半導體的光電導

光電導效應的應用主要體現(xiàn)在光電導材料的應用上。光電導材料是一種靈敏、快速的光電器件。通過它，能靈敏、快速地將接受到的光信號轉(zhuǎn)換成對應的電信號，廣泛地應用于國民經(jīng)濟、軍事、科學技術(shù)等各個部門和社會生活的方方面面，特別是現(xiàn)代高新技術(shù)之中。

光電導效應在基礎(chǔ)光電器件中的應用

(1)在探測器中的應用

利用光電導效應原理工作的探測器稱為光電導探測器。作為半導體材料的一種體效應，光電導效應無須形成p-n結(jié)。光照越強，光電導材料的電阻率越小，故光電導材料又稱為光敏電阻。不含雜質(zhì)的光敏電阻一般在室溫下工作，適用于可見光和近紅外輻射探測，含雜質(zhì)的光敏電阻通常必須在低溫條件下工作，常用于中、遠紅外輻射探測。

(2)在攝像管中的應用

光電導材料是目前攝像管中應用最為廣泛的光電變換材料之一。與利用外光電效應的攝像管相比，光電導攝像管突出的優(yōu)點是：體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高等。目前，它已廣泛地應用于工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)。

光電導效應軍事領(lǐng)域中的應用

(1)紅外夜視儀(熱像儀)

通過光電導材料，熱像儀中的紅外光可變成可見光，即將紅外圖像轉(zhuǎn)化為可見光圖像，以便作戰(zhàn)人員觀察夜間戰(zhàn)場情況。這一過程分為兩步進行：首先是使用對紅外輻射敏感的紅外光電導探測器，把紅外輻射信號變成電信號，該信號的大小正比于紅外輻射的強度；其次是通過電視顯像系統(tǒng)將電信號顯示于電視屏幕上。

熱像儀是當代夜視技術(shù)發(fā)展的最高水平，廣泛應用于各類紅外觀察儀、紅外熱瞄器、坦克上的潛望儀器、帶光測距機、火控系統(tǒng)與跟蹤系統(tǒng)之中，具有隱蔽性好、抗干擾性強、分辨率高、全天候性等優(yōu)點。

(2)導彈系統(tǒng)中的制導裝置和反導彈系統(tǒng)中的預警裝置

紅外光電導攝像管是紅外制導導彈的眼睛。許多軍事目標(飛機、坦克、軍艦等)都裝有大功率發(fā)動機，其動力部分是強大的紅外輻射源，可形成紅外制導導彈的目標控制信號。當信號被導彈接受后，經(jīng)處理去驅(qū)動導彈的控制系統(tǒng)，在紅外光電導攝像管的協(xié)助下，不斷矯正導彈的飛行方向，逼近目標并加以摧毀。用導彈攔截導彈，關(guān)鍵在于傳感器準確及時地探測、跟蹤目標。由對紅外光響應速度快、靈敏度高、有較高響應率的光電導材料制成的紅外光電導探測器，可安裝在預警飛機或預警衛(wèi)星上，能準確及時地探測、跟蹤敵方導彈尾焰的紅外輻射，是反導彈系統(tǒng)預警裝置中的重要組成部分。紅外光電導制導、探測技術(shù)具有不易受干擾、定位準確率高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可探測超低空目標等優(yōu)點，但受氣象條件的影響比較大，往往要和雷達配合，以便取長補短。目前，許多地空導彈是雷達)紅外雙模制導導彈。有趣的是，光電導效應同樣應用于隱身技術(shù)。

光電導效應其他應用

(1)在生產(chǎn)生活中的應用

在生產(chǎn)生活方面，光敏電阻可應用在各種自動控制裝置和光檢測設備中，如生產(chǎn)線上的自動送料、自動門裝置、航標燈、路燈、應急自動照明、自動給水停水裝置、生產(chǎn)安全裝置、煙霧火災報警裝置、照相機的自動調(diào)節(jié)、電子計算機的輸入設備以及醫(yī)療器械(如光電脈搏計、心電圖儀)等方面。此外，還可應用于電子樂器、電視和其它家用電器中。

(2)在教育教學中的應用

在教育教學方面，光電導攝像管可廣泛地應用于學校教育教學的監(jiān)督和管理評價工作之中。光電導材料應用于掃描儀、復印機、投影儀，給學校的教學和人們?nèi)粘５膶W習和交流帶來方便。

(3)在科學研究中的應用

在科學研究方面，利用紅外光電導，可以遙感物體表面溫度、無損探傷、氣象遙感、地學遙感等。

總之，光電導傳感和遙感技術(shù)對于自動控制、機電一體化十分重要。

光電導效應光電導材料的應用前景展望

探測、傳感技術(shù)的發(fā)展離不開高性能的光電器件材料。 在今后一段時間內(nèi), 響應速度更快、 響應效率更好、靈敏度更高、響應頻率更寬的高性能光電導材料, 將是光電導技術(shù)研究的主要發(fā)展方向。

綜上所述, 人類已經(jīng)進入信息時代, 半導體和微電子技術(shù)無疑是信息社會的核心技術(shù)之一。 展望未來, 在光電子技術(shù)的革命中, 光電導材料會在光學、集成光電子學和分子電子學領(lǐng)域發(fā)揮重大作用 。 在語言和圖像的識別中, 在復雜情況下作出判斷的人工智能以及神經(jīng)網(wǎng)絡和模擬人腦等方面的發(fā)展中, 半導體微電子技術(shù)和光電子技術(shù)仍將是未來科學技術(shù)革命的主要內(nèi) 容, 作為一種性能不斷優(yōu)化的基礎(chǔ)元器件, 光電導材料將會作出巨大的貢獻。

半導體無光照時為暗態(tài)，此時材料具有暗電導；有光照時為亮態(tài)，此時具有亮電導。如果給半導體材料外加電壓，通過的電流有暗電流與亮電流之分。亮電導與暗電導之差稱為光電導，亮電流與暗電流之差稱為光電流。

暗態(tài)下

Gd=σd·A/L, Id=GdU=σd·AU/L

亮態(tài)下

Gl=σl·A/L, Il=GlU=σl·AU/L

亮態(tài)與暗態(tài)之差

Gp=Gl - Gd=(σl-σd）·A/L=Δσ·A/L

Ip=Il - Id=(Gl-Gd）·U=Δσ·AU/L

A：半導體材料橫截面面積

L：半導體材料長度

I：電流

U：外加電壓

G：電導

σ：電導率

Δσ：光致電導率的變化量

下標d代表暗，l代表亮，p代表光。

本章第一節(jié)曾介紹過半導體材料的光敏特性，即當半導體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。這個現(xiàn)象也叫半導體的光電導特性。利用這個特性制作的半導體器件叫光電導器件。

半導體材料的電導率是由載流子濃度決定的。載流子就是由半導體原子逃逸出來的電子及其留下的空位----- 空穴。電子從原子中逃逸出來，必須克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，從而改變半導體的電導率。

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

這是一種半導體電阻。在沒有光照時，電阻很大；在一定波長范圍的光照下，電阻值明顯變小。制作光敏電阻的材料主要有硅、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，用硫化鎘單晶制造的光敏電阻對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制成各種光探測器。

感光面積大的光敏電阻，可以獲得較大的明暗電阻差。如國產(chǎn)625-A型硫化鎘光敏電阻，其光照電阻小于50千歐，暗電阻大于50兆歐。

2·光電二極管

光電二極管的管芯也是一個PN結(jié)，只是結(jié)面積比普通二極管大，便于接收光線。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，只有0 1微安左右。在光線照射下產(chǎn)生的電子----空穴對叫光生載流子，它們參加導電會增大反向飽和電流。光生載流子的數(shù)量與光強度有關(guān)，因此，反向飽和電流會隨著光強的變化而變化，從而可以把光信號的變化轉(zhuǎn)為電流及電壓的變化。

光電二極管的結(jié)構(gòu)及符號如圖表-29所示。光電二極管主要用于近紅外探測器及光電轉(zhuǎn)換的自動控制儀器中，還可以作為光導纖維通信的接收器件。

3·光電三極管

光電三極管的結(jié)構(gòu)與普通三極度管相同，但基區(qū)面積較大，便函于接收更多的入射光線。入射光在基區(qū)激發(fā)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制集電極電流。光電三極管比光電二極管有更高的靈敏度。

圖表-30示出了光電三極管的結(jié)構(gòu)和符號。