Фотодетекторҳо ва дарозии мавҷҳои буриш

Фотодетекторҳова дарозии мавҷҳои буриш

Ин мақола ба маводҳо ва принсипҳои кори фотодетекторҳо (хусусан механизми вокуниш, ки бар асоси назарияи бандҳо асос ёфтааст), инчунин параметрҳои калидӣ ва сенарияҳои татбиқи маводҳои гуногуни нимноқилҳо тамаркуз мекунад.
1. Принсипи асосӣ: Фотодетектор бар асоси эффекти фотоэлектрикӣ кор мекунад. Фотонҳои афтида бояд энергияи кофӣ (аз паҳнои банди Eg зиёдтар аз мавод) дошта бошанд, то электронҳоро аз банди валентӣ ба банди ноқилӣ барангезанд ва сигнали электрикии ошкоршавандаро ташкил диҳанд. Энергияи фотон ба дарозии мавҷ баръакс мутаносиб аст, аз ин рӯ детектор "мавҷи буриш" (λ c) дорад - дарозии мавҷи максималӣ, ки метавонад посух диҳад, аммо аз он берун наметавонад самаранок посух диҳад. Дарозии мавҷи буришро бо истифода аз формулаи λ c ≈ 1240/Eg (nm) ҳисоб кардан мумкин аст, ки дар он Eg дар eV чен карда мешавад.
2. Маводҳои асосии нимноқилҳо ва хусусиятҳои онҳо:
Кремний (Si): паҳнои банди банд тақрибан 1.12 eV, дарозии мавҷи буриш тақрибан 1107 нм. Барои муайян кардани дарозии мавҷи кӯтоҳ, ба монанди 850 нм, ки одатан барои пайвасти нахи оптикии бисёрмодавии кӯтоҳмуддат (масалан, марказҳои додаҳо) истифода мешавад.
Арсениди галлий (GaAs): паҳнои банди банд 1.42 эВ, дарозии мавҷи буриш тақрибан 873 нм. Барои банди дарозии мавҷи 850 нм мувофиқ буда, онро бо манбаъҳои рӯшноии VCSEL аз ҳамон мавод дар як чип муттаҳид кардан мумкин аст.
Арсениди галлий индий (InGaAs): Паҳнои банди мавҷро метавон дар байни 0.36 ~ 1.42 эВ танзим кард ва дарозии мавҷи буриш 873 ~ 3542 нм-ро фаро мегирад. Ин маводи асосии детектор барои тирезаҳои алоқаи нахи 1310 нм ва 1550 нм мебошад, аммо ба субстрати InP ниёз дорад ва ҳамгироӣ бо схемаҳои асоси кремний мураккаб аст.
Германий (Ge): бо паҳнои банди тақрибан 0.66 эВ ва дарозии мавҷи буриш тақрибан 1879 нм. Он метавонад аз 1550 нм то 1625 нм (диапазони L)-ро фаро гирад ва бо субстратҳои кремний мувофиқ аст, ки онро ба як роҳи ҳалли имконпазир барои васеъ кардани вокуниш ба диапазонҳои дароз табдил медиҳад.
Хӯлаи германии кремний (масалан, Si0.5Ge0.5): паҳнои банди мавҷ тақрибан 0.96 эВ, дарозии мавҷи буриш тақрибан 1292 нм. Бо легиркунии германий дар кремний, дарозии мавҷи вокунишро ба бандҳои дарозтар дар зеризаминии кремний дароз кардан мумкин аст.
3. Ассотсиатсияи сенарияи барнома:
Диапазони 850 нм:Фотодетекторҳои силиконё фотодетекторҳои GaAs метавонанд истифода шаванд.
Диапазони 1310/1550 нм:Фотодетекторҳои InGaAsасосан истифода мешаванд. Фотодетекторҳои германийи холис ё хӯлаи германийи кремний низ метавонанд ин диапазонро фаро гиранд ва дар ҳамгироии кремний бартариҳои эҳтимолӣ дошта бошанд.

Умуман, тавассути мафҳумҳои асосии назарияи банд ва дарозии мавҷи буриш, хусусиятҳои татбиқ ва диапазони фарогирии мавҷи маводҳои гуногуни нимноқил дар фотодетекторҳо ба таври систематикӣ баррасӣ карда шуданд ва робитаи наздики байни интихоби мавод, равзанаи дарозии мавҷи алоқаи нахи оптикӣ ва арзиши раванди ҳамгироӣ нишон дода шудааст.