Fotodetektiloj kaj fortranĉaj ondolongoj

Fotodetektilojkaj fortranĉaj ondolongoj

Ĉi tiu artikolo fokusiĝas al la materialoj kaj funkciprincipoj de fotodetektiloj (precipe la respondmekanismo bazita sur bendoteorio), same kiel la ŝlosilaj parametroj kaj aplikaj scenaroj de malsamaj duonkonduktaĵaj materialoj.
1. Kerna principo: La fotodetektilo funkcias surbaze de la fotoelektra efiko. La incidaj fotonoj devas porti sufiĉan energion (pli grandan ol la bendbreĉa larĝo Eg de la materialo) por eksciti elektronojn de la valenta bendo al la kondukta bendo, formante detekteblan elektran signalon. Fotona energio estas inverse proporcia al ondolongo, do la detektilo havas "limigitan ondolongon" (λc) - la maksimuman ondolongon, kiu povas respondi, preter kiu ĝi ne povas efike respondi. La limigita ondolongo povas esti taksita per la formulo λc ≈ 1240/Eg (nm), kie Eg estas mezurata en eV.
2. Ŝlosilaj duonkonduktaĵaj materialoj kaj iliaj karakterizaĵoj:
Silicio (Si): bendbreĉa larĝo de ĉirkaŭ 1,12 eV, limlongo de ondolongo de ĉirkaŭ 1107 nm. Taŭga por detekto de mallongaj ondolongoj kiel ekzemple 850 nm, ofte uzata por mallongdistanca multireĝima fibrooptika interkonekto (kiel datencentroj).
Galiuma arsenido (GaAs): bendbreĉa larĝo de 1.42 eV, fortranĉa ondolongo de proksimume 873 nm. Taŭga por la ondolongo de 850 nm, ĝi povas esti integrita kun VCSEL-lumfontoj el la sama materialo sur ununura ĉipo.
Indio-galio-arsenido (InGaAs): La bendbreĉa larĝo povas esti alĝustigita inter 0,36~1,42 eV, kaj la limda ondolongo kovras 873~3542 nm. Ĝi estas la ĉefa detektilmaterialo por fibraj komunikaj fenestroj de 1310 nm kaj 1550 nm, sed postulas InP-substraton kaj estas komplekse integri kun silicio-bazitaj cirkvitoj.
Germaniumo (Ge): kun bendbreĉa larĝo de proksimume 0,66 eV kaj fortranĉa ondolongo de proksimume 1879 nm. Ĝi povas kovri de 1550 nm ĝis 1625 nm (L-bendo) kaj estas kongrua kun siliciaj substratoj, igante ĝin farebla solvo por etendi respondon al longaj bendoj.
Silicia germania alojo (kiel ekzemple Si0.5Ge0.5): bendbreĉa larĝo de ĉirkaŭ 0.96 eV, limlongo de ĉirkaŭ 1292 nm. Per dopado de germanio en silicio, la respondondolongo povas esti etendita al pli longaj bendoj sur la silicia substrato.
3. Asocio de aplikaĵa scenaro:
850 nm-bendo:Siliciaj fotodetektilojaŭ GaAs-fotodetektiloj povas esti uzataj.
1310/1550 nm-bendo:InGaAs-fotodetektilojestas ĉefe uzataj. Fotodetektiloj el pura germanio aŭ silicia germanio-alojo ankaŭ povas kovri ĉi tiun gamon kaj havi eblajn avantaĝojn en silicia integriĝo.

Ĝenerale, per la kernaj konceptoj de bendoteorio kaj ondolongotranĉo, la aplikaj karakterizaĵoj kaj ondolonga kovra gamo de malsamaj duonkonduktaĵaj materialoj en fotodetektiloj estis sisteme reviziitaj, kaj la proksima rilato inter materiala elekto, ondolonga fenestro de fibrooptika komunikado kaj kosto de la integriĝa procezo estis reliefigita.