Fotodetektor lan dawa gelombang cutoff

Photodetectorlan dawa gelombang cutoff

Artikel iki fokus ing bahan lan prinsip kerja fotodetektor (utamane mekanisme respon adhedhasar teori pita), uga parameter kunci lan skenario aplikasi saka macem-macem bahan semikonduktor.
1. Prinsip inti: Fotodetektor beroperasi adhedhasar efek fotoelektrik. Foton sing mlebu kudu nggawa energi sing cukup (luwih gedhe tinimbang jembar celah pita Eg saka materi) kanggo ngrangsang elektron saka pita valensi menyang pita konduksi, mbentuk sinyal listrik sing bisa dideteksi. Energi foton berbanding terbalik karo dawa gelombang, mula detektor duwe "dawa gelombang cut-off" (λ c) - dawa gelombang maksimum sing bisa nanggapi, sing ngluwihi iku ora bisa nanggapi kanthi efektif. Dawane gelombang cutoff bisa diestimasikake nggunakake rumus λ c ≈ 1240/Eg (nm), ing ngendi Eg diukur ing eV.
2. Bahan semikonduktor utama lan ciri-cirine:
Silikon (Si): jembaré celah pita kira-kira 1,12 eV, dawa gelombang cutoff kira-kira 1107 nm. Cocok kanggo deteksi dawa gelombang cendhak kaya ta 850 nm, umumé digunakaké kanggo interkoneksi serat optik multimode jarak cendhak (kayata pusat data).
Galium arsenida (GaAs): jembar celah pita 1,42 eV, dawa gelombang cutoff kira-kira 873 nm. Cocok kanggo pita dawa gelombang 850 nm, bisa diintegrasikake karo sumber cahya VCSEL saka bahan sing padha ing siji chip.
Indium gallium arsenide (InGaAs): Jembar celah pita bisa diatur antarane 0,36 ~ 1,42 eV, lan dawa gelombang cutoff nutupi 873 ~ 3542 nm. Iki minangka bahan detektor utama kanggo jendela komunikasi serat 1310 nm lan 1550 nm, nanging mbutuhake substrat InP lan rumit kanggo diintegrasi karo sirkuit berbasis silikon.
Germanium (Ge): kanthi jembar celah pita kira-kira 0,66 eV lan dawa gelombang cutoff kira-kira 1879 nm. Germanium iki bisa nutupi 1550 nm nganti 1625 nm (pita-L) lan kompatibel karo substrat silikon, saengga dadi solusi sing layak kanggo ngluwihi respon menyang pita dawa.
Paduan silikon germanium (kayata Si0.5Ge0.5): jembar celah pita kira-kira 0,96 eV, dawa gelombang cutoff kira-kira 1292 nm. Kanthi doping germanium ing silikon, dawa gelombang respon bisa ditambahi menyang pita sing luwih dawa ing substrat silikon.
3. Asosiasi skenario aplikasi:
Pita 850 nm:Fotodetektor silikonutawa fotodetektor GaAs bisa digunakake.
Pita 1310/1550 nm:Fotodetektor InGaAsutamane digunakake. Fotodetektor paduan germanium utawa silikon germanium murni uga bisa nutupi kisaran iki lan duwe kaluwihan potensial ing integrasi berbasis silikon.

Sakabèhé, liwat konsep inti téori pita lan dawa gelombang cutoff, karakteristik aplikasi lan rentang jangkoan dawa gelombang saka bahan semikonduktor sing béda-béda ing fotodetektor wis ditinjau kanthi sistematis, lan hubungan sing raket antara pemilihan bahan, jendela dawa gelombang komunikasi serat optik, lan biaya proses integrasi wis dituduhake.