Fotodetektor û dirêjahiya pêlên qutkirî

Photodetectorsû dirêjahiya pêlên qutkirî

Ev gotar li ser materyal û prensîbên xebatê yên fotodetektoran (bi taybetî mekanîzmaya bersivê ya li ser bingeha teoriya bendê), û her weha parametreyên sereke û senaryoyên serîlêdanê yên materyalên nîvconductor ên cûda disekine.
1. Prensîba bingehîn: Fotodetektor li ser bingeha bandora fotoelektrîkî dixebite. Fotonên ketî hewce ne ku enerjiya têr (ji firehiya valansê Eg ya materyalê mezintir) hilgirin da ku elektronan ji benda valansê ber bi benda konduksiyonê ve bihejînin, û sînyalek elektrîkî ya tespîtker çêbikin. Enerjiya fotonê bi rêjeyî berevajî dirêjahiya pêlê ye, ji ber vê yekê detektor "dirêjahiya pêlê ya qutkirî" (λc) heye - dirêjahiya pêlê ya herî zêde ku dikare bersiv bide, ku ji wê wêdetir ew nikare bi bandor bersiv bide. Dirêjahiya pêlê ya qutkirî dikare bi karanîna formula λc ≈ 1240/Eg (nm) were texmîn kirin, ku Eg bi eV tê pîvandin.
2. Materyalên nîvconductor ên sereke û taybetmendiyên wan:
Silîkon (Si): firehiya navbera bendan nêzîkî 1.12 eV, dirêjahiya pêlê ya qutkirî nêzîkî 1107 nm. Ji bo tespîtkirina dirêjahiya pêlê ya kurt wekî 850 nm guncan e, bi gelemperî ji bo girêdana fîbera optîk a pirmod a kurt-menzîl (wek navendên daneyan) tê bikar anîn.
Gallyûm arsenîd (GaAs): firehiya valahiya bendê 1.42 eV, dirêjahiya pêlê ya qutkirî bi qasî 873 nm. Ji bo benda dirêjahiya pêlê ya 850 nm guncaw e, ew dikare bi çavkaniyên ronahiya VCSEL ên ji heman materyalê li ser çîpek yekane were entegre kirin.
Îndyûm galyûm arsenîd (InGaAs): Firehiya valahiya bendê dikare di navbera 0.36~1.42 eV de were verast kirin, û dirêjahiya pêlê ya qutkirî 873~3542 nm vedihewîne. Ew materyalê detektorê sereke ye ji bo pencereyên ragihandinê yên fîberê yên 1310 nm û 1550 nm, lê pêdivî bi substratek InP heye û tevlihev e ku bi devreyên bingeha silîkonê re entegre bibe.
Germanyum (Ge): bi firehiya bendava nêzîkî 0.66 eV û dirêjahiya pêlê ya qutkirî nêzîkî 1879 nm. Ew dikare ji 1550 nm heta 1625 nm (benda L) bigire û bi substratên silîkonê re hevaheng e, ku ew ji bo dirêjkirina bersivê bo bendên dirêj çareseriyek gengaz dike.
Alava germanyûmê ya silîkonê (wek Si0.5Ge0.5): firehiya bendava nêzîkî 0.96 eV, dirêjahiya pêlê ya qutkirî nêzîkî 1292 nm. Bi dopkirina germanyûmê di silîkonê de, dirêjahiya pêlê ya bersivê dikare li ser substrata silîkonê ber bi bendên dirêjtir ve were dirêj kirin.
3. Têkiliya senaryoya serîlêdanê:
Banda 850 nm:Fotodetektorên silîkonêan fotodetektorên GaAs dikarin werin bikar anîn.
Banda 1310/1550 nm:Fotodetektorên InGaAsbi piranî têne bikar anîn. Fotodetektorên alava germanyûmê ya saf an jî yên ji sîlîkonê hatine çêkirin jî dikarin vê rêzê bigirin û di entegrasyona li ser bingeha sîlîkonê de xwedî avantajên potansiyel in.

Bi tevayî, bi rêya têgehên bingehîn ên teoriya bendê û dirêjahiya pêlê ya qutkirî, taybetmendiyên serîlêdanê û rêjeya berfirehiya pêlê ya materyalên nîvconductor ên cûda di fotodetektoran de bi awayekî sîstematîk hatine nirxandin, û têkiliya nêzîk di navbera hilbijartina materyalê, pencereya dirêjahiya pêlê ya ragihandinê ya fîbera optîk û lêçûna pêvajoya entegrasyonê de hatiye destnîşan kirin.