Pengesan fotodan panjang gelombang pemotongan
Artikel ini memberi tumpuan kepada bahan dan prinsip kerja fotodetektor (terutamanya mekanisme tindak balas berdasarkan teori jalur), serta parameter utama dan senario aplikasi bahan semikonduktor yang berbeza.
1. Prinsip teras: Fotopengesan beroperasi berdasarkan kesan fotoelektrik. Foton insiden perlu membawa tenaga yang mencukupi (lebih besar daripada lebar jurang jalur Eg bahan) untuk mengujakan elektron dari jalur valens ke jalur konduksi, membentuk isyarat elektrik yang boleh dikesan. Tenaga foton berkadar songsang dengan panjang gelombang, jadi pengesan mempunyai "panjang gelombang potong" (λc) – panjang gelombang maksimum yang boleh bertindak balas, yang mana ia tidak boleh bertindak balas secara berkesan selepas itu. Panjang gelombang potong boleh dianggarkan menggunakan formula λc ≈ 1240/Eg (nm), di mana Eg diukur dalam eV.
2. Bahan semikonduktor utama dan ciri-cirinya:
Silikon (Si): lebar celah jalur kira-kira 1.12 eV, panjang gelombang pemotongan kira-kira 1107 nm. Sesuai untuk pengesanan panjang gelombang pendek seperti 850 nm, biasanya digunakan untuk sambungan gentian optik berbilang mod jarak dekat (seperti pusat data).
Galium arsenida (GaAs): lebar celah jalur 1.42 eV, panjang gelombang pemotongan kira-kira 873 nm. Sesuai untuk jalur panjang gelombang 850 nm, ia boleh disepadukan dengan sumber cahaya VCSEL daripada bahan yang sama pada cip tunggal.
Indium galium arsenida (InGaAs): Lebar celah jalur boleh dilaraskan antara 0.36~1.42 eV, dan panjang gelombang pemotongan meliputi 873~3542 nm. Ia merupakan bahan pengesan arus perdana untuk tetingkap komunikasi gentian 1310 nm dan 1550 nm, tetapi memerlukan substrat InP dan kompleks untuk disepadukan dengan litar berasaskan silikon.
Germanium (Ge): dengan lebar celah jalur kira-kira 0.66 eV dan panjang gelombang pemotongan kira-kira 1879 nm. Ia boleh meliputi 1550 nm hingga 1625 nm (jalur-L) dan serasi dengan substrat silikon, menjadikannya penyelesaian yang sesuai untuk melanjutkan tindak balas kepada jalur panjang.
Aloi germanium silikon (seperti Si0.5Ge0.5): lebar celah jalur kira-kira 0.96 eV, panjang gelombang pemotongan kira-kira 1292 nm. Dengan mendop germanium dalam silikon, panjang gelombang tindak balas boleh dilanjutkan ke jalur yang lebih panjang pada substrat silikon.
3. Perkaitan senario aplikasi:
Jalur 850 nm:Pengesan foto silikonatau pengesan foto GaAs boleh digunakan.
Jalur 1310/1550 nm:Pengesan foto InGaAsdigunakan terutamanya. Fotodetektor aloi germanium tulen atau silikon germanium juga boleh merangkumi julat ini dan mempunyai potensi kelebihan dalam penyepaduan berasaskan silikon.
Secara keseluruhan, melalui konsep teras teori jalur dan panjang gelombang pemotongan, ciri-ciri aplikasi dan julat liputan panjang gelombang bagi bahan semikonduktor yang berbeza dalam fotopengesan telah dikaji secara sistematik, dan hubungan rapat antara pemilihan bahan, tetingkap panjang gelombang komunikasi gentian optik dan kos proses integrasi telah ditunjukkan.
Masa siaran: 08-Apr-2026