Fotodetektorlarvə kəsmə dalğa uzunluqları
Bu məqalə fotodetektorların materiallarına və iş prinsiplərinə (xüsusən də zolaq nəzəriyyəsinə əsaslanan cavab mexanizminə), eləcə də müxtəlif yarımkeçirici materiallarının əsas parametrlərinə və tətbiq ssenarilərinə diqqət yetirir.
1. Əsas prinsip: Fotodetektor fotoelektrik effektə əsaslanaraq işləyir. Düşən fotonlar, valent zolağından keçirici zolağa elektronları həyəcanlandırmaq və aşkar edilə bilən elektrik siqnalı yaratmaq üçün kifayət qədər enerji (materialın Eg zolaq genişliyindən daha böyük) daşımalıdır. Foton enerjisi dalğa uzunluğu ilə tərs mütənasibdir, buna görə də detektorun "kəsmə dalğa uzunluğu" (λ c) var - cavab verə bilən, lakin bundan kənara effektiv şəkildə cavab verə bilməyən maksimum dalğa uzunluğu. Kəsmə dalğa uzunluğu λ c ≈ 1240/Eg (nm) düsturu ilə hesablana bilər, burada Eg eV ilə ölçülür.
2. Əsas yarımkeçirici materiallar və onların xüsusiyyətləri:
Silikon (Si): bant boşluğu eni təxminən 1.12 eV, kəsmə dalğa uzunluğu təxminən 1107 nm. 850 nm kimi qısa dalğa uzunluğu aşkarlanması üçün uyğundur, ümumiyyətlə qısa mənzilli çoxmodlu fiber optik bağlantı (məsələn, məlumat mərkəzləri) üçün istifadə olunur.
Qallium arsenid (GaAs): zolaq eni 1,42 eV, kəsmə dalğa uzunluğu təxminən 873 nm-dir. 850 nm dalğa uzunluğu zolağı üçün uyğundur, eyni materialdan olan VCSEL işıq mənbələri ilə tək bir çipdə inteqrasiya edilə bilər.
İndium qallium arsenid (InGaAs): Zolaq genişliyi 0,36~1,42 eV arasında tənzimlənə bilər və kəsmə dalğa uzunluğu 873~3542 nm-i əhatə edir. 1310 nm və 1550 nm lifli rabitə pəncərələri üçün əsas detektor materialıdır, lakin InP substratı tələb edir və silikon əsaslı dövrələrlə inteqrasiya etmək çətindir.
Germanium (Ge): təxminən 0,66 eV zolaq genişliyi və təxminən 1879 nm kəsmə dalğa uzunluğu ilə. 1550 nm-dən 1625 nm-ə qədər (L-zolaq) əhatə edə bilər və silikon substratlarla uyğun gəlir, bu da onu uzun zolaqlara cavabı uzatmaq üçün mümkün bir həll halına gətirir.
Silisium germanium ərintisi (məsələn, Si0.5Ge0.5): zolaq eni təxminən 0.96 eV, kəsmə dalğa uzunluğu təxminən 1292 nm. Silisiumda germanium aşqarlanaraq cavab dalğa uzunluğu silisium substratındakı daha uzun zolaqlara qədər uzadıla bilər.
3. Tətbiq ssenarisi assosiasiyası:
850 nm diapazon:Silikon fotodetektorlarıvə ya GaAs fotodetektorlarından istifadə etmək olar.
1310/1550 nm diapazon:InGaAs fotodetektorlarıəsasən istifadə olunur. Təmiz germanium və ya silisium germanium ərintili fotodetektorları da bu diapazonu əhatə edə bilər və silisium əsaslı inteqrasiyada potensial üstünlüklərə malikdir.
Ümumiyyətlə, zolaq nəzəriyyəsi və kəsmə dalğa uzunluğunun əsas konsepsiyaları vasitəsilə fotodetektorlarda müxtəlif yarımkeçirici materialların tətbiq xüsusiyyətləri və dalğa uzunluğu əhatə dairəsi sistematik şəkildə nəzərdən keçirilmiş və material seçimi, fiber optik rabitə dalğa uzunluğu pəncərəsi və inteqrasiya prosesinin dəyəri arasında sıx əlaqə qeyd edilmişdir.
Yazı vaxtı: 08 Aprel 2026