Fotodetektor sareng panjang gelombang cutoff

Photodetectorsjeung panjang gelombang cutoff

Artikel ieu museur kana bahan sareng prinsip kerja fotodetektor (utamina mékanisme réspon dumasar kana téori pita), ogé parameter konci sareng skénario aplikasi tina bahan semikonduktor anu béda.
1. Prinsip inti: Fotodetektor beroperasi dumasar kana éfék fotolistrik. Foton datang kedah mawa énergi anu cekap (langkung ageung tibatan lébar celah pita Eg bahan) pikeun ngarangsang éléktron tina pita valénsi ka pita konduksi, ngabentuk sinyal listrik anu tiasa dideteksi. Énergi foton sabanding tibalik sareng panjang gelombang, janten detektor gaduh "panjang gelombang cut-off" (λ c) - panjang gelombang maksimum anu tiasa ngaréspon, saluareun éta éta henteu tiasa ngaréspon sacara efektif. Panjang gelombang cutoff tiasa dikira-kira nganggo rumus λ c ≈ 1240/Eg (nm), dimana Eg diukur dina eV.
2. Bahan semikonduktor konci sareng ciri-cirina:
Silikon (Si): lébar celah pita sakitar 1,12 eV, panjang gelombang cutoff sakitar 1107 nm. Cocog pikeun deteksi panjang gelombang pondok sapertos 850 nm, umumna dianggo pikeun interkoneksi serat optik multimode jarak pondok (sapertos pusat data).
Galium arsenida (GaAs): lébar celah pita 1,42 eV, panjang gelombang cutoff sakitar 873 nm. Cocog pikeun pita panjang gelombang 850 nm, éta tiasa diintegrasikeun sareng sumber cahaya VCSEL tina bahan anu sami dina hiji chip.
Indium gallium arsenida (InGaAs): Lebar celah pita tiasa disaluyukeun antara 0,36 ~ 1,42 eV, sareng panjang gelombang cutoff ngawengku 873 ~ 3542 nm. Ieu mangrupikeun bahan detektor utama pikeun jandéla komunikasi serat 1310 nm sareng 1550 nm, tapi meryogikeun substrat InP sareng rumit pikeun diintegrasikeun sareng sirkuit berbasis silikon.
Germanium (Ge): kalayan lébar celah pita sakitar 0,66 eV sareng panjang gelombang cutoff sakitar 1879 nm. Éta tiasa nutupan 1550 nm dugi ka 1625 nm (pita-L) sareng cocog sareng substrat silikon, jantenkeun éta solusi anu layak pikeun manjangkeun réspon kana pita anu panjang.
Aloi silikon germanium (sapertos Si0.5Ge0.5): lébar celah pita sakitar 0,96 eV, panjang gelombang cutoff sakitar 1292 nm. Ku cara ngadoping germanium dina silikon, panjang gelombang réspon tiasa diperpanjang ka pita anu langkung panjang dina substrat silikon.
3. Asosiasi skenario aplikasi:
Pita 850 nm:Fotodetektor silikonatanapi fotodetektor GaAs tiasa dianggo.
Pita 1310/1550 nm:Fotodetektor InGaAsutamina dianggo. Fotodetektor campuran germanium atanapi silikon germanium murni ogé tiasa nutupan rentang ieu sareng gaduh kaunggulan poténsial dina integrasi berbasis silikon.

Sacara umum, ngaliwatan konsép inti téori pita sareng panjang gelombang cutoff, karakteristik aplikasi sareng rentang cakupan panjang gelombang tina bahan semikonduktor anu béda dina fotodetektor parantos diulas sacara sistematis, sareng hubungan anu caket antara pilihan bahan, jandela panjang gelombang komunikasi serat optik, sareng biaya prosés integrasi parantos ditunjukkeun.