Fotoditekters u wavelengths maqtugħin

Fotodetetturiu tulijiet ta' mewġ tal-qtugħ

Dan l-artikolu jiffoka fuq il-materjali u l-prinċipji tax-xogħol tal-fotoditekters (speċjalment il-mekkaniżmu ta' rispons ibbażat fuq it-teorija tal-band), kif ukoll il-parametri ewlenin u x-xenarji ta' applikazzjoni ta' materjali semikondutturi differenti.
1. Prinċipju ewlieni: Il-fotoditekter jopera bbażat fuq l-effett fotoelettriku. Il-fotoni inċidenti jeħtieġ li jġorru biżżejjed enerġija (akbar mill-wisa' tal-bandgap Eg tal-materjal) biex jeċitaw l-elettroni mill-medda ta' valenza għall-medda ta' konduzzjoni, u jiffurmaw sinjal elettriku li jista' jiġi skopert. L-enerġija tal-foton hija inversament proporzjonali għat-tul tal-mewġa, għalhekk id-ditekter għandu "tul tal-mewġa cutoff" (λ c) – it-tul tal-mewġa massima li tista' tirrispondi, li lil hinn minnha ma tistax tirrispondi b'mod effettiv. It-tul tal-mewġa cutoff jista' jiġi stmat bl-użu tal-formula λ c ≈ 1240/Eg (nm), fejn Eg jitkejjel f'eV.
2. Materjali semikondutturi ewlenin u l-karatteristiċi tagħhom:
Silikon (Si): wisa' tal-bandgap ta' madwar 1.12 eV, wavelength cutoff ta' madwar 1107 nm. Adattat għal skoperta ta' wavelength qasir bħal 850 nm, komunement użat għal interkonnessjoni ta' fibra ottika multimode fuq medda qasira (bħal ċentri tad-dejta).
Arsenur tal-gallju (GaAs): wisa' tal-bandgap ta' 1.42 eV, wavelength cutoff ta' madwar 873 nm. Adattat għall-medda ta' wavelength ta' 850 nm, jista' jiġi integrat ma' sorsi tad-dawl VCSEL tal-istess materjal fuq ċippa waħda.
Arsenur tal-gallju tal-indju (InGaAs): Il-wisa' tal-bandgap tista' tiġi aġġustata bejn 0.36~1.42 eV, u t-tul ta' mewġa tal-qtugħ ikopri 873~3542 nm. Huwa l-materjal tad-ditekter ewlieni għat-twieqi tal-komunikazzjoni tal-fibra ta' 1310 nm u 1550 nm, iżda jeħtieġ sottostrat InP u huwa kumpless biex jiġi integrat maċ-ċirkwiti bbażati fuq is-silikon.
Ġermanju (Ge): b'wisa' tal-bandgap ta' madwar 0.66 eV u wavelength ta' qtugħ ta' madwar 1879 nm. Jista' jkopri minn 1550 nm sa 1625 nm (L-band) u huwa kompatibbli ma' sottostrati tas-silikon, u b'hekk huwa soluzzjoni fattibbli biex testendi r-rispons għal meded twal.
Liga tas-silikon ġermanju (bħal Si0.5Ge0.5): wisa' tal-bandgap ta' madwar 0.96 eV, wavelength cutoff ta' madwar 1292 nm. Billi jiġi doppjat il-ġermanju fis-silikon, it-wavelength tar-rispons jista' jiġi estiż għal meded itwal fuq is-sottostrat tas-silikon.
3. Assoċjazzjoni tax-xenarju tal-applikazzjoni:
Medda ta' 850 nm:Fotoditekters tas-silikonjew jistgħu jintużaw fotoditekters tal-GaAs.
Medda ta' frekwenza ta' 1310/1550 nm:Fotoditekters tal-InGaAsjintużaw l-aktar. Fotoditekters tal-ġermanju pur jew tal-liga tal-ġermanju tas-silikon jistgħu wkoll ikopru din il-firxa u għandhom vantaġġi potenzjali fl-integrazzjoni bbażata fuq is-silikon.

B'mod ġenerali, permezz tal-kunċetti ewlenin tat-teorija tal-banda u l-wavelength tal-qtugħ, il-karatteristiċi tal-applikazzjoni u l-firxa tal-kopertura tal-wavelength ta' materjali semikondutturi differenti f'fotoditekters ġew riveduti sistematikament, u ġiet indikata r-relazzjoni mill-qrib bejn l-għażla tal-materjal, it-tieqa tal-wavelength tal-komunikazzjoni tal-fibra ottika, u l-ispiża tal-proċess ta' integrazzjoni.