Vigunduzi vya picha na urefu wa mawimbi ya kukata

Vigunduzi vya pichana urefu wa mawimbi ya kukata

Makala haya yanaangazia nyenzo na kanuni za utendaji kazi wa vigunduzi vya foto (hasa utaratibu wa mwitikio kulingana na nadharia ya bendi), pamoja na vigezo muhimu na hali za matumizi ya nyenzo tofauti za nusu-semiconductor.
1. Kanuni kuu: Kigunduzi cha picha hufanya kazi kulingana na athari ya fotoelektri. Fotoni za tukio zinahitaji kubeba nishati ya kutosha (zaidi ya upana wa bendi ya upenyo Eg ya nyenzo) ili kusisimua elektroni kutoka kwa bendi ya valensi hadi kwenye bendi ya upitishaji, na kutengeneza ishara ya umeme inayoweza kugunduliwa. Nishati ya fotoni ina uwiano kinyume na urefu wa wimbi, kwa hivyo kigunduzi kina "urefu wa wimbi uliokatwa" (λ c) - urefu wa wimbi wa juu zaidi unaoweza kujibu, ambao zaidi yake hauwezi kujibu kwa ufanisi. Urefu wa wimbi uliokatwa unaweza kukadiriwa kwa kutumia fomula λ c ≈ 1240/Eg (nm), ambapo Eg hupimwa katika eV.
2. Vifaa muhimu vya semiconductor na sifa zake:
Silicon (Si): upana wa bandpengo wa takriban 1.12 eV, urefu wa mawimbi wa takriban 1107 nm. Inafaa kwa ugunduzi wa urefu wa mawimbi mafupi kama vile 850 nm, unaotumika sana kwa muunganisho wa nyuzinyuzi za optiki za masafa mafupi (kama vile vituo vya data).
Gallium arsenide (GaAs): upana wa bandpengo la 1.42 eV, urefu wa mawimbi wa takriban 873 nm. Inafaa kwa bendi ya mawimbi ya 850 nm, inaweza kuunganishwa na vyanzo vya mwanga vya VCSEL vya nyenzo sawa kwenye chipu moja.
Indium gallium arsenide (InGaAs): Upana wa bendi unaweza kurekebishwa kati ya 0.36~1.42 eV, na urefu wa wimbi la kukata hufunika nm 873~3542. Ni nyenzo kuu ya kugundua madirisha ya mawasiliano ya nyuzi ya 1310 nm na 1550 nm, lakini inahitaji substrate ya InP na ni changamano kuunganishwa na saketi zinazotegemea silikoni.
Germanium (Ge): yenye upana wa bendi ya takriban 0.66 eV na urefu wa wimbi la kukatwa wa takriban 1879 nm. Inaweza kufunika 1550 nm hadi 1625 nm (bendi ya L) na inaendana na substrates za silikoni, na kuifanya kuwa suluhisho linalowezekana la kupanua mwitikio kwa bendi ndefu.
Aloi ya germanium ya silikoni (kama vile Si0.5Ge0.5): upana wa bandpengo ya takriban 0.96 eV, urefu wa mawimbi ya kukata ya takriban 1292 nm. Kwa kutumia dope ya germanium katika silikoni, urefu wa mawimbi ya mwitikio unaweza kupanuliwa hadi kwenye mikanda mirefu zaidi kwenye substrate ya silikoni.
3. Uhusiano wa hali ya matumizi:
Bendi ya 850 nm:Vigunduzi vya picha vya silikoniau vigunduzi vya picha vya GaAs vinaweza kutumika.
Bendi ya 1310/1550 nm:Vigunduzi vya picha vya InGaAshutumika zaidi. Vigunduzi vya picha vya aloi ya germanium au silicon germanium vinaweza pia kufunika safu hii na kuwa na faida zinazowezekana katika ujumuishaji unaotegemea silicon.

Kwa ujumla, kupitia dhana kuu za nadharia ya bendi na urefu wa wimbi la mwisho, sifa za matumizi na aina mbalimbali za urefu wa wimbi la nyenzo tofauti za nusu-semiconductor katika vigunduzi vya foto zimepitiwa upya kimfumo, na uhusiano wa karibu kati ya uteuzi wa nyenzo, dirisha la urefu wa wimbi la mawasiliano ya nyuzi, na gharama ya mchakato wa ujumuishaji imeainishwa.