半导体光电器材是把光和电这两种物理量联系起来,使光和电互相转化的新式半导体器材。光电器材首要有,使用半导体光敏特性作业的光电导器材,使用半导体光伏打效应作业的光电池和半导体发光器材等。这一节中简略地向我们介绍一下这些光电器材的作业原理。
一、 光电导器材
本章第一节曾介绍过半导体资料的光敏特性,即当半导体资料遭到必定波长光线的照耀时,其电阻率显着减小,或说电导率增大的特性。这个现象也叫半导体的光电导特性。使用这个特性制作的半导体器材叫光电导器材。
半导体资料的电导率是由载流子浓度决议的。载流子便是由半导体原子 逸出来的电子及其留下的空位—– 空穴。电从原子中逃逸出来,有必要吉孝服原子的捆绑而做功,而光照正是向电子供给能量,使它有才能逃逸出来的一种方式。因而,光照能够改动载流子的浓度,然后必变半导体的电导率。
光电导器材首要有光敏电阻、光电二极管光电三极管等。
1.光敏电阻。
这是一种半导体电阻。在没有光照时,电阻很大;在必定波长规模的光照下,电阻值显着变小。制作光敏电阻的资料首要有硅、锗、硫化镉、锑化铟、硫化铅、硒化镉、硒化铅等。硫化镉光敏电阻对可见光灵敏,用硫化镉单晶制作的光敏电阻对X射线、γ射线也灵敏;硫化铅和锑化铟对红线外线光灵敏。使用这些光敏电阻能够制成各种光探测器。
感光面积大的光敏电阻,能够获得较大的明暗电阻差。如国产625-A型硫化镉光敏电阻,其光照电阻小于50千欧,暗电阻大于50兆欧。
2.光电二极管
光电二极管的管芯也是一个PN结,仅仅结面积比一般二极管大,便于接纳光线。但和一般二极管不同,光电二极管是在反向电压下作业的。它的暗电流很小,只要0 1微安左右。在光线照耀下发生的电子—-空穴对叫光生载流子,它们参与导电会增大反向饱和电流。光生载流子的数量与光强度有关,因而,反向饱和电流会跟着光强的改变而改变,然后能够把光信号的改变转为电流及电压的改变。
光电二极管首要用于近红外探测器及光电转化的自动操控仪器中,还能够作为光导纤维通讯的接纳器材。
3.光电三极度管:
光电三极管的结构与一般三极度管相同,但基区面积较大,私函于接纳更多的入射光线。入射光在基区激宣布电子—-空穴时,构成基极电流,而集电极电流是基极电流β倍,因而光照便能有效地操控集电极电流。光电三极管比光电二极管有更高的灵敏度。
二、光伏打器材—-硅光电池
半导体PN结在遭到光照耀时能发生电动势的效应,叫光伏打效应。硅光电池便是使用光伏打效应将光能直接换成电能的半导体器材。
硅光电池便是一个大面积PN结。光照能够使薄薄的P型区发生很多的光生载流子。这些光生电子和空穴,会向PN结方向分散。分散过程中,一部分电子和空穴复合消失,大部分分散到PN结边际。在结电场的效果下,大部分光生空穴被电场推回P型区而不能穿越PN结;大部分光生电阻却遭到结电场的加快效果穿越PN结,抵达N型区。跟着光生电子在N型区的堆集及光生空穴在P类型区的堆集,会在在PN对的两边发生一个安稳的电位差,这便是光生电动势。当光电池两头接有负载时,将有电流流过负载,起着电池的效果。
硅光电池的用处极度为广泛。首要用于下述几个方面:
动力—-硅光电池串联或并联组成电池组与镍镉电池合作、可作为人形成卫星、宇宙飞船、航标灯、无人气象站等设备的电源;也可做电子手表、电子计算器、小类型轿车、游艇等的电源。
光电检测器材—-用作近红外探测器、光电读出、光电耦合、激光准直、电影还音等设备的光感受器。
光电操控器材—-用作光电开关等光电操控设备的转化器材。
三、半导体发光器材
半导体发光器材是一种将电能转化成光能的器材。它包含发光二极管、红外光源、半导体发光数字管等。
1.发光二极管
发光二极管的管芯也是一个PN结,并具有单向导电性。PN结加上正向电压时,电子由N区渡越(分散)到空间电荷区与空穴复合而释放出能量。这些能量大部分以发光的方式呈现,因而,能够直接将电能转化成光能。发光二极管的发光色彩(波长),困半导体资料及掺杂成分不同而不同。常用的有黄、绿、红等色彩的发光二极管。
发光二极管作业电压很低(1 5-3伏),作业电流很小(10-30毫安),耗电极省。可作灯火信号显现、快速光源,也呆一同起整流和发光两种效果。
2.发光数字管
把磷化镓发光管或磷化镓发光管的管芯制成条状,用七条发光管组成七段式数字显现管,能够显现从0到9的十个数字。这种半导体数字显现管的长处是体积小、耗电省、寿命长、呼应速度快。它能够作为各种小型计算器及数字显现外表的数字显现用。
3.光电耦合器
把半导体发光器材和光敏器材组合关闭装在一同,就组成了具有电—光—电转化功用的光电耦合器。明显,给耦合器输入一个电信号,发光器材就发光,光被光接纳器材接纳后,又转成换成电信号输出。由于输入主输出之间用光进行耦合。所以输出端对输入端没有反应,具有优秀的阻隔功能和抗干扰功能。光电耦合器又是光电开关,这种光电开关不存在继电器中机械点易疲惫的问题,可靠性很高。
