ဖိုတိုထောက်လှမ်းကိရိယာများနှင့် ဖြတ်တောက်မှုလှိုင်းအလျားများ

ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများနှင့် ဖြတ်တောက်မှု လှိုင်းအလျားများ

ဤဆောင်းပါးသည် photodetector များ၏ ပစ္စည်းများနှင့် အလုပ်လုပ်ပုံမူများ (အထူးသဖြင့် band theory ကိုအခြေခံသည့် response mechanism) အပြင် မတူညီသော semiconductor ပစ္စည်းများ၏ key parameters များနှင့် application scenarios များကို အဓိကထားဖော်ပြထားပါသည်။
၁။ အဓိကမူ- ဖိုတိုဒိုင်တာသည် ဖိုတိုလျှပ်စစ်အာနိသင်အပေါ်အခြေခံ၍ လုပ်ဆောင်သည်။ ဖြစ်ပေါ်လာသော ဖိုတွန်များသည် valence band မှ conduction band သို့ အီလက်ထရွန်များကို လှုံ့ဆော်ပေးပြီး ထောက်လှမ်းနိုင်သော လျှပ်စစ်အချက်ပြမှုကို ဖန်တီးရန်အတွက် လုံလောက်သော စွမ်းအင် (ပစ္စည်း၏ bandgap width Eg ထက်ပိုမိုများပြားသည်) ကို သယ်ဆောင်ရန် လိုအပ်သည်။ ဖိုတွန်စွမ်းအင်သည် wavelength နှင့် ပြောင်းပြန်အချိုးကျသောကြောင့် ဒိုင်တာတွင် တုံ့ပြန်နိုင်သော အမြင့်ဆုံး wavelength “cut-off wavelength” (λ c) ရှိပြီး ၎င်းထက်ကျော်လွန်၍ ထိရောက်စွာ တုံ့ပြန်နိုင်မည်မဟုတ်ပါ။ cutoff wavelength ကို λ c ≈ 1240/Eg (nm) ဖော်မြူလာကို အသုံးပြု၍ ခန့်မှန်းနိုင်ပြီး Eg ကို eV ဖြင့် တိုင်းတာသည်။
၂။ အဓိက တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများနှင့် ၎င်းတို့၏ ဝိသေသလက္ခဏာများ-
ဆီလီကွန် (Si): bandgap width 1.12 eV ခန့်၊ cutoff wavelength 1107 nm ခန့်။ 850 nm ကဲ့သို့သော short-wavelength detection အတွက် သင့်တော်ပြီး short-range multimode fiber optic interconnection (data center များကဲ့သို့) အတွက် အသုံးများသည်။
Gallium arsenide (GaAs): bandgap width 1.42 eV၊ cutoff wavelength ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 873 nm။ 850 nm wavelength band အတွက် သင့်လျော်ပြီး ၎င်းကို single chip ပေါ်တွင် တူညီသောပစ္စည်း၏ VCSEL light source များနှင့် ပေါင်းစပ်နိုင်သည်။
အင်ဒီယမ် ဂယ်လီယမ် အာဆီနိုက် (InGaAs): bandgap width ကို 0.36~1.42 eV အကြား ချိန်ညှိနိုင်ပြီး cutoff wavelength သည် 873~3542 nm အထိ လွှမ်းခြုံထားသည်။ ၎င်းသည် 1310 nm နှင့် 1550 nm fiber ဆက်သွယ်ရေး ပြတင်းပေါက်များအတွက် mainstream detector ပစ္စည်းဖြစ်သော်လည်း InP substrate လိုအပ်ပြီး silicon-based circuits များနှင့် ပေါင်းစပ်ရန် ရှုပ်ထွေးသည်။
Germanium (Ge): ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် bandgap width 0.66 eV နှင့် ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 1879 nm cutoff wavelength ရှိသည်။ ၎င်းသည် 1550 nm မှ 1625 nm (L-band) အထိ ဖုံးအုပ်နိုင်ပြီး ဆီလီကွန် အောက်ခံများနှင့် တွဲဖက်အသုံးပြုနိုင်သောကြောင့် ရှည်လျားသော band များအပေါ် တုံ့ပြန်မှုကို တိုးချဲ့ရန်အတွက် လက်တွေ့ကျသော ဖြေရှင်းချက်တစ်ခု ဖြစ်စေသည်။
ဆီလီကွန် ဂျာမေနီယမ် သတ္တုစပ် (Si0.5Ge0.5 ကဲ့သို့): bandgap width 0.96 eV ခန့်၊ cutoff wavelength 1292 nm ခန့်။ ဆီလီကွန်တွင် ဂျာမေနီယမ်ကို doping လုပ်ခြင်းဖြင့် response wavelength ကို ဆီလီကွန် substrate ပေါ်တွင် ပိုရှည်သော band များအထိ တိုးချဲ့နိုင်သည်။
၃။ အပလီကေးရှင်း အခြေအနေ ဆက်စပ်မှု-
၈၅၀ nm လှိုင်းနှုန်း:ဆီလီကွန် ဖိုတိုထောက်လှမ်းကိရိယာများသို့မဟုတ် GaAs photodetectors များကို အသုံးပြုနိုင်သည်။
၁၃၁၀/၁၅၅၀ nm လှိုင်းနှုန်း:InGaAs ဖိုတိုထောက်လှမ်းကိရိယာများအဓိကအားဖြင့် အသုံးပြုကြသည်။ သန့်စင်သော ဂျာမေနီယမ် သို့မဟုတ် ဆီလီကွန် ဂျာမေနီယမ် သတ္တုစပ် ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများသည်လည်း ဤအပိုင်းအခြားကို လွှမ်းခြုံနိုင်ပြီး ဆီလီကွန်အခြေခံ ပေါင်းစပ်မှုတွင် အလားအလာရှိသော အားသာချက်များ ရှိနိုင်သည်။

အလုံးစုံသော်၊ band theory နှင့် cutoff wavelength ၏ အဓိကသဘောတရားများမှတစ်ဆင့်၊ photodetectors များရှိ မတူညီသော semiconductor ပစ္စည်းများ၏ application characteristics နှင့် wavelength coverage range ကို စနစ်တကျ ပြန်လည်သုံးသပ်ခဲ့ပြီး၊ ပစ္စည်းရွေးချယ်မှု၊ fiber optic communication wavelength window နှင့် integration process cost အကြား နီးကပ်သော ဆက်နွယ်မှုကို ထောက်ပြထားပါသည်။