ဖိုတိုထောက်လှမ်းကိရိယာဖွဲ့စည်းပုံအမျိုးအစား

အမျိုးအစားဓာတ်ပုံရှာဖွေကိရိယာဖွဲ့စည်းပုံ
ဓာတ်ပုံရှာဖွေကိရိယာသည် optical signal ကို electrical signal အဖြစ်ပြောင်းလဲပေးသော device တစ်ခုဖြစ်ပြီး၊ ၎င်း၏ဖွဲ့စည်းပုံနှင့် မျိုးကွဲများကို အဓိကအားဖြင့် အောက်ပါအမျိုးအစားများအဖြစ် ခွဲခြားနိုင်သည်။
(1) အလင်းကူးပစ္စည်း အလင်းရှာဖွေကိရိယာ
ဓာတ်ပုံလျှပ်ကူးပစ္စည်းများကို အလင်းနှင့်ထိတွေ့သောအခါ၊ ဓာတ်ပုံထုတ်လုပ်ပေးသော သယ်ဆောင်သူသည် ၎င်းတို့၏ လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကို မြှင့်တင်ပေးပြီး ခုခံမှုကို လျော့ကျစေသည်။ အခန်းအပူချိန်တွင် လှုံ့ဆော်ပေးသော သယ်ဆောင်သူများသည် လျှပ်စစ်စက်ကွင်း၏ လုပ်ဆောင်ချက်အောက်တွင် ဦးတည်ချက်အတိုင်း ရွေ့လျားပြီး လျှပ်စီးကြောင်းကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ အလင်းအခြေအနေအောက်တွင် အီလက်ထရွန်များသည် လှုံ့ဆော်ပြီး အကူးအပြောင်း ဖြစ်ပေါ်သည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ ၎င်းတို့သည် လျှပ်စစ်စက်ကွင်း၏ လုပ်ဆောင်ချက်အောက်တွင် ရွေ့လျားကာ ဓာတ်ပုံလျှပ်စီးကြောင်းကို ဖွဲ့စည်းသည်။ ရလဒ်အနေဖြင့် ဓာတ်ပုံထုတ်လုပ်ပေးသော သယ်ဆောင်သူများသည် စက်ပစ္စည်း၏ လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်းကို မြှင့်တင်ပေးပြီး ခုခံမှုကို လျော့ကျစေသည်။ ဓာတ်ပုံရိုက်ကူးပေးသော ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာများသည် မြင့်မားသော gain နှင့် စွမ်းဆောင်ရည်တွင် တုံ့ပြန်မှုကောင်းမွန်မှုကို ပြသလေ့ရှိသော်လည်း မြင့်မားသောကြိမ်နှုန်းရှိသော optical signal များကို မတုံ့ပြန်နိုင်သောကြောင့် တုံ့ပြန်မှုအမြန်နှုန်းသည် နှေးကွေးပြီး အချို့သောရှုထောင့်များတွင် ဓာတ်ပုံရိုက်ကူးပေးသော ကိရိယာများ၏ အသုံးချမှုကို ကန့်သတ်ထားသည်။

(၂)PN ဖိုတိုထောက်လှမ်းကိရိယာ
PN photodetector ကို P-type semiconductor ပစ္စည်းနှင့် N-type semiconductor ပစ္စည်းတို့ ထိတွေ့မှုဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသည်။ ထိတွေ့မှုမဖြစ်ပေါ်မီ ပစ္စည်းနှစ်ခုသည် သီးခြားအခြေအနေတွင် ရှိနေသည်။ P-type semiconductor ရှိ Fermi level သည် valence band ၏ အစွန်းနှင့်နီးပြီး N-type semiconductor ရှိ Fermi level သည် conduction band ၏ အစွန်းနှင့်နီးသည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ conduction band ၏ အစွန်းရှိ N-type ပစ္စည်း၏ Fermi level သည် ပစ္စည်းနှစ်ခု၏ Fermi level တူညီသောအနေအထားတွင်ရှိနေသည်အထိ အောက်ဘက်သို့ အဆက်မပြတ်ရွေ့လျားနေသည်။ conduction band နှင့် valence band ၏ အနေအထားပြောင်းလဲမှုသည် band ၏ကွေးညွှတ်မှုနှင့်အတူ ပါလာသည်။ PN junction သည် မျှခြေတွင်ရှိပြီး uniform Fermi level ရှိသည်။ charge carrier analysis ၏ရှုထောင့်မှကြည့်လျှင် P-type ပစ္စည်းများတွင် charge carrier အများစုသည် hole များဖြစ်ပြီး N-type ပစ္စည်းများတွင် charge carrier အများစုသည် electron များဖြစ်သည်။ ပစ္စည်းနှစ်ခုထိတွေ့သောအခါ carrier concentration ကွာခြားမှုကြောင့် N-type ပစ္စည်းများတွင် electron များသည် P-type သို့ ပျံ့နှံ့သွားပြီး N-type ပစ္စည်းများတွင် electron များသည် holes များနှင့် ဆန့်ကျင်ဘက်ဦးတည်ချက်ဖြင့် ပျံ့နှံ့သွားမည်ဖြစ်သည်။ အီလက်ထရွန်နှင့် အပေါက်များ ပျံ့နှံ့မှုကြောင့် ကျန်ရှိနေသော လျော်ကြေးမပေးထားသော ဧရိယာသည် built-in လျှပ်စစ်စက်ကွင်းတစ်ခုကို ဖွဲ့စည်းပေးမည်ဖြစ်ပြီး built-in လျှပ်စစ်စက်ကွင်းသည် carrier drift ကို ဦးတည်စေမည်ဖြစ်ပြီး drift ၏ ဦးတည်ရာသည် ပျံ့နှံ့မှု ဦးတည်ရာနှင့် လုံးဝဆန့်ကျင်ဘက်ဖြစ်ပြီး၊ ဆိုလိုသည်မှာ built-in လျှပ်စစ်စက်ကွင်းဖွဲ့စည်းခြင်းသည် carrier များ၏ ပျံ့နှံ့မှုကို တားဆီးပေးပြီး ရွေ့လျားမှုနှစ်မျိုး ဟန်ချက်ညီသည်အထိ PN junction အတွင်းတွင် diffusion နှင့် drift နှစ်မျိုးလုံးရှိနေသောကြောင့် static carrier flow သည် သုညဖြစ်သည်။ အတွင်းပိုင်း dynamic balance။
PN junction သည် အလင်းရောင်ခြည်နှင့်ထိတွေ့သောအခါ၊ ဖိုတွန်၏စွမ်းအင်ကို carrier သို့လွှဲပြောင်းပေးပြီး photogenerated carrier၊ ဆိုလိုသည်မှာ photogenerated electron-hole pair ကိုထုတ်လုပ်သည်။ လျှပ်စစ်စက်ကွင်း၏လုပ်ဆောင်မှုအောက်တွင်၊ electron နှင့် hole တို့သည် N ဒေသနှင့် P ဒေသသို့အသီးသီးရွေ့လျားသွားပြီး photogenerated carrier ၏ directional drift သည် photocurrent ကိုထုတ်ပေးသည်။ ၎င်းသည် PN junction photodetector ၏အခြေခံမူဖြစ်သည်။

(၃)PIN ဓာတ်ပုံရှာဖွေကိရိယာ
Pin photodiode သည် P-type ပစ္စည်းနှင့် N-type ပစ္စည်းဖြစ်ပြီး I အလွှာကြားတွင်ရှိသော ပစ္စည်းဖြစ်သည်။ ပစ္စည်း၏ I အလွှာသည် ယေဘုယျအားဖြင့် intrinsic သို့မဟုတ် low-doping ပစ္စည်းဖြစ်သည်။ ၎င်း၏အလုပ်လုပ်ပုံယန္တရားသည် PN junction နှင့်ဆင်တူသည်၊ PIN junction သည် အလင်းရောင်ခြည်နှင့်ထိတွေ့သောအခါ၊ photon သည် electron သို့စွမ်းအင်လွှဲပြောင်းပေးပြီး photogenerated charge carriers များကိုထုတ်ပေးသည်၊ အတွင်းပိုင်းလျှပ်စစ်စက်ကွင်း သို့မဟုတ် ပြင်ပလျှပ်စစ်စက်ကွင်းသည် depletion layer ရှိ photogenerated electron-hole အတွဲများကိုခွဲထုတ်ပြီး drifted charge carriers များသည် external circuit တွင် current တစ်ခုဖွဲ့စည်းလိမ့်မည်။ layer I ၏အခန်းကဏ္ဍမှာ depletion layer ၏အကျယ်ကိုချဲ့ထွင်ရန်ဖြစ်ပြီး layer I သည် bias voltage ကြီးမားသောအောက်တွင် depletion layer ဖြစ်လာမည်ဖြစ်ပြီး ထုတ်လုပ်ထားသော electron-hole အတွဲများကို လျင်မြန်စွာခွဲထုတ်မည်ဖြစ်သောကြောင့် PIN junction photodetector ၏ response speed သည် ယေဘုယျအားဖြင့် PN junction detector ထက်ပိုမိုမြန်ဆန်သည်။ I အလွှာပြင်ပရှိ carriers များကိုလည်း diffusion motion မှတစ်ဆင့် depletion layer မှစုဆောင်းပြီး diffusion current တစ်ခုဖွဲ့စည်းသည်။ I အလွှာ၏အထူသည် ယေဘုယျအားဖြင့် အလွန်ပါးလွှာပြီး ၎င်း၏ရည်ရွယ်ချက်မှာ detector ၏ response speed ကိုတိုးတက်စေရန်ဖြစ်သည်။

(၄)APD အလင်းရှာဖွေကိရိယာနှင်းလျှောစီးဖိုတိုဒိုင်အိုဒိုက်
ယန္တရား၏နှင်းလျှောစီးဖိုတိုဒိုင်အိုဒိုက်PN junction နဲ့ ဆင်တူပါတယ်။ APD photodetector ဟာ doped များတဲ့ PN junction ကိုအသုံးပြုပြီး၊ APD ထောက်လှမ်းမှုအပေါ်အခြေခံတဲ့ operating voltage ဟာ ကြီးမားပြီး၊ reverse bias ကြီးမားစွာထည့်သွင်းတဲ့အခါ၊ collision ionization နဲ့ avalanche multiplication တွေဟာ APD အတွင်းမှာဖြစ်ပေါ်ပြီး၊ detector ရဲ့စွမ်းဆောင်ရည်ဟာ photocurrent တိုးလာပါတယ်။ APD ဟာ reverse bias mode မှာရှိနေတဲ့အခါ၊ depletion layer မှာရှိတဲ့ electric field ဟာ အလွန်အားကောင်းပြီး အလင်းကနေထုတ်လုပ်တဲ့ photogenerated carrier တွေဟာ လျင်မြန်စွာခွဲထွက်ပြီး electric field ရဲ့လုပ်ဆောင်ချက်အောက်မှာ လျင်မြန်စွာ drift ဖြစ်သွားပါလိမ့်မယ်။ ဒီလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်းမှာ electron တွေဟာ lattice ထဲကိုဝင်တိုက်မိပြီး lattice မှာရှိတဲ့ electron တွေကို ionized ဖြစ်စေနိုင်ခြေရှိပါတယ်။ ဒီလုပ်ငန်းစဉ်ကို ထပ်ခါတလဲလဲလုပ်ဆောင်ပြီး lattice မှာရှိတဲ့ ionized ions တွေဟာ lattice နဲ့လည်းတိုက်မိတာကြောင့် APD မှာရှိတဲ့ charge carrier အရေအတွက်တိုးလာပြီး current ကြီးမားစေပါတယ်။ APD-based detector တွေမှာ ယေဘုယျအားဖြင့် fast response speed၊ current value gain ကြီးမားခြင်းနဲ့ sensitivity မြင့်မားခြင်းတို့ရဲ့ ဝိသေသလက္ခဏာတွေရှိတာက APD အတွင်းရှိ ဒီထူးခြားတဲ့ physical mechanism ကြောင့်ပါ။ PN junction နှင့် PIN junction တို့နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက APD သည် ပိုမိုမြန်ဆန်သော တုံ့ပြန်မှုအမြန်နှုန်းရှိပြီး လက်ရှိ photosensitive ပြွန်များထဲတွင် အမြန်ဆုံးတုံ့ပြန်မှုအမြန်နှုန်းဖြစ်သည်။

(၅) ရှို့တ်ကီ လမ်းဆုံ အလင်းရှာဖွေကိရိယာ
Schottky junction photodetector ၏ အခြေခံဖွဲ့စည်းပုံမှာ အထက်တွင်ဖော်ပြထားသော PN junction နှင့်ဆင်တူသော Schottky diode ဖြစ်ပြီး ၎င်း၏လျှပ်စစ်ဝိသေသလက္ခဏာများသည် positive conduction နှင့် reverse cut-off ပါရှိသော unidirectional conductivity ရှိသည်။ မြင့်မားသော work function ရှိသောသတ္တုနှင့် low work function ရှိသော semiconductor တစ်ခု contact ဖြစ်သောအခါ Schottky barrier တစ်ခုဖြစ်ပေါ်လာပြီး ရလဒ် junction သည် Schottky junction ဖြစ်သည်။ အဓိကယန္တရားသည် PN junction နှင့် အနည်းငယ်ဆင်တူပြီး N-type semiconductors များကို ဥပမာအဖြစ်ယူလျှင် ပစ္စည်းနှစ်ခုထိတွေ့သောအခါ ပစ္စည်းနှစ်ခု၏ electron အာရုံစူးစိုက်မှုကွဲပြားမှုကြောင့် semiconductor ရှိ electron များသည် သတ္တုဘက်သို့ ပျံ့နှံ့သွားမည်ဖြစ်သည်။ ပျံ့နှံ့သွားသော electron များသည် သတ္တု၏တစ်ဖက်စွန်းတွင် အဆက်မပြတ်စုပုံလာပြီး သတ္တု၏ မူလလျှပ်စစ်ကြားနေမှုကို ဖျက်ဆီးကာ semiconductor မှ contact မျက်နှာပြင်ပေါ်ရှိ သတ္တုသို့ built-in electric field တစ်ခုဖြစ်ပေါ်စေပြီး electron များသည် internal electric field ၏လုပ်ဆောင်ချက်အောက်တွင် ရွေ့လျားသွားမည်ဖြစ်ပြီး carrier ၏ diffusion နှင့် drift motion သည် အချိန်ကာလတစ်ခုကြာပြီးနောက် dynamic equilibrium သို့ရောက်ရှိကာ နောက်ဆုံးတွင် Schottky junction ကိုဖွဲ့စည်းမည်ဖြစ်သည်။ အလင်းရောင်အခြေအနေအောက်တွင်၊ အတားအဆီးဒေသသည် အလင်းကိုတိုက်ရိုက်စုပ်ယူပြီး အီလက်ထရွန်အပေါက်အတွဲများကိုထုတ်ပေးပြီး PN junction အတွင်းရှိ photogenerated carriers များသည် junction region သို့ရောက်ရှိရန် diffusion region ကိုဖြတ်သန်းရန်လိုအပ်သည်။ PN junction နှင့်နှိုင်းယှဉ်ပါက Schottky junction ကိုအခြေခံသည့် photodetector သည် ပိုမိုမြန်ဆန်သော response speed ရှိပြီး response speed သည် ns level သို့ပင်ရောက်ရှိနိုင်သည်။