Fotodetektors en afsnygolflengtes

Fotodetektorsen afsnygolflengtes

Hierdie artikel fokus op die materiale en werkbeginsels van fotodetektors (veral die reaksiemeganisme gebaseer op bandteorie), sowel as die sleutelparameters en toepassingscenario's van verskillende halfgeleiermateriale.
1. Kernbeginsel: Die fotodetektor werk gebaseer op die fotoëlektriese effek. Die invallende fotone moet genoeg energie dra (groter as die bandgapingwydte Eg van die materiaal) om elektrone van die valensband na die geleidingsband op te wek en sodoende 'n waarneembare elektriese sein te vorm. Fotonenergie is omgekeerd eweredig aan die golflengte, dus het die detektor 'n "afsnygolflengte" (λ c) - die maksimum golflengte wat kan reageer, waarbuite dit nie effektief kan reageer nie. Die afsnygolflengte kan geskat word met behulp van die formule λ c ≈ 1240/Eg (nm), waar Eg in eV gemeet word.
2. Belangrike halfgeleiermateriale en hul eienskappe:
Silikon (Si): bandgapingwydte van ongeveer 1.12 eV, afsnygolflengte van ongeveer 1107 nm. Geskik vir kortgolflengte-opsporing soos 850 nm, algemeen gebruik vir kortafstand multimodus veseloptiese interkonneksie (soos datasentrums).
Galliumarsenied (GaAs): bandgapingwydte van 1.42 eV, afsnygolflengte van ongeveer 873 nm. Geskik vir die 850 nm golflengteband, kan dit geïntegreer word met VCSEL-ligbronne van dieselfde materiaal op 'n enkele skyfie.
Indiumgalliumarsenied (InGaAs): Die bandgapingwydte kan aangepas word tussen 0.36~1.42 eV, en die afsnygolflengte dek 873~3542 nm. Dit is die hoofstroomdetektormateriaal vir 1310 nm en 1550 nm veselkommunikasievensters, maar benodig 'n InP-substraat en is kompleks om met silikon-gebaseerde stroombane te integreer.
Germanium (Ge): met 'n bandgapingwydte van ongeveer 0.66 eV en 'n afsnygolflengte van ongeveer 1879 nm. Dit kan 1550 nm tot 1625 nm (L-band) dek en is versoenbaar met silikonsubstrate, wat dit 'n haalbare oplossing maak om die reaksie op lang bande uit te brei.
Silikon germaniumlegering (soos Si0.5Ge0.5): bandgapingwydte van ongeveer 0.96 eV, afsnygolflengte van ongeveer 1292 nm. Deur germanium in silikon te doteer, kan die responsgolflengte na langer bande op die silikonsubstraat verleng word.
3. Toepassingscenario-assosiasie:
850 nm-band:Silikon fotodetektorsof GaAs-fotodetektors kan gebruik word.
1310/1550 nm band:InGaAs fotodetektorsword hoofsaaklik gebruik. Suiwer germanium- of silikon-germaniumlegeringsfotodetektors kan ook hierdie reeks dek en het potensiële voordele in silikon-gebaseerde integrasie.

Oor die algemeen, deur die kernkonsepte van bandteorie en afsnygolflengte, is die toepassingseienskappe en golflengtedekkingsreeks van verskillende halfgeleiermateriale in fotodetektors sistematies hersien, en die noue verband tussen materiaalkeuse, veseloptiese kommunikasiegolflengtevenster en integrasieproseskoste is uitgewys.