DE3536544A1 - Fotoelektrischer detektor fuer glasfaseruebertragungsleitungen und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Fotoelektrischer detektor fuer glasfaseruebertragungsleitungen und verfahren zu seiner herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft einen fotoelektrischen Detektor für Glasfaserübertragungsleitungen und Verfahren zu seiner Herstellung.
Es sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Um­ wandlung von Lichtsignalen in elektrische Signale be­ kannt. Insbesondere im Zusammenhang mit der Übertragung von Signalen über optische Leiter wurden vielfach De­ tektoren vorgeschlagen, die das aus dem Lichtleiter austretende Licht wieder in direkt weiterverarbeitbare Ströme oder Spannungen umwandeln. Solche Detektoren müssen nicht nur außerordentlich schnell, sondern auch im fraglichen optischen Spektralbereich hinreichend empfindlich und dazu noch robust und wartungsfrei sein. Ihre möglichst verlustarme Ankopplung an den Ausgang des Lichtleiters ist nicht einfach.
Es ist das Ziel der Erfindung, Detektoren der eingangs genannten Art zu schaffen, die besonders einfach und kostengünstig sind.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, das ausgangsseitige Ende der Glasfaser zur Bildung einer Fotodiode bzw. eines Fotowiderstandes mit einer dünnen Schicht aus einem fotoempfindlichen amorphen Halbleiter ummantelt wird.
Vorteilhaft wird die Schicht durch Abscheiden aus der Gasphase, beispielsweise durch Glimmentladung, Sputtern oder Aufdampfen aufgetragen.
Als Halbleiter werden besonders zweckmäßig amorphes (wasserstoffhaltiges) Silizium, eine amorphe Verbindung von Silizium mit Germanium, Kohlenstoff oder Zinn, amorphes Siliziumcarbid oder Silizium-Nitrid verwendet.
Dadurch, daß der Detektor das Glasfaserende umschließt, ergibt sich eine besonders einfache Auskoppelung des Lichtes aus der Glasfaser bei gleichzeitiger Verwand­ lung in das elektrische Signal. Besonders vorteilhaft hat sich die platzsparende rotationssymmetrische Form gezeigt.
Dabei kann das Glasfaserende eine beliebige Form haben; es ergibt sich immer eine optimale Lichteinkopplung ohne Beeinträchtigung des Herstellverfahrens. Außerdem erlaubt die zylindersymmetrische Struktur einen einfa­ chen koaxialen Anschluß, was für die Übertragung von Hochfrequenzsignalen von Bedeutung ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und der Beschrei­ bung, worin im folgenden anhand der Zeichnung zwei Aus­ führungsbeispiele erörtert werden. Es zeigen
Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten foto­ elektrischen Detektors,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Weiterbildung des Ge­ genstandes von Fig. 1.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren hergestellten fotoelektrischen Detektors. Dabei ist das Ende der Glasfaser mit 1 bezeichnet. Dieses wird mit einer Antireflexionsschicht 2, beispielsweise aus ITO (Indium Tin Oxide), SnO x oder ITO/SnO x ummantelt. Darauf wird durch eine Glimmentladung, durch Sputtern oder Aufdampfen ein wei­ terer Mantel aus amorphem wasserstoffhaltigem Silizium aufgetragen, der mit 5 bezeichnet ist. Dieser kann als z. B. als pin-Diode, als nip-Diode, als Schottky-Diode oder auch als Photowiderstand angelegt werden, je nach­ dem wie die Dotierung der aufeinanderfolgenden Halblei­ ter- und/oder Metallschichten gewählt wurde.
Gegen die Glasfaser wird die Antireflexionsschicht 2 mit einer Ummantelung 3 aus Metall, z.B. Al/Ag abge­ schlossen, die gleichzeitig als erster Kontakt dient und zum Anschluß 6 führt. Die Siliziumhülle 5 ihrer­ seits wird von einer weiteren Metallkappe 4 teilweise umschlossen, die als zweiter Kontakt dient und mit dem Anschluß 7 verbunden wird. Die Metallschichten 3 und 4 werden durch Aufdampfen oder Sputtern aufgebracht.
Die Wirkungsweise der mit dem beschriebenen Verfahren hergestellten Vorrichtung ist folgende:
Das aus dem Glasfaserende austretende Licht wird in der dargestellten Lichtfalle durch die Antireflexions­ schicht 2 optimal in die Siliziumschicht 5 eingekop­ pelt.
Dort werden durch Lichtabsorption freie Löcher und Elektronen als Ladungsträger erzeugt. In der Ausbildung als pin-Diode werden die freien Ladungsträger unter dem Einfluß des eingebauten elektrischen Feldes oder eines Rückwärtsfeldes getrennt, so daß ein Photostrom weit­ gehend proportional zur Lichtintensität entsteht.
Bei einer Ausbildung als nip-Diode geschieht dasselbe, jedoch ist das elektrische Feld bezüglich der TCO-Elek­ trode umgekehrt gepolt.
Wenn die Silizium-Schicht des Detektors für eine Schottky-Diode ausgelegt ist, werden ebenfalls die Ladungsträger unter dem Einfluß des elektrischen Feldes getrennt und so der Photostrom erzeugt.
Bei einer Ausbildung als Photowiderstand schließlich werden die erzeugten Ladungsträger durch ein äußeres elektrisches Feld abgesaugt.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht gestörte zylindrische Symmetrie besonders vorteilhaft zur Gel­ tung kommt. An den ersten Kontakt 3 ist hier die zylin­ drische Hülse 8 einer Koaxialsteckverbindung direkt an­ geschlossen und bildet die Verbindung zu Außenleiter eines Kabels. Entsprechend ist der Mittelanschluß 9 der Steckverbindung an den zweiten Kontakt 4 angekoppelt. Mit 10 ist der Isolator von Stecker bzw. Leitung bezeichnet.
Durch die vorgeschlagene Anordnung und Herstellungs­ methode ist es bei geeigneter Auslegung des elektrisch aktiven Bauteils 5 möglich, sehr hohe Grenzfrequenzen zu erreichen. Für einen Fotowiderstand aus amorphem, eigenleitendem, undotiertem Silizium sind beispielswei­ se bereits Signalabklingzeiten unter einer Nanosekunde erreicht worden, was einer Grenzfrequenz von 1 GHz ent­ spricht.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung eines fotoelektrischen Detektors für Glasfaserübertragungsleitungen, da­ durch gekennzeichnet, daß das ausgangsseitige Ende der Glasfaser (1) zur Bildung ei­ ner Fotodiode bzw. eines Fotowiderstandes mit einer dünnen Schicht aus einem fotoempfindlichen amorphen Halbleiter (5) ummantelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (5) durch Abscheiden aus der Gasphase aufgetragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abscheidung der Halbleiterschicht (5) in einer Glimmentladung vorgenom­ men wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abscheidung der Halbleiterschicht (5) durch Sputtern erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abscheidung der Halbleiterschicht (5) durch Aufdampfen erfolgt.
6. Fotoelektrischer Detektor für Glasfaserübertra­ gungsleitungen, dadurch gekennzeich­ net, daß das ausgangsseitige Ende der Glasfaser (1) mit einer als Diode wirkenden dünnen Schicht aus einem fotoempfindlichen amorphen Halbleiter (5) umman­ telt ist.
7. Fotoelektrischer Detektor für Glasfaserübertra­ gungsleitungen, dadurch gekennzeich­ net, daß das ausgangsseitige Ende der Glasfaser (1) mit einer als Fotowiderstand wirkenden dünnen Schicht aus einem fotoempfindlichen amorphen Halbleiter (5) ummantelt ist.
8. Fotoelektrischer Detektor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter (5) aus amorphem Silizium besteht.
9. Fotoelektrischer Detektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter (5) aus amorphem wasserstoffhaltigem Silizium besteht.
10. Fotoelektrischer Detektor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter (5) aus einer amorphen Silizium-Germa­ nium-Verbindung (Si:Ge) besteht.
11. Fotoelektrischer Detektor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter (5) aus einer amorphen Silizium-Kohlen­ stoff-Verbindung (Si:C) besteht.
12. Fotoelektrischer Detektor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter (5) aus einer amorphen Silizium-Zinn- Verbindung (Si:Sn) besteht.
13. Fotoelektrischer Detektor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter (5) aus amorphem Silizium-Nitrid (Si:N) besteht.
14. Fotoelektrischer Detektor nach einem der An­ sprüche 6 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich zwischen Halbleiter­ schicht (5) und Glaskörper (1) eine leitfähige Anti-Re­ flexionsbeschichtung (2) befindet und daß eine aus Me­ tall bestehende Schicht (3) als erster elektrischer An­ schluß diese Anti-Reflexionsbeschichtung (2) abschließt.
15. Fotoelektrischer Detektor nach einem der An­ sprüche 6 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine aus Metall bestehende Kappe (4) als zweiter elektrischer Anschluß die Halb­ leiter-Schicht (5) teilweise umhüllt.
16. Fotoelektrischer Detektor nach einem der An­ sprüche 6 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Anschlüsse (7, 6) des lichtempfindlichen Elementes mit Innen- und Außen­ leiter (9; 8) eines Koaxialsteckers verbunden sind.
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