የፎቶ መመርመሪያዎች እና የመቁረጥ የሞገድ ርዝመት

የፎቶ ዳሳሾችእና የመቁረጥ የሞገድ ርዝመት

ይህ ጽሑፍ የፎቶዲቴክተሮችን ቁሳቁሶች እና የስራ መርሆዎች (በተለይም በባንድ ቲዎሪ ላይ የተመሰረተ የምላሽ ዘዴ) እንዲሁም የተለያዩ የሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶች ቁልፍ መለኪያዎች እና የአጠቃቀም ሁኔታዎች ላይ ያተኩራል።
1. ዋና መርህ፡- የፎቶ መመርመሪያው የሚሠራው በፎቶ ኤሌክትሪክ ተጽእኖ ላይ በመመስረት ነው። የክስተቱ ፎቶኖች በቂ ኃይል (ከባንድ ክፍተት ስፋት በላይ) መያዝ አለባቸው ለምሳሌ ከቁሳቁሱ ኤሌክትሮኖችን ከቫሌንሲንግ ባንድ ወደ ኮንዳክሽን ባንድ ለማነሳሳት፣ ሊታወቅ የሚችል የኤሌክትሪክ ምልክት ይፈጥራል። የፎቶን ኃይል ከሞገድ ርዝመት ጋር በተገላቢጦሽ ተመጣጣኝ ነው፣ ስለዚህ መርማሪው “የመቁረጥ ርዝመት” (λ c) አለው - ምላሽ መስጠት የሚችል ከፍተኛው የሞገድ ርዝመት፣ ከዚያ በላይ ውጤታማ በሆነ መንገድ ምላሽ መስጠት አይችልም። የመቁረጫ ሞገድ ርዝመት በ λ c ≈ 1240/Eg (nm) ቀመር በመጠቀም ሊገመት ይችላል፣ እዚያም Eg በ eV ይለካል።
2. ቁልፍ ሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶች እና ባህሪያቸው፡
ሲሊከን (ሲ): 1.12 eV የሚደርስ የባንድ ክፍተት ስፋት፣ 1107 nm የሚደርስ የመቁረጥ የሞገድ ርዝመት። እንደ 850 nm ላሉ አጭር የሞገድ ርዝመት ለመለየት ተስማሚ፣ ለአጭር ክልል ባለብዙ ሞድ ፋይበር ኦፕቲክ ግንኙነት (እንደ የውሂብ ማዕከላት) በተለምዶ ጥቅም ላይ የሚውል።
ጋሊየም አርሴናይድ (GaAs): የ1.42 eV የባንድ ክፍተት ስፋት፣ በግምት 873 nm የመቁረጥ የሞገድ ርዝመት። ለ850 nm የሞገድ ርዝመት ባንድ ተስማሚ፣ በአንድ ቺፕ ላይ ከተመሳሳይ ቁሳቁስ VCSEL የብርሃን ምንጮች ጋር ሊዋሃድ ይችላል።
ኢንዲየም ጋሊየም አርሴናይድ (InGaAs): የባንድ ክፍተት ስፋት በ0.36~1.42 eV መካከል ሊስተካከል የሚችል ሲሆን የመቁረጫው የሞገድ ርዝመት 873~3542 nm ይሸፍናል። ለ1310 nm እና ለ1550 nm የፋይበር ኮሙኒኬሽን መስኮቶች ዋናው የመመርመሪያ ቁሳቁስ ነው፣ ነገር ግን የInP ንጣፍ ይፈልጋል እና ከሲሊኮን ላይ ከተመሰረቱ ወረዳዎች ጋር ለመዋሃድ ውስብስብ ነው።
ጀርማኒየም (Ge): በግምት 0.66 eV የሆነ የባንድ ክፍተት ስፋት እና በግምት 1879 nm የሆነ የመቁረጫ ርዝመት አለው። ከ1550 nm እስከ 1625 nm (L-band) ሊሸፍን የሚችል እና ከሲሊኮን ንጣፎች ጋር ተኳሃኝ ሲሆን ለረጅም ባንዶች ምላሽ ለመስጠት ተግባራዊ መፍትሄ ያደርገዋል።
የሲሊኮን ጀርማኒየም ቅይጥ (እንደ Si0.5Ge0.5 ያሉ)፡- 0.96 eV የሚደርስ የባንድ ክፍተት ስፋት፣ 1292 nm የሚደርስ የመቁረጫ ርዝመት። በሲሊኮን ውስጥ ጀርማኒየምን በመምጠጥ፣ የምላሽ ሞገድ ርዝመት በሲሊኮን ንጣፍ ላይ ወደ ረጃጅም ባንዶች ሊራዘም ይችላል።
3. የትግበራ ሁኔታ ግንኙነት፡
850 nm ባንድ፡የሲሊኮን ፎቶዲቴክተሮችወይም የGaAs ፎቶዲቴክተሮች ጥቅም ላይ ሊውሉ ይችላሉ።
1310/1550 nm ባንድ፡የInGaAs ፎቶዲቴክተሮችበዋናነት ጥቅም ላይ ይውላሉ። ንፁህ ጀርማኒየም ወይም ሲሊኮን ጀርማኒየም ቅይጥ ፎቶዲቴክተሮች ይህንን ክልል ሊሸፍኑ እና በሲሊኮን ላይ የተመሰረተ ውህደት ውስጥ ሊሆኑ የሚችሉ ጥቅሞችን ሊሰጡ ይችላሉ።

በአጠቃላይ፣ በባንድ ቲዎሪ እና በቆራረጥ የሞገድ ርዝመት ዋና ፅንሰ-ሀሳቦች፣ በፎቶዲቴክተሮች ውስጥ የተለያዩ ሴሚኮንዳክተር ቁሳቁሶች የአተገባበር ባህሪያት እና የሞገድ ርዝመት ሽፋን ክልል በስርዓት ተገምግሟል፣ እና በቁሳቁስ ምርጫ፣ በፋይበር ኦፕቲክ ኮሙኒኬሽን የሞገድ ርዝመት መስኮት እና በማዋሃድ ሂደት ወጪ መካከል ያለው የጠበቀ ግንኙነት ተጠቁሟል።