ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਅਤੇ ਕੱਟਆਫ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ

ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰਅਤੇ ਕੱਟਆਫ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ

ਇਹ ਲੇਖ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰਾਂ (ਖਾਸ ਕਰਕੇ ਬੈਂਡ ਥਿਊਰੀ 'ਤੇ ਅਧਾਰਤ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਵਿਧੀ) ਦੀਆਂ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਅਤੇ ਕਾਰਜਸ਼ੀਲ ਸਿਧਾਂਤਾਂ 'ਤੇ ਕੇਂਦ੍ਰਿਤ ਹੈ, ਨਾਲ ਹੀ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੇ ਮੁੱਖ ਮਾਪਦੰਡਾਂ ਅਤੇ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਦ੍ਰਿਸ਼ਾਂ 'ਤੇ ਵੀ ਕੇਂਦ੍ਰਿਤ ਹੈ।
1. ਮੁੱਖ ਸਿਧਾਂਤ: ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਫੋਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਪ੍ਰਭਾਵ ਦੇ ਅਧਾਰ ਤੇ ਕੰਮ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਘਟਨਾ ਵਾਲੇ ਫੋਟੌਨਾਂ ਨੂੰ ਵੈਲੈਂਸ ਬੈਂਡ ਤੋਂ ਕੰਡਕਸ਼ਨ ਬੈਂਡ ਤੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰਨ ਲਈ ਲੋੜੀਂਦੀ ਊਰਜਾ (ਪਦਾਰਥ ਦੇ ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ Eg ਤੋਂ ਵੱਧ) ਲੈ ਜਾਣ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਜੋ ਇੱਕ ਖੋਜਣਯੋਗ ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਸਿਗਨਲ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਫੋਟੋਨ ਊਰਜਾ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਦੇ ਉਲਟ ਅਨੁਪਾਤੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਇਸ ਲਈ ਡਿਟੈਕਟਰ ਕੋਲ ਇੱਕ "ਕੱਟ-ਆਫ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ" (λ c) ਹੁੰਦੀ ਹੈ - ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਜੋ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਤੋਂ ਅੱਗੇ ਇਹ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਢੰਗ ਨਾਲ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਨਹੀਂ ਕਰ ਸਕਦਾ। ਕਟ-ਆਫ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਦਾ ਅੰਦਾਜ਼ਾ ਫਾਰਮੂਲਾ λ c ≈ 1240/Eg (nm) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਲਗਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿੱਥੇ Eg ਨੂੰ eV ਵਿੱਚ ਮਾਪਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।
2. ਮੁੱਖ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀ ਅਤੇ ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੀਆਂ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ:
ਸਿਲੀਕਾਨ (Si): ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ ਲਗਭਗ 1.12 eV, ਕੱਟਆਫ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਲਗਭਗ 1107 nm। ਛੋਟੀ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਖੋਜ ਲਈ ਢੁਕਵਾਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ 850 nm, ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਛੋਟੀ-ਰੇਂਜ ਮਲਟੀਮੋਡ ਫਾਈਬਰ ਆਪਟਿਕ ਇੰਟਰਕਨੈਕਸ਼ਨ (ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਡੇਟਾ ਸੈਂਟਰ) ਲਈ ਵਰਤਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।
ਗੈਲੀਅਮ ਆਰਸੈਨਾਈਡ (GaAs): ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ 1.42 eV, ਕੱਟਆਫ ਵੇਵ-ਲੰਬਾਈ ਲਗਭਗ 873 nm। 850 nm ਵੇਵ-ਲੰਬਾਈ ਬੈਂਡ ਲਈ ਢੁਕਵਾਂ, ਇਸਨੂੰ ਇੱਕ ਸਿੰਗਲ ਚਿੱਪ 'ਤੇ ਇੱਕੋ ਸਮੱਗਰੀ ਦੇ VCSEL ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਸਰੋਤਾਂ ਨਾਲ ਜੋੜਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।
ਇੰਡੀਅਮ ਗੈਲੀਅਮ ਆਰਸੈਨਾਈਡ (InGaAs): ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ ਨੂੰ 0.36~1.42 eV ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਐਡਜਸਟ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਕੱਟਆਫ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ 873~3542 nm ਨੂੰ ਕਵਰ ਕਰਦੀ ਹੈ। ਇਹ 1310 nm ਅਤੇ 1550 nm ਫਾਈਬਰ ਸੰਚਾਰ ਵਿੰਡੋਜ਼ ਲਈ ਮੁੱਖ ਧਾਰਾ ਖੋਜੀ ਸਮੱਗਰੀ ਹੈ, ਪਰ ਇੱਕ InP ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਧਾਰਿਤ ਸਰਕਟਾਂ ਨਾਲ ਜੋੜਨ ਲਈ ਗੁੰਝਲਦਾਰ ਹੈ।
ਜਰਮੇਨੀਅਮ (Ge): ਲਗਭਗ 0.66 eV ਦੀ ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ ਅਤੇ ਲਗਭਗ 1879 nm ਦੀ ਕੱਟਆਫ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਦੇ ਨਾਲ। ਇਹ 1550 nm ਤੋਂ 1625 nm (L-ਬੈਂਡ) ਨੂੰ ਕਵਰ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੇ ਅਨੁਕੂਲ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਇਹ ਲੰਬੇ ਬੈਂਡਾਂ ਪ੍ਰਤੀ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਵਧਾਉਣ ਲਈ ਇੱਕ ਵਿਵਹਾਰਕ ਹੱਲ ਬਣ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।
ਸਿਲੀਕਾਨ ਜਰਨੀਅਮ ਮਿਸ਼ਰਤ (ਜਿਵੇਂ ਕਿ Si0.5Ge0.5): ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ ਲਗਭਗ 0.96 eV, ਕੱਟਆਫ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਲਗਭਗ 1292 nm। ਸਿਲੀਕਾਨ ਵਿੱਚ ਜਰਨੀਅਮ ਡੋਪ ਕਰਕੇ, ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈ ਨੂੰ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ ਲੰਬੇ ਬੈਂਡਾਂ ਤੱਕ ਵਧਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।
3. ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਦ੍ਰਿਸ਼ ਐਸੋਸੀਏਸ਼ਨ:
850 nm ਬੈਂਡ:ਸਿਲੀਕਾਨ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰਜਾਂ GaAs ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਵਰਤੇ ਜਾ ਸਕਦੇ ਹਨ।
1310/1550 nm ਬੈਂਡ:InGaAs ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। ਸ਼ੁੱਧ ਜਰਨੀਅਮ ਜਾਂ ਸਿਲੀਕਾਨ ਜਰਨੀਅਮ ਮਿਸ਼ਰਤ ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰ ਵੀ ਇਸ ਰੇਂਜ ਨੂੰ ਕਵਰ ਕਰ ਸਕਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਸਿਲੀਕਾਨ-ਅਧਾਰਿਤ ਏਕੀਕਰਨ ਵਿੱਚ ਸੰਭਾਵੀ ਫਾਇਦੇ ਰੱਖ ਸਕਦੇ ਹਨ।

ਕੁੱਲ ਮਿਲਾ ਕੇ, ਬੈਂਡ ਥਿਊਰੀ ਅਤੇ ਕਟਆਫ ਵੇਵਲੇਂਥ ਦੇ ਮੁੱਖ ਸੰਕਲਪਾਂ ਰਾਹੀਂ, ਫੋਟੋਡਿਟੈਕਟਰਾਂ ਵਿੱਚ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੀਆਂ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਅਤੇ ਵੇਵਲੇਂਥ ਕਵਰੇਜ ਰੇਂਜ ਦੀ ਯੋਜਨਾਬੱਧ ਢੰਗ ਨਾਲ ਸਮੀਖਿਆ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ, ਅਤੇ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਚੋਣ, ਫਾਈਬਰ ਆਪਟਿਕ ਸੰਚਾਰ ਵੇਵਲੇਂਥ ਵਿੰਡੋ, ਅਤੇ ਏਕੀਕਰਣ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੀ ਲਾਗਤ ਵਿਚਕਾਰ ਨਜ਼ਦੀਕੀ ਸਬੰਧ ਨੂੰ ਦਰਸਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ।