半導體(ti) 光電器件是把光和電這兩(liang) 種物理量聯係起來,使光和電互相轉化的新型半導體(ti) 器件。光電器件主要有,利用半導體(ti) 光敏特性工作的光電導器件,利用半導體(ti) 光伏打效應工作的光電池和半導體(ti) 發光器件等。這一節中簡略地向大家介紹一下這些光電器件的工作原理。

　　一、 光電導器件

　　本章第一節曾介紹過半導體(ti) 材料的光敏特性,即當半導體(ti) 材料受到一定波長光線的照射時,其電阻率明顯減小,或說電導率增大的特性。這個(ge) 現象也叫半導體(ti) 的光電導特性。利用這個(ge) 特性製作的半導體(ti) 器件叫光電導器件。

　　半導體(ti) 材料的電導率是由載流子濃度決(jue) 定的。載流子就是由半導體(ti) 原子 逸出來的電子及其留下的空位----- 空穴。電從(cong) 原子中逃逸出來,必須吉凶服原子的束縛而做功,而光照正是向電子提供能量,使它有能力逃逸出來的一種形式。因此,光照可以改變載流子的濃度,從(cong) 而必變半導體(ti) 的電導率。

　　光電導器件主要有光敏電阻、光電二極管光電三極管等。

　　1.光敏電阻。

　　這是一種半導體(ti) 電阻。在沒有光照時,電阻很大;在一定波長範圍的光照下,電阻值明顯變小。製作光敏電阻的材料主要有矽、鍺、硫化鎘、銻化銦、硫化鉛、硒化鎘、硒化鉛等。硫化鎘光敏電阻對可見光敏感,用硫化鎘單晶製造的光敏電阻對X射線、Γ射線也敏感;硫化鉛和銻化銦對紅線外線光敏感。利用這些光敏電阻可以製成各種光探測器。

　　感光麵積大的光敏電阻,可以獲得較大的明暗電阻差。如國產(chan) 625-A型硫化鎘光敏電阻,其光照電阻小於(yu) 50千歐,暗電阻大於(yu) 50兆歐。

　　2.光電二極管

　　光電二極管的管芯也是一個(ge) PN結,隻是結麵積比普通二極管大,便於(yu) 接收光線。但和普通二極管不同,光電二極管是在反向電壓下工作的。它的暗電流很小,隻有0 1微安左右。在光線照射下產(chan) 生的電子----空穴對叫光生載流子,它們(men) 參加導電會(hui) 增大反向飽和電流。光生載流子的數量與(yu) 光強度有關(guan) ,因此,反向飽和電流會(hui) 隨著光強的變化而變化,從(cong) 而可以把光信號的變化轉為(wei) 電流及電壓的變化。

　　光電二極管主要用於(yu) 近紅外探測器及光電轉換的自動控製儀(yi) 器中,還可以作為(wei) 光導纖維通信的接收器件。

　　3.光電三極度管:

　　光電三極管的結構與(yu) 普通三極度管相同,但基區麵積較大,便函於(yu) 接收更多的入射光線。入射光在基區激發出電子----空穴時,形成基極電流,而集電極電流是基極電流Β倍,因此光照便能有效地控製集電極電流。光電三極管比光電二極管有更高的靈敏度。二、光伏打器件----矽光電池

　　半導體(ti) PN結在受到光照射時能產(chan) 生電動勢的效應,叫光伏打效應。矽光電池就是利用光伏打效應將光能直接換成電能的半導體(ti) 器件。

　　矽光電池就是一個(ge) 大麵積PN結。光照可以使薄薄的P型區產(chan) 生大量的光生載流子。這些光生電子和空穴,會(hui) 向PN結方向擴散。擴散過程中,一部分電子和空穴複合消失,大部分擴散到PN結邊緣。在結電場的作用下,大部分光生空穴被電場推回P型區而不能穿越PN結;大部分光生電阻卻受到結電場的加速作用穿越PN結,到達N型區。隨著光生電子在N型區的積累及光生空穴在P型號區的積累,會(hui) 在在PN對的兩(liang) 側(ce) 產(chan) 生一個(ge) 穩定的電位差,這就是光生電動勢。當光電池兩(liang) 端接有負載時,將有電流流過負載,起著電池的作用。

　　矽光電池的用途極度為(wei) 廣泛。主要用於(yu) 下述幾個(ge) 方麵:

　　能源----矽光電池串聯或並聯組成電池組與(yu) 鎳鎘電池配合、可作為(wei) 人造成衛星、宇宙飛船、航標燈、無人氣象站等設備的電源;也可做電子手表、電子計算器、小型號汽車、遊艇等的電源。

　　光電檢測器件----用作近紅外探測器、光電讀出、光電耦合、激光準直、電影還音等設備的光感受器。

　　光電控製器件----用作光電開關(guan) 等光電控製設備的轉換器件。

　　三、半導體(ti) 發光器件

　　半導體(ti) 發光器件是一種將電能轉換成光能的器件。它包括發光二極管、紅外光源、半導體(ti) 發光數字管等。

　　1.發光二極管

　　發光二極管的管芯也是一個(ge) PN結,並具有單向導電性。PN結加上正向電壓時,電子由N區渡越(擴散)到空間電荷區與(yu) 空穴複合而釋放出能量。這些能量大部分以發光的形式出現,因此,可以直接將電能轉換成光能。發光二極管的發光顏色(波長),困半導體(ti) 材料及摻雜成分不同而不同。常用的有黃、綠、紅等顏色的發光二極管。

　　發光二極管工作電壓很低(1 5-3伏),工作電流很小(10-30毫安),耗電極省。可作燈光信號顯示、快速光源,也呆同時起整流和發光兩(liang) 種作用。

　　2.發光數字管

　　把磷化镓發光管或磷化镓發光管的管芯製成條狀,用七條發光管組成七段式數字顯示管,可以顯示從(cong) 0到9的十個(ge) 數字。這種半導體(ti) 數字顯示管的優(you) 點是體(ti) 積小、耗電省、壽命長、響應速度快。它可以作為(wei) 各種小型計算器及數字顯示儀(yi) 表的數字顯示用。

　　3.光電耦合器

　　把半導體(ti) 發光器件和光敏器件組合封閉裝在一起,就組成了具有電---光---電轉換功能的光電耦合器。顯然,給耦合器輸入一個(ge) 電信號,發光器件就發光,光被光接收器件接收後,又轉成換成電信號輸出。因為(wei) 輸入主輸出之間用光進行耦合。所以輸出端對輸入端沒有反饋,具有優(you) 良的隔離性能和抗幹擾性能。光電耦合器又是光電開關(guan) ,這種光電開關(guan) 不存在繼電器中機械點易疲勞的問題,可靠性很高。