Fotodetectori è lunghezze d'onda di taglio

Fotodetettorie lunghezze d'onda di taglio

Questu articulu si cuncentra nantu à i materiali è i principii di funziunamentu di i fotodetettori (in particulare u mecanismu di risposta basatu annantu à a teoria di e bande), è ancu nantu à i parametri chjave è i scenarii d'applicazione di diversi materiali semiconduttori.
1. Principiu fundamentale: U fotodetector funziona basatu annantu à l'effettu fotoelettricu. I fotoni incidenti anu bisognu di purtà energia sufficiente (più grande di a larghezza di a banda proibita Eg di u materiale) per eccità l'elettroni da a banda di valenza à a banda di conduzione, furmendu un signale elettricu rilevabile. L'energia di i fotoni hè inversamente proporzionale à a lunghezza d'onda, dunque u detector hà una "lunghezza d'onda di taglio" (λ c) - a lunghezza d'onda massima chì pò risponde, oltre a quale ùn pò risponde efficacemente. A lunghezza d'onda di taglio pò esse stimata aduprendu a formula λ c ≈ 1240/Eg (nm), induve Eg hè misuratu in eV.
2. I principali materiali semiconduttori è e so caratteristiche:
Siliciu (Si): larghezza di banda proibita di circa 1,12 eV, lunghezza d'onda di taglio di circa 1107 nm. Adattu per a rilevazione di lunghezze d'onda corte cum'è 850 nm, cumunemente adupratu per l'interconnessione di fibre ottiche multimodali à corta distanza (cum'è i centri dati).
Arseniuru di galliu (GaAs): larghezza di banda proibita di 1,42 eV, lunghezza d'onda di taglio di circa 873 nm. Adattu per a banda di lunghezza d'onda di 850 nm, pò esse integratu cù fonti luminose VCSEL di u listessu materiale nantu à un unicu chip.
Arseniuru d'indiu è galliu (InGaAs): A larghezza di a banda proibita pò esse aghjustata trà 0,36 è 1,42 eV, è a lunghezza d'onda di taglio copre 873 è 3542 nm. Hè u materiale di rilevatore principale per e finestre di cumunicazione in fibra ottica di 1310 nm è 1550 nm, ma richiede un substratu InP è hè cumplessu da integrà cù circuiti à basa di siliciu.
Germaniu (Ge): cù una larghezza di banda proibita di circa 0,66 eV è una lunghezza d'onda di taglio di circa 1879 nm. Pò copre da 1550 nm à 1625 nm (banda L) è hè cumpatibile cù i substrati di silicone, ciò chì ne face una suluzione fattibile per allargà a risposta à bande lunghe.
Lega di siliciu-germaniu (cum'è Si0.5Ge0.5): larghezza di a banda proibita di circa 0,96 eV, lunghezza d'onda di taglio di circa 1292 nm. Dopendu u germaniu in u siliciu, a lunghezza d'onda di risposta pò esse estesa à bande più lunghe nantu à u sustratu di siliciu.
3. Associazione di scenarii d'applicazione:
Banda di 850 nm:Fotodetettori di siliciuo si ponu aduprà fotodetettori di GaAs.
Banda 1310/1550 nm:Fotodetettori InGaAssò principalmente usati. I fotodetectori di germaniu puru o di lega di germaniu di siliciu ponu ancu copre sta gamma è anu vantaghji putenziali in l'integrazione basata nantu à u siliciu.

In generale, attraversu i cuncetti fundamentali di a teoria di e bande è di a lunghezza d'onda di taglio, e caratteristiche di l'applicazione è a gamma di copertura di lunghezza d'onda di diversi materiali semiconduttori in i fotodetectori sò state riviste sistematicamente, è hè stata evidenziata a stretta relazione trà a selezzione di u materiale, a finestra di lunghezza d'onda di cumunicazione in fibra ottica è u costu di u prucessu d'integrazione.