישירה גבוהה עד 4 × 10⁸ cm⁻², וזרם אפל אינו זמין לחלוטין; יחד עם זאת, ל-Ge יש פער מתח עקיף, ומקדם הבליעה שלו נמוך באופן טבעי בסדר גודל אחד מזה של InGaAs, וזוהי חולשה טבעית.
2. פריצת דרך בליבה: שילוב מוליך גל שובר את צוואר הבקבוק בביצועים
ל"אורך הקליטה = נתיב איסוף נושא" של גלאי פוטו אנכיים מסורתיים יש נדנדה של "רוחב פס תגובה", עם גבול עליון של 7GHz בלבד;
כיום, נתיבי המכשירים המרכזיים מחולקים לשלוש קטגוריות:
פין אנכי: התהליך הוא הפשוט והנפוץ ביותר בתעשייה, ומשיג 40 ג'יגה-ביט לשנייה באפס הטיה ורוחב פס של מעל 60 ג'יגה-הרץ;
MSM מתכת מוליך למחצה מתכת: אין צורך בסימום בטמפרטורה גבוהה, ניתן לשלב בקצה האחורי, בעל זרם כהה גבוה ורוחב פס של מעל 40GHz;
גרסאות יוקרתיות:גלאי פוטו גלים נודדים(TWPD) וגלאי פוטו גלאי נושאי קו יחיד (UTC) משמשים לקישורי פוטונים במיקרוגל, תוך איזון רוחב פס גבוה וזרם פוטו רוויה גבוה.
3. חומרים ואומנות: הפיכת 'פגמים' ליתרונות
בתגובה לחוסר התאמה בסריג ולחסרונות בביצועים, פיתחה התעשייה פתרונות בוגרים:
שיטת אפיטקסיה דו-שלבית: ראשית, גדלה שכבת חיץ בטמפרטורה נמוכה של 30-50 ננומטר, ולאחר מכן עולה הטמפרטורה כדי להגיע לעובי היעד, מה שמפחית את צפיפות הנקע ל-10⁷ סמ"ר².
הנדסת מאמץ: ההבדל במקדמי ההתפשטות התרמית בין Ge ל-Si יגרום למאמץ מתיחה דו-צירי של 0.2% בסרט ה-Ge, וכתוצאה מכך להפחתה ישירה של פער הפסים מ-0.8 eV ל-0.77 eV ולהארכת קצה הבליעה מ-1.55 מיקרומטר ל-1.61 מיקרומטר, המכסה את כל פס C+L, ואפילו מקדם הבליעה בפס L יכול להתאים לזה של InGaAs;
אינטגרציית CMOS: עדיין בשלב המחקר. אינטגרציית קצה קדמי (FEOL) צריכה לעמוד בטמפרטורות גבוהות מעל 750 מעלות צלזיוס, בעוד שאינטגרציית קצה אחורי (BEOL) היא ידידותית לטמפרטורה אך ללא מצעים גבישיים, ועדיין לא יצרה פתרון אחיד בוגר. נכון לעכשיו, התעשייה מאמצת בדרך כלל מסלול מעורב של "90% שבב יחיד + חיצוני".לייזר"
זמן פרסום: 23 ביוני 2026