ફોટોડિટેક્ટર અને કટઓફ તરંગલંબાઇ

ફોટોડિટેક્ટરઅને કટઓફ તરંગલંબાઇ

આ લેખ ફોટોડિટેક્ટર્સની સામગ્રી અને કાર્યકારી સિદ્ધાંતો (ખાસ કરીને બેન્ડ થિયરી પર આધારિત પ્રતિભાવ પદ્ધતિ), તેમજ વિવિધ સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીના મુખ્ય પરિમાણો અને એપ્લિકેશન દૃશ્યો પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે.
1. મુખ્ય સિદ્ધાંત: ફોટોડિટેક્ટર ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર પર આધારિત કાર્ય કરે છે. ઘટના ફોટોનને વેલેન્સ બેન્ડથી વાહક બેન્ડ સુધી ઇલેક્ટ્રોનને ઉત્તેજિત કરવા માટે પૂરતી ઊર્જા (પદાર્થના બેન્ડગેપ પહોળાઈ Eg કરતાં વધુ) વહન કરવાની જરૂર પડે છે, જે શોધી શકાય તેવા વિદ્યુત સંકેત બનાવે છે. ફોટોન ઊર્જા તરંગલંબાઇના વ્યસ્ત પ્રમાણસર હોય છે, તેથી ડિટેક્ટર પાસે "કટ-ઓફ તરંગલંબાઇ" (λ c) હોય છે - મહત્તમ તરંગલંબાઇ જે પ્રતિક્રિયા આપી શકે છે, જેનાથી આગળ તે અસરકારક રીતે પ્રતિક્રિયા આપી શકતું નથી. કટઓફ તરંગલંબાઇનો અંદાજ સૂત્ર λ c ≈ 1240/Eg (nm) નો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છે, જ્યાં Eg ને eV માં માપવામાં આવે છે.
2. મુખ્ય સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી અને તેમની લાક્ષણિકતાઓ:
સિલિકોન (Si): બેન્ડગેપ પહોળાઈ લગભગ 1.12 eV, કટઓફ તરંગલંબાઇ લગભગ 1107 nm. 850 nm જેવી ટૂંકી તરંગલંબાઇ શોધ માટે યોગ્ય, જે સામાન્ય રીતે ટૂંકા-અંતરના મલ્ટિમોડ ફાઇબર ઓપ્ટિક ઇન્ટરકનેક્શન (જેમ કે ડેટા સેન્ટર્સ) માટે વપરાય છે.
ગેલિયમ આર્સેનાઇડ (GaAs): બેન્ડગેપ પહોળાઈ 1.42 eV, કટઓફ તરંગલંબાઇ આશરે 873 nm. 850 nm તરંગલંબાઇ બેન્ડ માટે યોગ્ય, તેને એક જ ચિપ પર સમાન સામગ્રીના VCSEL પ્રકાશ સ્ત્રોતો સાથે સંકલિત કરી શકાય છે.
ઇન્ડિયમ ગેલિયમ આર્સેનાઇડ (InGaAs): બેન્ડગેપ પહોળાઈ 0.36~1.42 eV વચ્ચે ગોઠવી શકાય છે, અને કટઓફ તરંગલંબાઇ 873~3542 nm આવરી લે છે. તે 1310 nm અને 1550 nm ફાઇબર કોમ્યુનિકેશન વિન્ડો માટે મુખ્ય પ્રવાહ ડિટેક્ટર સામગ્રી છે, પરંતુ તેને InP સબસ્ટ્રેટની જરૂર છે અને સિલિકોન-આધારિત સર્કિટ સાથે સંકલિત કરવા માટે જટિલ છે.
જર્મેનિયમ (Ge): આશરે 0.66 eV ની બેન્ડગેપ પહોળાઈ અને આશરે 1879 nm ની કટઓફ તરંગલંબાઇ સાથે. તે 1550 nm થી 1625 nm (L-બેન્ડ) આવરી શકે છે અને સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ્સ સાથે સુસંગત છે, જે તેને લાંબા બેન્ડ્સ પર પ્રતિભાવ વધારવા માટે એક શક્ય ઉકેલ બનાવે છે.
સિલિકોન જર્મેનિયમ એલોય (જેમ કે Si0.5Ge0.5): બેન્ડગેપ પહોળાઈ લગભગ 0.96 eV, કટઓફ તરંગલંબાઇ લગભગ 1292 nm. સિલિકોનમાં જર્મેનિયમ ડોપ કરીને, પ્રતિભાવ તરંગલંબાઇને સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ પર લાંબા બેન્ડ સુધી લંબાવી શકાય છે.
3. એપ્લિકેશન દૃશ્ય જોડાણ:
૮૫૦ એનએમ બેન્ડ:સિલિકોન ફોટોડિટેક્ટર્સઅથવા GaAs ફોટોડિટેક્ટરનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.
૧૩૧૦/૧૫૫૦ એનએમ બેન્ડ:InGaAs ફોટોડિટેક્ટર્સમુખ્યત્વે ઉપયોગમાં લેવાય છે. શુદ્ધ જર્મેનિયમ અથવા સિલિકોન જર્મેનિયમ એલોય ફોટોડિટેક્ટર પણ આ શ્રેણીને આવરી શકે છે અને સિલિકોન-આધારિત એકીકરણમાં સંભવિત ફાયદા ધરાવે છે.

એકંદરે, બેન્ડ થિયરી અને કટઓફ તરંગલંબાઇના મુખ્ય ખ્યાલો દ્વારા, ફોટોડિટેક્ટરમાં વિવિધ સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીની એપ્લિકેશન લાક્ષણિકતાઓ અને તરંગલંબાઇ કવરેજ શ્રેણીની વ્યવસ્થિત સમીક્ષા કરવામાં આવી છે, અને સામગ્રી પસંદગી, ફાઇબર ઓપ્ટિક સંચાર તરંગલંબાઇ વિન્ડો અને એકીકરણ પ્રક્રિયા ખર્ચ વચ્ચેના ગાઢ સંબંધને દર્શાવવામાં આવ્યો છે.