Dalgakılavuzu ile tümleşik germanyum fotodedektörlerin sensör ve telekom uygulamaları için tasarım ve optimizasyonu

Gelişen teknoloji ile birlikte elektronik donanımlar, yeni uygulamaların gerektirdiği yüksek hızlara ve yüksek verimliliğe ulaşamaz hale gelmiştir. Bu problemin çözümü için silikon fotonik tümleşik devre teknolojisi öne sürülmüştür. Bu alanda fotodedektörler silikon fotonik teknolojisinin temel taşlarından biridir. Silikon fotoniğin ilk yıllarında fotodedektörler esas olarak fiber optik telekom uygulamaları için tasarlanmıştır. Silikon fotoniği ve fotodedektörler sensörler, kameralar, LIDAR ve fotovoltaikler gibi başka birçok uygulamada kullanılabilir. Bu tezde, dalgakılavuzu ile tümleşik germanium VPIN fotodedektörlerin geometrik optimizasyonu üzerine çalışılmıştır. İki farklı uygulama alanı için iki farklı fotodedektör tasarımı simülasyonlarla birlikte geliştirilmiştir. İlk tasarım, optik zaman alanında yansıtıcı sensör uygulamalarında kullanılabilen, 0V gerilimli çalışmada ultra yüksek duyarlılığa (1.17\ AW^{-1}) ve ultra düşük gürültüye (48.38\ nW NEP) sahip bir fotodedektördür. Bu fotodedektör, 500\ nm kalınlığında, 2.5\ \mu m genişliğinde ve 100\ \mu m uzunluğunda bir Ge katmanına sahiptir. Geniş bir dinamik aralığa (55.76\ dB) sahiptir ve uzun mesafeli OTDR uygulamalarında yüksek kontrastlı okumaya izin verebilir. İkinci fotodetektör, -2V ters gerilimde 84.26\ GHz bantgenişliği ile 0.972 AW^{-1}\ duyarlılığı gösteren 300\ nm kalınlığında, 2\ \mu m genişliğinde ve 10\ \mu m uzunluğunda Ge katmanına sahiptir. Ultra yüksek bant genişliğine, yüksek duyarlılığa ve düşük karanlık akıma (8.67\ nA) sahip olması nedeniyle, 400G-BASE-DR4 ethernet standardı gibi son teknoloji telekom uygulamaları için uygundur. Bu tasarımlar ve tasarım yönergelerimiz, sensör, telekom ve görüntüleme uygulamalarında üstün ve rafine performansa sahip, optimize edilmiş silikon dalga kılavuzu ile entegre germanyum fotodedektörlerin yolunu açabilir.