半导体光电子元器件

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Optoelectronic devices

利用半导体光-电子（或电-光子）转换效应制成的种种功效器件称为半导体光电子器件，半导体光电子器件有多种形式，这里仅介绍利用光电导效应与光生伏特效应制作的器件。

光敏电阻

某些半导体质料在光照射时，透到质料内部的光子能量足够大，一些电子吸收光子的能量，从原来的束缚态酿成导电的自由态，这时在外电场的作用下，流过半导体的电流会增大，即半导体的电导会增大，这种现象叫光电导效应。

光敏电阻就是具有光电导效应的电阻器件，该器件的电阻随光照增强而减小，图1就是光敏电阻器件结构图。上图是光敏电阻芯片的俯视图，下图是芯片的剖面图，为看清楚，图中半导体光敏层与金属电极层加厚许多倍。

光敏电阻结构图

图1--光敏电阻结构图

用于制造光敏电阻的质料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体物质,在陶瓷或玻璃基板上均匀地敷上一层薄的半导体物质，作为半导体光敏层。在光敏层上面有两个金属电极，电极是蒸镀的金或其他金属薄膜，电极呈梳状，梳齿交错排列，两梳齿极间有间隙，露出光敏层，弯曲的间隙加长了两电极的宽度，以提高灵敏度，两电极连接两根金属引出线（引脚）。为了避免周围介质的影响，在半导体光敏层上笼罩了一层透明膜，膜的身分应使它在光敏层最敏感的波长规模内透射率最大，并起到防潮等�；ぷ饔�，金属薄膜电极通过引出线接入电路。

图2是光敏电阻器件芯片与外观图，左图是光敏电阻管芯的结构图，右图是封装好的光敏电阻。

光敏电阻器件芯片与外观图

图2--光敏电阻器件芯片与外观图

图3是光敏电阻的实验电路图与图形符号。在实验中，没有光照在光敏电阻时，电流表读数为0，随光照增强，光敏电阻阻值减小，电流表读数加大。光敏电阻的文字符号是RL或RG或R。

光敏电阻的图形符号

图3--光敏电阻的图形符号

图4是光敏电阻的一个应用电路图，当情况灼烁度下降时，该电路可启动继电器接通照明电路。由RP、RL组成的分压电路与R1、R2组成的分压电路输入运算放大器A进行比较，当情况灼烁度下降到设定值时，光敏电阻RL阻值上升，分压点电压高于R2上的电压，放大器A输出低电位，三极管Q导通，继电器K的�？サ惚蘸�，照明灯点亮。调解可变电阻RP可改变设定值。

暗引发光控电路

图4--暗引发光控电路

光敏二极管

某些由PN结组成的半导体质料在无光照时，半导体PN结内部保存自有电场。当光照射在PN结及其四周时，在能量足够大的光子作用下，在结区及其四周会爆发少数载流子（电子与空穴对）。载流子在结区外时，靠扩散进入结区；在结区中时，则因电场E的作用，电子漂移到N区，空穴漂移到P区。结果使N区带负电荷，P区带正电荷，爆发附加电动势，此电动势称为光生电动势，此现象称为光生伏特效应。更多有关内容拜见“光伏电池原理”课件，在此不再介绍。

在本课件介绍的是接纳光生伏特效应制造的光电子器件，图5是凭据差别用途制造的差别外形、差别装置方法的光伏电池，这些光电子器件不是用来发电的，仅是作为对光的检测元件使用，通常称它们为光电二极管或光敏二极管。图6左边上方是光电二极管的图形符号，仅用在检测或控制电路中；图6左边下方是光伏电池的符号，体现太阳电池或太阳电池组件，也可用在检测或控制电路中。

多种规格的光电二极管