研究目的
研究硅接触的锗/硅雪崩光电二极管性能，以提升400 Gb/s及以上速率光收发器中光链路的裕量。
研究成果
所展示的波导耦合Ge/Si SACM雪崩光电二极管具有300 GHz的增益带宽积，性能优异，是下一代光互连中高速高灵敏度接收器的理想候选器件。通过晶圆级测量证实了该器件的可制造性和可重复性。未来工作包括降低暗电流并进一步优化器件设计以实现更高带宽。
研究不足
该器件在高工作电压下存在高暗电流问题，可能影响最终接收机灵敏度。目前正对这种高漏电流的成因展开调查。此外，为后续设计迭代，还需深入理解载流子渡越时间、雪崩建立时间及电路寄生参数对高速性能的影响。
1：实验设计与方法选择：
该器件采用横向SACM（分离吸收电荷倍增）结构设计，分别以锗和硅作为吸收区与雪崩倍增区。通过TCAD仿真优化电荷区掺杂分布，在实现倍增区高电场的同时，确保锗区保留足够电场以提取光生载流子。
2：样品选择与数据来源：
器件包含一个0.5微米宽、14.2微米长的锗波导，制备于200毫米SOI晶圆上，其顶层硅厚220纳米，下方埋氧层(BOX)厚2微米。
3：5微米宽、2微米长的锗波导，制备于200毫米SOI晶圆上，其顶层硅厚220纳米，下方埋氧层(BOX)厚2微米。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：安捷伦50GHz光波元件分析仪(N4373C)、安捷伦50GHz矢量网络分析仪(N5225A)、安立MU1812020B脉冲模式发生器、MP1821A 50G/56G Gbps复用器、铌酸锂调制器、60GHz射频探针、偏置T型接头、60GHz安捷伦远程采样头、80GHz安捷伦采样示波器。
4：实验流程与操作步骤：
在室温下进行静态测量以表征器件I-V特性与响应度；开展小信号射频测量获取3dB光电带宽与雪崩增益；采用25/40/50Gbps数据速率的伪随机二进制序列信号（NRZ-OOK调制格式）测量大信号响应。
5：数据分析方法：
通过提取硅波导内光电流并除以估算光功率计算APD响应度；根据高低电压下响应度比值估算雪崩增益。
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Agilent sampling scope
80 GHz
Agilent
Used to display and analyze the electrical eye diagrams from large-signal response measurements.
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Agilent 50 GHz light wave component analyzer
N4373C
Agilent
Used for small signal RF measurements to characterize the device's frequency response.
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Agilent 50 GHz vector network analyzer
N5225A
Agilent
Used in conjunction with the light wave component analyzer for RF measurements.
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Anritsu pulse pattern generators
MU1812020B
Anritsu
Used to generate pseudorandom binary sequence signals for large-signal response measurements.
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MUX
MP1821A 50G/56G Gbps
Anritsu
Used to deliver the signal to drive a LiNbO3 modulator for large-signal response measurements.
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Agilent remote sampling head
60 GHz
Agilent
Used to sample the RF signal for large-signal response measurements.
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LiNbO3 modulator
Used to modulate the optical signal for large-signal response measurements.
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60 GHz RF probe
Used to acquire the RF signal from the device for large-signal response measurements.
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bias-Tee
Used in the signal acquisition chain for large-signal response measurements.
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