Фотадэтэктарыі даўжыні хваль адсячэння
Гэты артыкул прысвечаны матэрыялам і прынцыпам працы фотадэтэктараў (асабліва механізму рэакцыі, заснаванаму на зоннай тэорыі), а таксама ключавым параметрам і сцэнарыям прымянення розных паўправадніковых матэрыялаў.
1. Асноўны прынцып: Фотадэтэктар працуе на аснове фотаэлектрычнага эфекту. Падаючыя фатоны павінны несці дастатковую энергію (большую за шырыню забароненай зоны Eg матэрыялу), каб узбудзіцца і перанесці электроны з валентнай зоны ў зону праводнасці, утвараючы электрычны сігнал, які можна выявіць. Энергія фатонаў адваротна прапарцыйная даўжыні хвалі, таму дэтэктар мае «гранічную даўжыню хвалі» (λc) — максімальную даўжыню хвалі, на якую можа рэагаваць, і за якой ён не можа эфектыўна рэагаваць. Гранічную даўжыню хвалі можна ацаніць па формуле λc ≈ 1240/Eg (нм), дзе Eg вымяраецца ў эВ.
2. Асноўныя паўправадніковыя матэрыялы і іх характарыстыкі:
Крэмній (Si): шырыня забароненай зоны каля 1,12 эВ, даўжыня хвалі зрэзу каля 1107 нм. Падыходзіць для выяўлення на кароткіх даўжынях хваль, такіх як 850 нм, звычайна выкарыстоўваецца для шматмодавага валаконна-аптычнага ўзаемадзеяння на кароткіх дыстанцыях (напрыклад, у цэнтрах апрацоўкі дадзеных).
Арсенід галію (GaAs): шырыня забароненай зоны 1,42 эВ, даўжыня хвалі зрэзу прыблізна 873 нм. Падыходзіць для дыяпазону даўжынь хваль 850 нм, можа быць інтэграваны з крыніцамі святла VCSEL з таго ж матэрыялу на адным чыпе.
Арсенід індыя-галію (InGaAs): шырыня забароненай зоны можа рэгулявацца ў межах 0,36~1,42 эВ, а даўжыня хвалі зрэзу — 873~3542 нм. Гэта асноўны матэрыял дэтэктараў для вокнаў валаконнай сувязі 1310 нм і 1550 нм, але патрабуе падложкі InP і складана інтэгруецца з крэмніевымі схемамі.
Германій (Ge): з шырынёй забароненай зоны прыблізна 0,66 эВ і даўжынёй хвалі зрэзу прыблізна 1879 нм. Ён можа пакрываць дыяпазон ад 1550 нм да 1625 нм (L-дыяпазон) і сумяшчальны з крэмніевымі падкладкамі, што робіць яго прыдатным рашэннем для пашырэння дыяпазону хваль да доўгіх дыяпазонаў.
Крэмніевы германіевы сплаў (напрыклад, Si0,5Ge0,5): шырыня забароненай зоны каля 0,96 эВ, даўжыня хвалі адсячэння каля 1292 нм. Легіраваннем крэмнію германіем можна павялічыць даўжыню хвалі водгуку да больш доўгіх палос на крэмніевай падкладцы.
3. Сувязь сцэнарыяў прыкладанняў:
Паласа 850 нм:Крэмніевыя фотадэтэктарыабо можна выкарыстоўваць фотадэтэктары GaAs.
Паласа 1310/1550 нм:InGaAs фотадэтэктарыу асноўным выкарыстоўваюцца. Фотадэтэктары з чыстага германію або крэмнію і сплаву германію таксама могуць пакрываць гэты дыяпазон і маюць патэнцыйныя перавагі пры інтэграцыі на аснове крэмнію.
У цэлым, з дапамогай асноўных канцэпцый тэорыі зон і даўжыні хвалі зрэзу, былі сістэматычна разгледжаны характарыстыкі прымянення і дыяпазон ахопу даўжынь хваль розных паўправадніковых матэрыялаў у фотадэтэктарах, а таксама была адзначана цесная сувязь паміж выбарам матэрыялу, акном даўжыні хвалі валаконна-аптычнай сувязі і коштам працэсу інтэграцыі.
Час публікацыі: 08 красавіка 2026 г.