Фотодетекторлор жана кесүү толкун узундуктары

Фотодетекторлоржана кесилиш толкун узундуктары

Бул макалада фотодетекторлордун материалдарына жана иштөө принциптерине (айрыкча тилке теориясына негизделген жооп механизмине), ошондой эле ар кандай жарым өткөргүч материалдардын негизги параметрлерине жана колдонуу сценарийлерине көңүл бурулат.
1. Негизги принцип: Фотодетектор фотоэлектрдик эффекттин негизинде иштейт. Түшкөн фотондор валенттик тилкеден өткөргүчтүк тилкеге ​​электрондорду дүүлүктүрүү үчүн жетиштүү энергияны (материалдын Eg тилкесинин кеңдигинен чоңураак) алып жүрүшү керек, бул аныкталуучу электрдик сигналды түзөт. Фотон энергиясы толкун узундугуна тескери пропорционалдуу, ошондуктан детектордун "кесүү толкун узундугу" (λ c) бар - жооп бере ала турган максималдуу толкун узундугу, андан ашканда ал натыйжалуу жооп бере албайт. Кесүү толкун узундугун λ c ≈ 1240/Eg (nm) формуласы менен эсептөөгө болот, мында Eg эВ менен өлчөнөт.
2. Негизги жарым өткөргүч материалдар жана алардын мүнөздөмөлөрү:
Кремний (Si): тилке аралыгынын туурасы болжол менен 1,12 эВ, кесүү толкун узундугу болжол менен 1107 нм. 850 нм сыяктуу кыска толкун узундугун аныктоо үчүн ылайыктуу, көбүнчө кыска аралыкка көп режимдүү була-оптикалык байланыш үчүн колдонулат (мисалы, маалымат борборлору).
Галлий арсениди (GaAs): тилке аралыгынын туурасы 1,42 эВ, кесүү толкун узундугу болжол менен 873 нм. 850 нм толкун узундугу тилкесине ылайыктуу, аны бир чиптеги ошол эле материалдан жасалган VCSEL жарык булактары менен интеграциялоого болот.
Индий галлий арсениди (InGaAs): тилке аралыгынын туурасын 0,36 ~ 1,42 эВ ортосунда тууралоого болот, ал эми кесилген толкун узундугу 873 ~ 3542 нмди камтыйт. Бул 1310 нм жана 1550 нм була байланыш терезелери үчүн негизги детектор материалы, бирок InP субстратын талап кылат жана кремний негизиндеги схемалар менен интеграциялоо татаал.
Германий (Ge): тилке аралыгынын туурасы болжол менен 0,66 эВ жана кесүү толкун узундугу болжол менен 1879 нм. Ал 1550 нмден 1625 нмге чейинки диапазонду (L-диапазону) жаба алат жана кремний субстраттары менен шайкеш келет, бул аны узун тилкелерге жооп кайтарууну узартуу үчүн мүмкүн болгон чечим кылат.
Кремний германий эритмеси (мисалы, Si0.5Ge0.5): тилке аралыгынын туурасы болжол менен 0.96 эВ, кесүү толкун узундугу болжол менен 1292 нм. Германийди кремнийге кошуу менен жооп толкун узундугун кремний субстратындагы узунураак тилкелерге чейин узартууга болот.
3. Колдонмо сценарийинин ассоциациясы:
850 нм диапазону:Кремний фотодетекторлоруже GaAs фотодетекторлорун колдонсо болот.
1310/1550 нм тилкеси:InGaAs фотодетекторлорунегизинен колдонулат. Таза германий же кремний германий эритмесинин фотодетекторлору да ушул диапазонду камтый алат жана кремний негизиндеги интеграцияда потенциалдуу артыкчылыктарга ээ.

Жалпысынан алганда, тилке теориясынын жана кесүү толкун узундугунун негизги түшүнүктөрү аркылуу фотодетекторлордогу ар кандай жарым өткөргүч материалдардын колдонуу мүнөздөмөлөрү жана толкун узундугун камтуу диапазону системалуу түрдө каралып, материалдарды тандоо, була-оптикалык байланыш толкун узундугу терезеси жана интеграциялоо процессинин баасынын ортосундагы тыгыз байланыш белгиленди.