Լուսաճանաչիչներ և սահմանային ալիքի երկարություններ

Ֆոտոդետեկտորներև սահմանային ալիքի երկարություններ

Այս հոդվածը կենտրոնանում է լուսադետեկտորների նյութերի և աշխատանքային սկզբունքների վրա (հատկապես գոտիների տեսության վրա հիմնված արձագանքման մեխանիզմի), ինչպես նաև տարբեր կիսահաղորդչային նյութերի հիմնական պարամետրերի և կիրառման սցենարների վրա։
1. Հիմնական սկզբունք. Լուսաէլեկտրական էֆեկտի հիման վրա գործում է լուսադետեկտորը։ Միջադեպային ֆոտոնները պետք է կրեն բավարար էներգիա (մեծ, քան նյութի Eg արգելակային գոտին)՝ էլեկտրոնները վալենտային գոտուց հաղորդականության գոտի գրգռելու համար՝ ձևավորելով հայտնաբերելի էլեկտրական ազդանշան։ Ֆոտոնի էներգիան հակադարձ համեմատական ​​է ալիքի երկարությանը, ուստի դետեկտորն ունի «սահմանային ալիքի երկարություն» (λc)՝ առավելագույն ալիքի երկարությունը, որը կարող է արձագանքել, որից այն կողմ այն ​​չի կարող արդյունավետորեն արձագանքել։ Սահմանային ալիքի երկարությունը կարելի է գնահատել λc ≈ 1240/Eg (նմ) բանաձևով, որտեղ Eg-ն չափվում է eV-ով։
2. Հիմնական կիսահաղորդչային նյութերը և դրանց բնութագրերը.
Սիլիցիում (Si). մոտ 1.12 էՎ արգելակային գոտու լայնություն, մոտ 1107 նմ սահմանային ալիքի երկարություն: Հարմար է կարճ ալիքի երկարության դետեկտորների համար, ինչպիսին է 850 նմ-ը, սովորաբար օգտագործվում է կարճ հեռավորության բազմամոդ օպտիկամանրաթելային միացման համար (օրինակ՝ տվյալների կենտրոններում):
Գալիումի արսենիդ (GaAs). 1.42 էՎ արգելակային գոտու լայնություն, մոտավորապես 873 նմ ալիքի երկարություն։ Հարմար է 850 նմ ալիքի երկարության գոտու համար, այն կարող է ինտեգրվել նույն նյութից պատրաստված VCSEL լույսի աղբյուրների հետ մեկ չիպի վրա։
Ինդիում-գալիում-արսենիդ (InGaAs): Գոտու լայնությունը կարող է կարգավորվել 0.36~1.42 էՎ միջակայքում, իսկ սահմանային ալիքի երկարությունը կազմում է 873~3542 նմ: Այն 1310 նմ և 1550 նմ մանրաթելային կապի պատուհանների համար նախատեսված հիմնական դետեկտորային նյութն է, սակայն պահանջում է InP հիմք և բարդ է սիլիցիումի վրա հիմնված սխեմաների հետ ինտեգրվելու համար:
Գերմանիում (Ge): մոտավորապես 0.66 էՎ արգելակային գոտու լայնությամբ և մոտավորապես 1879 նմ սահմանային ալիքի երկարությամբ: Այն կարող է ծածկել 1550 նմ-ից մինչև 1625 նմ (L-գոտի) և համատեղելի է սիլիցիումային հիմքերի հետ, ինչը այն դարձնում է իրագործելի լուծում երկար գոտիներում արձագանքը ընդլայնելու համար:
Սիլիցիումային գերմանիումային համաձուլվածք (օրինակ՝ Si0.5Ge0.5). մոտ 0.96 էՎ գոտու լայնություն, մոտ 1292 նմ սահմանային ալիքի երկարություն: Գերմանիումը սիլիցիումում խառնելով՝ արձագանքող ալիքի երկարությունը կարող է ընդլայնվել սիլիցիումային հիմքի վրա ավելի երկար գոտիների:
3. Կիրառման սցենարի կապը.
850 նմ հաճախականության գոտի՝Սիլիկոնային լուսադետեկտորներկամ կարող են օգտագործվել GaAs լուսադետեկտորներ։
1310/1550 նմ հաճախականության գոտի։InGaAs լուսադետեկտորներհիմնականում օգտագործվում են։ Մաքուր գերմանիումի կամ սիլիցիումային գերմանիումի համաձուլվածքի լուսադետեկտորները նույնպես կարող են ընդգրկել այս շրջանակը և ունենալ պոտենցիալ առավելություններ սիլիցիումի վրա հիմնված ինտեգրման մեջ։

Ընդհանուր առմամբ, գոտիների տեսության և կտրվածքային ալիքի երկարության հիմնական հասկացությունների միջոցով, համակարգված կերպով վերանայվել են տարբեր կիսահաղորդչային նյութերի կիրառման բնութագրերը և ալիքի երկարության ծածկույթի տիրույթը լուսադետեկտորներում, և նշվել է նյութի ընտրության, օպտիկամանրաթելային կապի ալիքի երկարության պատուհանի և ինտեգրման գործընթացի արժեքի միջև սերտ կապը։