硅上集成的快速高效II型光电晶体管
仪器与探测器
2023-11-08 v1 应用物理
摘要
提高片上光电探测器的效率并减小其尺寸，可为新兴计算与传感应用实现高密度光互连。雪崩光电探测器（APD）目前是主流的片上光电探测器。然而，雪崩倍增的物理机制导致能量效率低，且由于高过剩噪声，阻碍了器件在高增益下工作，从而需要电放大器。这些特性显著增加了当前光接收机的功耗与面积。相比之下，异质结光电晶体管（HPT）在高增益下表现出高效率与极小的过剩噪声。但HPT的增益带宽积（GBP）在低光功率下目前劣于APD。本文中，我们展示了锑基HPT中的II型能带排列导致在低光功率下结电容显著减小且GBP更高。我们采用CMOS兼容的异质集成方法，在硅上制备了紧凑光接收机，其能量效率比已报道的最佳硅上集成APD在相近GBP（270 GHz）下约高一个数量级。比特率测量显示数据率空间密度高于每平方毫米800 Tbps，且在3 Gbps下每比特能耗仅6 fJ/bit。这些独特特性为基于II型能带排列器件构建高效紧凑片上光接收机提供了新机遇。
引用
@article{arxiv.2311.03921,
title = {Fast and Efficient Type-II Phototransistors Integrated on Silicon},
author = {Lining Liu and Simone Bianconi and Skylar Wheaton and Nathaniel Coirier and Farah Fahim and Hooman Mohseni},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.03921},
year = {2023}
}