{"id":1169,"date":"2025-12-18T08:26:59","date_gmt":"2025-12-18T08:26:59","guid":{"rendered":"https:\/\/photo-detector.com\/?p=1169"},"modified":"2025-12-18T08:27:04","modified_gmt":"2025-12-18T08:27:04","slug":"silizium-vs-germanium-fotodioden","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/photo-detector.com\/de\/silicon-vs-germanium-photodiodes\/","title":{"rendered":"Silizium- vs. Germanium-Photodioden: Ein grundlegender Vergleich"},"content":{"rendered":"

Wenn Sie schon einmal eine Fotodiode f\u00fcr ein Projekt ausw\u00e4hlen mussten und Datenbl\u00e4tter angestarrt haben, bis Ihnen die Augen weh taten, sind Sie nicht allein. Die gro\u00dfe Frage l\u00e4uft meist auf Folgendes hinaus: \u201cNehme ich Silizium oder Germanium?\u201d Beide eignen sich hervorragend, aber je nachdem, welches Licht Sie einfangen wollen, sind sie v\u00f6llig unterschiedliche Tiere. Lassen Sie es uns in einfachem Englisch erkl\u00e4ren - ein Doktortitel ist nicht erforderlich.<\/p>\n\n\n\n

Warum \u00fcberhaupt Silizium und Germanium vergleichen?<\/h2>\n\n\n\n

Silizium-Fotodioden sind \u00fcberall. Die Kamera Ihres Telefons? Silizium. Die meisten faseroptischen Empf\u00e4nger? Silizium. Billig, robust, superempfindlich von etwa 400 nm bis 1100 nm. Germanium hingegen ist eher etwas f\u00fcr \u201cSpezialeins\u00e4tze\u201d. Es sieht viel tiefer in den Infrarotbereich hinein - bis etwa 1800 nm - und ist daher die erste Wahl, wenn man mit Telekommunikationswellenl\u00e4ngen von 1310 nm oder 1550 nm arbeitet oder Nachtsichtger\u00e4te einsetzt.<\/p>\n\n\n\n

Ein kurzer Blick auf den Wellenl\u00e4ngenbereich:<\/p>\n\n\n\n

Material<\/th>Hauptempfindlichkeitsbereich<\/th>H\u00f6chste Empfindlichkeit in der Regel um<\/th>Geht raus an (verwendbar)<\/th><\/tr><\/thead>
Silizium (Si)<\/td>400-1100 nm<\/td>900-980 nm<\/td>~1100 nm<\/td><\/tr>
Germanium (Ge)<\/td>800-1800 nm<\/td>1450-1550 nm<\/td>~1850 nm<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Ja, Germanium lacht im Grunde \u00fcber alles, was jenseits von 1100 nm liegt, und sagt: \u201cIch habe dich.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Empfindlichkeit und Quanteneffektivit\u00e4t - Wer gewinnt wo?<\/h2>\n\n\n\n

Silizium ist im sichtbaren und nahen IR-Bereich bis 1000 nm unangefochtener Sieger. Die typische Quanteneffizienz (QE) f\u00fcr eine gute Si-PIN-Photodiode liegt bei 900 nm bei 85-95%. Wir haben einige Si-PIN-Photodioden<\/a> bei Bee Photon, die bei 850 nm 0,65 A\/W erreichte, ohne ins Schwitzen zu geraten.<\/p>\n\n\n\n

Die QE von Germanium ist niedriger - normalerweise 70-90% im Bereich von 1300-1550 nm - aber das ist immer noch sehr gut f\u00fcr etwas, das tats\u00e4chlich so weit sehen kann. Der Haken an der Sache? Germanium hat einen h\u00f6heren Dunkelstrom (Leckstrom, wenn kein Licht darauf f\u00e4llt), der bei Raumtemperatur manchmal 10-100 Mal h\u00f6her ist als bei Silizium. Das bedeutet mehr Rauschen, wenn man bei schwachem Licht ohne K\u00fchlung arbeitet.<\/p>\n\n\n\n

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\"Si-PIN-Photodiode
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Si-PIN-Photodiode mit niedrigem Dunkelstrom (350-1060nm) PDCC34-001<\/a><\/h2>\n\n
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Bee Photon bietet eine kompakte COB-Si-PIN-Photodiode mit breiter spektraler Empfindlichkeit (350-1060nm). Diese Chip-on-Board-Photodiode zeichnet sich durch einen niedrigen Dunkelstrom aus und ist ideal f\u00fcr integrierte und platzbeschr\u00e4nkte Anwendungen.<\/p>\n\n\t\t\t<\/div><\/div>\n\n\n

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Tag:<\/span>Chip an Bord<\/a>, <\/span>COB-Paket<\/a>, <\/span>COB-Si-PIN-Fotodiode<\/a>, <\/span>Kompakter Photodetektor<\/a>, <\/span>Miniaturisierter Sensor<\/a>, <\/span>Optisches Modul<\/a>, <\/span>Si-PIN-Diode<\/a><\/div><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

L\u00e4rm und Temperatur - der nicht ganz so lustige Teil<\/h2>\n\n\n\n

Hier etwas, das ich bei einem Kundenprojekt auf die harte Tour gelernt habe: Der Dunkelstrom von Germanium verdoppelt sich ungef\u00e4hr alle 8-10 \u00b0C. Silizium? Eher alle 15-18 \u00b0C. Wenn Ihr Detektor in einem Kasten steht, in dem es warm wird, verh\u00e4lt sich Silizium in der Regel besser ohne einen thermoelektrischen K\u00fchler.<\/p>\n\n\n\n

Echte Zahlen von Hamamatsu und anderen seri\u00f6sen Datenbl\u00e4ttern (\u00f6ffentlich zug\u00e4nglich):<\/p>\n\n\n\n

Temperatur<\/th>Typischer Si-Dunkelstrom (nA)<\/th>Typischer Ge-Dunkelstrom (nA)<\/th><\/tr><\/thead>
25 \u00b0C<\/td>0.1 - 2<\/td>50 - 500<\/td><\/tr>
40 \u00b0C<\/td>~1 - 10<\/td>500 - 5000<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Aus diesem Grund verwenden viele Anwendungen im Freien oder in der Industrie Silizium, es sei denn, sie ben\u00f6tigen unbedingt die gr\u00f6\u00dfere Wellenl\u00e4nge.<\/p>\n\n\n\n

Geschwindigkeit - Wie schnell k\u00f6nnen sie reagieren?<\/h2>\n\n\n\n

Beide k\u00f6nnen schnell hergestellt werden, aber Silizium-PIN-Strukturen sind einfacher herzustellen und haben eine geringere Kapazit\u00e4t. Mit einer 1 mm\u00b2 gro\u00dfen Si-PIN-Fotodiode kann man leicht eine Anstiegszeit von <1 ns erreichen. Germanium ist etwas langsamer, weil das Material selbst eine h\u00f6here Ladungstr\u00e4gerlebensdauer hat und die Kapazit\u00e4t bei gleicher aktiver Fl\u00e4che tendenziell gr\u00f6\u00dfer ist. Typische Ge-PIN-Anstiegszeiten liegen bei 2-10 ns - f\u00fcr die meisten Telekommunikations- oder LIDAR-Anwendungen immer noch rasend schnell, aber nicht ganz auf Siliziumniveau.<\/p>\n\n\n\n

Kosten-Realit\u00e4tscheck (Preise 2025, ungef\u00e4hr)<\/h2>\n\n\n\n
Typ<\/th>Typischer Preis (1-99 St\u00fcck)<\/th>Preis pro mm\u00b2 aktive Fl\u00e4che<\/th><\/tr><\/thead>
Standard-Si-PIN (ohne InGaAs)<\/td>$2 - $15<\/td>~$3-8<\/td><\/tr>
Germanium-PIN-Fotodiode<\/td>$25 - $120<\/td>~$30-100<\/td><\/tr>
Gek\u00fchlte InGaAs (wenn Sie noch l\u00e4nger brauchen)<\/td>$200+<\/td>Der Himmel ist die Grenze<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Germanium ist bei \u00e4hnlicher Gr\u00f6\u00dfe tats\u00e4chlich 5-20 Mal teurer als Silizium. Wenn Ihr Chef fragt: \u201cK\u00f6nnen wir stattdessen Silizium verwenden?\u201d und Sie nur bei 850 nm oder 980 nm arbeiten, lautet die Antwort fast immer \"Ja\", und Sie werden eine Menge Geld sparen.<\/p>\n\n\n\n

Wenn wir Germanium tats\u00e4chlich empfehlen (ja, das kommt vor)<\/h2>\n\n\n\n

Letztes Jahr hatten wir einen Kunden, der OCT (optische Koh\u00e4renztomographie) bei 1300 nm durchf\u00fchrte. Silizium war dort v\u00f6llig blind. Wir tauschten eine Germanium-Photodiode aus, das Rauschen war h\u00f6her als gew\u00fcnscht, also f\u00fcgten wir einen winzigen TEC und einen von uns entwickelten Transimpedanzverst\u00e4rker hinzu. Das Endergebnis: ein 5\u00d7 besseres Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis als bei ihrem vorherigen Versuch mit Silizium. Sie grinsten von Ohr zu Ohr.<\/p>\n\n\n\n

Eine weitere lustige Geschichte: Ein Forschungslabor misst die Absorptionslinien von Wasserdampf bei 1650 nm. Silizium? Fehlanzeige. Germanium hat es auf Anhieb geschafft.<\/p>\n\n\n\n

\"Silizium-<\/figure>\n\n\n\n

Spickzettel f\u00fcr schnelle Entscheidungen<\/h2>\n\n\n\n

W\u00e4hlen Sie Silicon, wenn:<\/p>\n\n\n\n