အမျိုးအစားphotodetector ကိရိယာဖွဲ့စည်းပုံ
ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာoptical signal ကို လျှပ်စစ်အချက်ပြမှု၊ ၎င်း၏ဖွဲ့စည်းပုံနှင့် အမျိုးအစားအဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲပေးသည့် ကိရိယာတစ်ခုဖြစ်ပြီး အဓိကအားဖြင့် အောက်ပါအမျိုးအစားများအဖြစ် ပိုင်းခြားနိုင်သည်-
(၁) Photoconductive photodetector
Photoconductive ကိရိယာများသည် အလင်းနှင့် ထိတွေ့သောအခါ၊ ဓါတ်ပုံထုတ်လုပ်ထားသော သယ်ဆောင်သူသည် ၎င်းတို့၏ conductivity ကို တိုးမြင့်စေပြီး ၎င်းတို့၏ ခံနိုင်ရည်အား လျော့နည်းစေသည်။ သယ်ဆောင်သူများသည် အခန်းအပူချိန်တွင် စိတ်လှုပ်ရှားနေသည့် လျှပ်စစ်စက်ကွင်းတစ်ခု၏ လုပ်ဆောင်ချက်အောက်တွင် ဦးတည်ချက်အတိုင်း ရွေ့လျားကာ လျှပ်စီးကြောင်းကို ထုတ်ပေးသည်။ အလင်း၏အခြေအနေအောက်တွင် အီလက်ထရွန်များသည် စိတ်လှုပ်ရှားပြီး အသွင်ကူးပြောင်းမှု ဖြစ်ပေါ်သည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ ၎င်းတို့သည် photocurrent ဖြစ်ပေါ်လာစေရန် လျှပ်စစ်စက်ကွင်းတစ်ခု၏ လုပ်ဆောင်ချက်အောက်တွင် ပျံဝဲနေပါသည်။ ထွက်ပေါ်လာသော ဓါတ်ပုံထုတ်လုပ်ထားသော သယ်ဆောင်သူများသည် ကိရိယာ၏ လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကို တိုးစေပြီး ခုခံအားကို လျှော့ချပေးသည်။ Photoconductive photodetectors များသည် အများအားဖြင့် စွမ်းဆောင်ရည်မြင့်မားပြီး တုံ့ပြန်မှုကောင်းမွန်မှုကို ပြသလေ့ရှိသော်လည်း ၎င်းတို့သည် ကြိမ်နှုန်းမြင့် optical အချက်ပြမှုများကို တုံ့ပြန်ခြင်းမပြုနိုင်သောကြောင့် တုံ့ပြန်မှုအမြန်နှုန်းသည် နှေးကွေးသောကြောင့် အချို့သောကဏ္ဍများတွင် photoconductive ကိရိယာများအသုံးပြုမှုကို ကန့်သတ်ထားသည်။
(၂)PN ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ
PN photodetector ကို P-type semiconductor material နှင့် N-type semiconductor material အကြား အဆက်အသွယ်ဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသည်။ အဆက်အသွယ်မဖွဲ့မီ၊ ပစ္စည်းနှစ်ခုသည် သီးခြားပြည်နယ်တစ်ခုဖြစ်သည်။ P-type semiconductor တွင် Fermi အဆင့်သည် valence band ၏အစွန်းနှင့်နီးစပ်ပြီး N-type semiconductor ရှိ Fermi အဆင့်သည် conduction band ၏အစွန်းနှင့်နီးကပ်ပါသည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ conduction band အနားရှိ N-type ပစ္စည်း၏ Fermi အဆင့်သည် ပစ္စည်းနှစ်ခု၏ Fermi အဆင့် တူညီသည့်အနေအထားရောက်သည်အထိ အောက်ဘက်သို့ အဆက်မပြတ် ရွေ့နေသည်။ conduction band နှင့် valence band ၏ အနေအထား ပြောင်းလဲမှုသည် band ၏ ကွေးညွှတ်မှုနှင့်အတူ လိုက်ပါသွားပါသည်။ PN လမ်းဆုံသည် မျှခြေရှိပြီး တူညီသော Fermi အဆင့်ရှိသည်။ Charge carrier ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှု၏ရှုထောင့်မှ P-type ပစ္စည်းများရှိ အားသွင်းသယ်ဆောင်သူအများစုသည် အပေါက်များဖြစ်ပြီး N-type ပစ္စည်းများရှိ အားသွင်းပေးသူအများစုမှာ အီလက်ထရွန်များဖြစ်သည်။ ပစ္စည်းနှစ်ခု ထိတွေ့သောအခါ၊ သယ်ဆောင်သူ၏ အာရုံစူးစိုက်မှု ကွာခြားမှုကြောင့် N-type ပစ္စည်းများရှိ အီလက်ထရွန်များသည် P-type အဖြစ်သို့ ပျံ့နှံ့သွားမည်ဖြစ်ပြီး N-type ပစ္စည်းများရှိ အီလက်ထရွန်များသည် အပေါက်များဆီသို့ ဆန့်ကျင်ဘက်သို့ ပျံ့နှံ့သွားမည်ဖြစ်သည်။ အီလက်ထရွန်နှင့် အပေါက်များ ပျံ့နှံ့မှုမှ လျော်ကြေးမပေးရသေးသော ဧရိယာသည် built-in electric field တစ်ခုဖြစ်လာမည်ဖြစ်ပြီး built-in electric field သည် carrier drift သို့ ဦးတည်သွားမည်ဖြစ်ပြီး drift ၏ direction သည် diffusion ၏ ဦးတည်ချက်နှင့် ဆန့်ကျင်ဘက်ဖြစ်သည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ Built-in electric field ၏ဖွဲ့စည်းခြင်းသည် carriers များပျံ့နှံ့ခြင်းကိုတားဆီးပေးပြီး ရွေ့လျားမှုနှစ်မျိုးလုံးဟန်ချက်ညီသည်အထိ PN junction အတွင်းတွင် diffusion နှင့် drift နှစ်မျိုးလုံးရှိနေသောကြောင့် static carrier flow သည် သုညဖြစ်သည်။ အတွင်းပိုင်း လှုပ်ရှားမှူ။
PN လမ်းဆုံသည် အလင်းရောင်ခြည်နှင့် ထိတွေ့သောအခါ၊ ဖိုတွန်၏ စွမ်းအင်ကို သယ်ဆောင်သူထံ လွှဲပြောင်းပေးကာ ဓါတ်ပုံထုတ်လုပ်ထားသော သယ်ဆောင်သူဖြစ်သည့် ဓါတ်ပုံထုတ်လုပ်ထားသော အီလက်ထရွန်အပေါက်အတွဲကို ထုတ်ပေးပါသည်။ လျှပ်စစ်စက်ကွင်း၏ လုပ်ဆောင်ချက်အောက်တွင်၊ အီလက်ထရွန်နှင့် အပေါက်တို့သည် N ဒေသနှင့် P ဒေသသို့ အသီးသီး ရွေ့လျားသွားပြီး ဓါတ်ပုံထုတ်လုပ်ထားသော သယ်ဆောင်သူ၏ ဦးတည်ရာ ရွေ့လျားမှုသည် photocurrent ကို ထုတ်ပေးသည်။ ဤသည်မှာ PN junction photodetector ၏အခြေခံနိယာမဖြစ်သည်။
(၃)ပင်နံပါတ် ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ
Pin photodiode သည် I အလွှာကြားရှိ P-type material နှင့် N-type material ဖြစ်ပြီး၊ ပစ္စည်း၏ I layer သည် ယေဘုယျအားဖြင့် ပင်ကိုယ် သို့မဟုတ် low-doping material ဖြစ်သည်။ ၎င်း၏ အလုပ်လုပ်ပုံ ယန္တရားသည် PN လမ်းဆုံနှင့် ဆင်တူသည်၊၊ PIN လမ်းဆုံသည် အလင်းရောင်ခြည်နှင့် ထိတွေ့သောအခါ၊ ဖိုတွန်သည် အီလက်ထရွန်သို့ စွမ်းအင် လွှဲပြောင်းပေးကာ ဓါတ်ပုံထုတ်ပေးသော အားသွင်းသယ်ဆောင်သူများကို ထုတ်ပေးကာ အတွင်းပိုင်းလျှပ်စစ်စက်ကွင်း သို့မဟုတ် ပြင်ပလျှပ်စစ်စက်ကွင်းမှ ဓါတ်ပုံထုတ်ပေးသော အီလက်ထရွန်-အပေါက်ကို ခွဲထုတ်မည်ဖြစ်သည်။ depletion layer တွင် အတွဲလိုက်နှင့် drifted charge carriers များသည် ပြင်ပ circuit တွင် current ဖြစ်ပေါ်လာမည်ဖြစ်သည်။ Layer I တွင်ပါဝင်သည့် အခန်းကဏ္ဍမှာ depletion layer ၏ အကျယ်ကို ချဲ့ထွင်ရန်ဖြစ်ပြီး၊ ကျွန်တော်သည် အလွှာသည် ကြီးမားသောဘက်လိုက်ဗို့အားအောက်တွင် depletion layer ဖြစ်လာမည်ဖြစ်ပြီး၊ ထုတ်လုပ်လိုက်သော electron-hole အတွဲများသည် လျင်မြန်စွာ ကွဲကွာသွားမည်ဖြစ်သောကြောင့် တုံ့ပြန်မှုအမြန်နှုန်း၊ PIN junction photodetector သည် ယေဘုယျအားဖြင့် PN junction detector ထက် ပိုမြန်သည်။ I အလွှာအပြင်ဘက်ရှိ သယ်ဆောင်သူများကိုလည်း ပျံ့နှံ့မှုလျှောစီးကြောင်းအဖြစ် ဖြန့်ကျက်ရွေ့လျားမှုမှတစ်ဆင့် depletion အလွှာက စုဆောင်းသည်။ I အလွှာ၏အထူသည် ယေဘူယျအားဖြင့် အလွန်ပါးလွှာပြီး ၎င်း၏ ရည်ရွယ်ချက်မှာ detector ၏ တုံ့ပြန်မှုအရှိန်ကို မြှင့်တင်ရန်ဖြစ်သည်။
(၄)APD ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာavalanche photodiode
ယန္တရားavalanche photodiodePN junction နှင့် ဆင်တူသည်။ APD photodetector သည် ပြင်းထန်စွာ doped PN လမ်းဆုံကိုအသုံးပြုသည်၊ APD ထောက်လှမ်းမှုအပေါ်အခြေခံသည့် လည်ပတ်ဗို့အားသည် ကြီးမားပြီး ကြီးမားသောပြောင်းပြန်ဘက်လိုက်မှုကို ပေါင်းထည့်လိုက်သည့်အခါ APD အတွင်းတွင် တိုက်မိမှု ionization နှင့် avalanche multiplication ဖြစ်ပေါ်လာမည်ဖြစ်ပြီး detector ၏စွမ်းဆောင်ရည်သည် photocurrent တိုးလာပါသည်။ APD သည် ပြောင်းပြန်ဘက်လိုက်မှုမုဒ်တွင် ရှိနေသောအခါ၊ ဆုတ်ယုတ်မှုအလွှာရှိ လျှပ်စစ်စက်ကွင်းသည် အလွန်အားကောင်းမည်ဖြစ်ပြီး၊ အလင်းမှထုတ်ပေးသော ဓါတ်ပုံများကို သယ်ဆောင်သူများသည် လျှပ်စစ်စက်ကွင်း၏လုပ်ဆောင်ချက်အောက်တွင် လျင်မြန်စွာ ကွဲကွာပြီး လျင်မြန်စွာ ပျံ့လွင့်သွားမည်ဖြစ်သည်။ ဤလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း အီလက်ထရွန်များသည် ရာဇမတ်ကွက်အတွင်းသို့ ဆောင့်ဝင်လာပြီး ရာဇမတ်ကွက်အတွင်းရှိ အီလက်ထရွန်များကို အိုင်ယွန်အဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲသွားစေသည့် ဖြစ်နိုင်ခြေရှိသည်။ ဤလုပ်ငန်းစဉ်သည် ထပ်ခါတလဲလဲဖြစ်ပြီး၊ ရာဇမတ်ကွက်အတွင်းရှိ အိုင်ယွန်အိုင်းယွန်းများသည် ရာဇမတ်ကွက်နှင့်လည်း တိုက်မိသဖြင့် APD ရှိ အားသွင်းသယ်ဆောင်သူအရေအတွက် တိုးလာကာ ကြီးမားသောလျှပ်စီးကြောင်းကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ APD-based detectors များသည် ယေဘူယျအားဖြင့် လျင်မြန်သောတုံ့ပြန်မှုအမြန်နှုန်း၊ ကြီးမားသောလက်ရှိတန်ဖိုးရရှိမှုနှင့် အာရုံခံနိုင်စွမ်းမြင့်မားသော လက္ခဏာများရှိသည်။ PN လမ်းဆုံနှင့် PIN လမ်းဆုံနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက APD သည် လက်ရှိ photosensitive ပြွန်များကြားတွင် အလျင်မြန်ဆုံး တုံ့ပြန်မှုအမြန်နှုန်းဖြစ်သည့် APD တွင် ပိုမိုမြန်ဆန်သော တုံ့ပြန်မှုမြန်နှုန်းရှိသည်။
(၅) Schottky junction photodetector
Schottky junction photodetector ၏အခြေခံဖွဲ့စည်းပုံမှာ Schottky diode ဖြစ်ပြီး၊ အထက်ဖော်ပြပါ PN လမ်းဆုံ၏လျှပ်စစ်ဝိသေသလက္ခဏာများသည် အထက်ဖော်ပြပါ PN လမ်းဆုံနှင့်ဆင်တူပြီး ၎င်းတွင် positive conduction နှင့် reverse cut-off ပါရှိသော unidirectional conductivity ပါရှိသည်။ မြင့်မားသောလုပ်ငန်းဆောင်တာရှိသောသတ္တုနှင့်အလုပ်လုပ်ဆောင်မှုနိမ့်သောပုံစံရှိသောတစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးတာနှင့်တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးတာဆက်သွယ်သောအခါ၊ Schottky အတားအဆီးတစ်ခုဖြစ်ပေါ်လာပြီးရလဒ်လမ်းဆုံသည် Schottky လမ်းဆုံဖြစ်သည်။ ပင်မယန္တရားသည် PN လမ်းဆုံနှင့်အတန်ငယ်ဆင်တူပြီး N-type semiconductor ကို နမူနာအဖြစ် ယူ၍ ပစ္စည်းနှစ်ခု ထိတွေ့မိသောအခါ၊ ပစ္စည်းနှစ်ခု၏ မတူညီသော အီလက်ထရွန်ပါဝင်မှုများမှုကြောင့် ဆီမီးကွန်ဒတ်တာရှိ အီလက်ထရွန်များသည် သတ္တုဘက်သို့ ပျံ့နှံ့သွားမည်ဖြစ်သည်။ ပျံ့လွင့်နေသော အီလက်ထရွန်များသည် သတ္တု၏တစ်ဖက်တစ်ချက်တွင် အဆက်မပြတ်စုပုံနေသဖြင့် သတ္တု၏မူလလျှပ်စစ်ကြားနေမှုကို ဖျက်ဆီးကာ၊ တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးတာမှ သတ္တုမျက်နှာပြင်သို့ တပ်ဆင်ထားသော လျှပ်စစ်စက်ကွင်းကို ဖြစ်ပေါ်စေပြီး အီလက်ထရွန်များ၏ လုပ်ဆောင်ချက်အောက်တွင် လွင့်မျောသွားမည်ဖြစ်သည်။ အတွင်းပိုင်းလျှပ်စစ်စက်ကွင်းနှင့် သယ်ဆောင်သူ၏ ပျံ့နှံ့မှုနှင့် ပျံ့လွင့်မှုတို့သည် ရွေ့လျားညီမျှမှုသို့ရောက်ရှိရန် အချိန်အတိုင်းအတာတစ်ခုအကြာတွင် တစ်ပြိုင်နက်လုပ်ဆောင်မည်ဖြစ်ပြီး နောက်ဆုံးတွင် Schottky လမ်းဆုံကို ဖွဲ့စည်းမည်ဖြစ်သည်။ အလင်းအခြေအနေအောက်တွင်၊ အတားအဆီးဧရိယာသည် အလင်းကိုတိုက်ရိုက်စုပ်ယူပြီး အီလက်ထရွန်အပေါက်အတွဲများကို ထုတ်ပေးကာ PN လမ်းဆုံအတွင်းရှိ ဓါတ်ပုံထုတ်လုပ်ထားသောသယ်ဆောင်သူများသည် လမ်းဆုံဒေသသို့ရောက်ရှိရန် ပျံ့နှံ့မှုနယ်မြေကိုဖြတ်သွားရန်လိုအပ်သည်။ PN junction နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက Schottky လမ်းဆုံကိုအခြေခံသည့် photodetector သည် တုံ့ပြန်မှုမြန်နှုန်းပိုမိုမြန်ဆန်ပြီး တုံ့ပြန်မှုအမြန်နှုန်းသည် ns အဆင့်သို့ပင်ရောက်ရှိနိုင်သည်။
စာတိုက်အချိန်- သြဂုတ်-၁၃-၂၀၂၄