Siliziumphotonik

Was ist die Hauptursache dafür, dass bei auf Silizium gewachsenen Germanium-Photodetektoren der Dunkelstrom leicht groß wird?

  1. AWeil Ge einen direkten Bandübergang hat, ein Teil des absorbierten Lichts wieder emittiert und erneut absorbiert wird und so der Strom steigt
  2. BWeil Ge Licht der Telekommunikationswellenlängen nicht absorbieren kann und der gesamte fließende Strom Dunkelstrom ist
  3. CWeil sich die Gitterkonstanten von Si und Ge um etwa 4 % unterscheiden und in der gewachsenen Schicht leicht Kristalldefekte wie Versetzungen entstehen
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Antwort: C. Weil sich die Gitterkonstanten von Si und Ge um etwa 4 % unterscheiden und in der gewachsenen Schicht leicht Kristalldefekte wie Versetzungen entstehen

Dunkelstrom ist der Strom, der auch ohne Lichteinfall fließt; er erhöht das Rauschen des Photodetektors und verringert die Empfindlichkeit. Da sich die Gitterkonstanten von Si und Ge um etwa 4 % unterscheiden, entstehen beim Wachstum von Ge auf Si während des Abbaus der Verspannung Defekte wie Versetzungen (Fadenversetzungen), über deren Defektniveaus leicht Ladungsträger erzeugt werden. Außerdem ist die Bandlücke von Ge (etwa 0,66 eV) kleiner als die von Si, sodass auch mehr thermisch erzeugte Ladungsträger entstehen. Durch Wärmebehandlung nach dem Wachstum zur Verringerung der Versetzungen oder eine kleinere Fläche des lichtempfindlichen Bereichs wird der Dunkelstrom gesenkt. Ge hat einen indirekten Bandübergang, und Lichtemission spielt kaum eine Rolle.

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