半导体光电技术专业在4年后还会吃香吗？

首先回答你的问题：

半导体光电技术是一个很泛泛的专业名称，在大学里边最横可能分成很多方向，例如液晶半导体，光通讯，等等。其实是否4年之后半导体还会吃香的问题，这个是明显的，现在的生活中已经不可缺少这个行业了，就业范围也很大，但是奉劝一句，需要专业知识强的人，才是将来的需求，切勿虚度光阴。

这个问题，你问的有些泛泛了，高中毕业之后确实存在一定的茫然期，对于选专业希望越广越好，能够给自己的将来有更多的选择机会。

但是实际上是有些出入的，现在的社会在半导体行业，已经形成的一个完整的体系，如果你对于半导体行业有兴趣，并且也喜欢专研的，大学当中一定要对于基本理论有一个清醒的认识，大学的技术知识，可能会过时，但是一定是基础，希望好好把握，如果4年之后你出来找工作，没有明显的专业知识优势，在这个行业很难生存。

1800年，F.W.赫歇耳在太阳光谱中发现了红外辐射的存在。

当时，他使用的是水银温度计，即最原始的热敏型红外探测器。

1830年，L.诺比利利用当时新发现的温差电效应（也称塞贝克效应），制成了一种以半金属铋和锑为温差电偶的热敏型探测器。

称作温差电型红外探测器（也称真空温差电偶）。

其后，又从单个温差电偶发展成多个电偶串联的温差电堆。

1880年，S.P.兰利利用金属细丝的电阻随温度变化的特性制成另一种热敏型红外探测器，称为测辐射热计。

1947年，M.J.E.高莱发明一种利用气体热膨胀制成的气动型红外探测器（又称高莱管）。

在40年代，又用半导体材料制作温差电型红外探测器和测辐射热计，使这两种探测器的性能比原来使用半金属或金属时得到很大的改进。

半导体的测辐射热计又称热敏电阻型红外探测器。

60年代中期，出现了热释电型探测器。

它也是一种热敏型探测器，但其工作原理与前三种热敏型红外探测器有根本的区别。

最早的光电型红外探测器是利用光电子发射效应即外光电效应制成的。

以 Cs-O-Ag为阴极材料的光电管（1943年出现）可以探测到 1.3微米。

外光电效应的响应波长难以延伸，因此，它的发展主要是近红外成像器件，如变像管。

利用半导体的内光电效应制成的红外探测器，对红外技术的发展起了重要的作用。

内光电效应分光电导和光生伏特两种效应。

利用这些效应制成的探测器分别称为光导型红外探测器和光伏型红外探测器（见光子型探测器）。

在半导体中引起电导改变或产生电动势是一个激活过程，需要有一定的能量墹E。

因此，入射辐射的光子能量必须大于墹E。

也就是光电型探测器有一个最长的响应波长，称为长波限λ。

1917年，T.W.卡斯发明Tl2S光电型红外探测器，但长波限仅到1.1微米。

30年代末期，德国人研究PbS光导型探测器，室温工作时长波限为3微米，液氮温度时可到5微米。

第二次世界大战之后，相继研制成PbTe和PbSe光电型探测器，响应波长延伸到7微米。

50年代起，由于半导体物理学的发展，光电型探测器所能探测的波长不断延伸。

对于有重要技术用途的 1～13微米波段和限于实验室应用的13～1000微米波段，都有适当的光电型探测器可供使用。

60年代起，又研究成Hg1-xCdxTe三元半导体红外探测器，配制不同组分x的材料，可以制得不同响应波长的红外探测器。

整流型红外探测器也是60年代开始问世的。

由于激光的出现，就有可能利用外差技术进行接收。

因此，把微波波段用的结型检波器推广应用到更高的频率范围，即短毫米波和亚毫米波。

光电三极管也称光敏三极管，它的电流受外部光照控制。是一种半导体光电器件。比光电二极管灵敏得多，光照集中电结附近区域。

利用雪崩倍增效应可获得具有内增益的半导体光电二极管（APD）,而采用一般晶体管放大原理，可得到另一种具有电流内增益的光伏探测器，即光电三极管。它的普通双极晶体管十分相似，都是由两个十分靠近的p-n结-------发射结和集电结构成，并均具有电流发大作用。为了充分吸收光子，光电三极管则需要一个较大的受光面，所以，它的响应频率远低于光电二极管。[1]

2.1机构与工作原理

光电三极管是一种相当于在基极和集电极之间接有光电二极管的普通三极管，因此，结构与一般晶体管类似，但也有其特殊地方。如图2.1.1所示。图中e.b.c分别表示光电三极管的发射极.基极和集电极。正常工作时保证基极--集电极结（b—c结）为反偏正状态，并作为受光结（即基区为光照区）。光电三极管通常有npn和pnp型两种结构。常用的材料有硅和锗。例如用硅材料制作的npn结构有3DU型，pnp型有3GU型。采用硅的npn型光电三极管其暗电流比锗光电三极管小，且受温度变化影响小，所以得到了广泛应用。[2]

光电三极管的工作有两个过程，一是光电转换二是光电流放大。光电转换过程是在集---基结内进行，它与一般光电二极管相同。[3]当集电极加上相对于发射极为正向电压而基极开路时（见图2.1.1（b）），则b--c结处于反向偏压状态。无光照时，由于热激发而产生的少数载流子，电子从基极进入集电极，空穴则从集电极移向基极，在外电路中有电流（即暗电流）流过。当光照射基区时，在该区产生电子---空穴对，光生电子在内电场作用下漂移到集电极，形成光电流，这一过程类似于光电二极管。于此同时，空穴则留在基区，使基极的电位升高，发射极便有大量电子经基极流向集电极，总的集电极电流为

IC=IP +βI P=（1+β）IP 2.1.1

图2.1.1光电三极管结构及工作原理

式中β为共发射极电流放大倍数。因此，光电三极管等效于一个光电二极管与一般晶体管基极---集电极结的并联。它是把基极---集电极光电二极管的电流（光电流IP）放大β倍的光伏探测器，可用图2.1.1（c）来表示。与一般晶体管不同的是集电极电流IC由基极---集电极结上产生的光电流IP=Ib控制。也就是说，集电结起双重作用，一是把光信号变成电信号起光电二极管的作用；二是将光电流放大，起一般晶体三极管的集电极的作用。[4]

2.2光电三极管的等效电路

根据光电三极管的工作原理，我们可以比较容易的画出他的等效电路。由于它的集电结势垒电容Ccb远小于发射结势垒电容Cbe,我们可以得到如图2.2.1光电三极管的交流等效电路，图中ip为集电结光电二极管的电流源，Cbe为发射结电容；rbe为发射结正向微分交流电阻；iLw为放大后的电流源；iL=βipβ为光电三极管的放大倍数；Rce为集电极发射极电阻；Cce为集电极发射极间电容；RL为负载电阻。由图5--40等效电路，

可以得到负载电阻两端的输出电压V0为

2.2.1

式中， ， 为入射光信号的角频率，选择合适的负载，使得 ，则 ,输出电压为

2.2.2

由上式可看出，当输入光信号时，由于发射结电容相对较大，造成对信号的分流，将使有效输出信号减小。此外，电容 的旁路也会减少流过 的输出电流。利用光电三极管的等效电路在计算机和分析它的时间响应和输出外特性是非常方便的。[5]

2.3光电三极管的特性参数

2.3.1伏安特性

图2.3.1表示光电三极管的 关系曲线。由图可见，光电三极管在偏压为零时，集电流为零。当有光照时，光电三极管输出电流比同样光照下光电二极管的输出电流大 倍。图中曲线还表明，在光功率等间距增大的情况下，输出电流并不等间距增大，这是由于电流放大倍数 随信号光电流的增大而增大所引起的。

2.3.2频率响应

光电三极管的频率响应与 结的结构及外电路有关。通常需考虑：少数载流子对发射结和收集结势垒电容（ 和 ）的充放电时间少数载流子渡越基区所需时间；少数载流子扫过收集势垒区的渡越时间；通过收集结到达收集区的电流流经收集区及外负载电阻产生的结压将，使收集结电荷量改变的时间常数。于是光电三极管总响应时间应为上述各个时间之和。因此，光电三极管的响应时间比光电二极管的要长的多。由于光电三极管广泛应用于各种光电控制系统，其输入光信号多为脉冲信号，即工作在大信号或开关状态，因而光电三极管的响应时间或响应频率将是光电三极管的重要参数。[6]

为改善光电三极管的响应频率，从光电三极管的等效电路可知道应尽可能减少 和 时间常数。一方面在工艺上设法减小结电容 . 等；另一方面要合理选择负载电阻 ，减小电路时间常数。图2.3.2给出了在不同负载电阻 下，光电三极管输出电压的相对值与入射光调制频率的关系。由图可知， 愈大，高频响应将愈差。减小 可以改善频率特性。但 降低会导致输出电压下降。因此，在实际使用时，合理选择 和利用高增益运算放大器作后级电压放大，可得到高的输出电压并改善频率响应。此外，为改善频率响应，减小体积，提高增益，电路上常采用高增益.低输入阻抗的运算放大器与之配合。图2.3.3（a）（b）分别表示达林顿光电晶体管的集成电路示意图。实际使用光电三极管时常采用带基极引线的光电三极管，并提供一定的基极电流。对无基极引线的光电三极管，则给予一定照度的背景光，使其工作于线性放大区，以得到较大的集电极电流，这将有利于提高光电三极管的频率响应。图2.3.4给出了光电三极管响应时间与集电极电流 的关系，由图可知，增加集电极电流 可减小光电三极管的响应时间，即提高光电三极管的工作频率。[7]

与光电二极管相比较，光电三极管频率响应较低，不宜使用于高速，宽带的光电探测系统中，但由于其响应率高，具有电流内增益，故在一般光电探测系统中仍得到广泛应用。

设计一个报警器。由图3.1（a）、（b）所示电路分别是红外发射器和红外接收、无线发射机的电路图。

图3.1（a）所示电路为红外发射器电路。由VT1、VT2、C1以及R1等组成一个300Hz左右的自激振荡器，其振荡器频率主要由时间常数R1 C1决定。红外发射二极管串接在VT2的集电极回路中，在振荡器振荡过程中VT2每导通一次，发光二极管发光一次。R3用于限流，使VT2的电流不超过500mA。

（a） 红外发射器

（b）红外接受无线发射机

图3.1 遮光式红外监控无线报警器电路

在图3.1（b）所示电路中，红外就收管VD3选用选用与发射管配套的管型（光波长一致）。VD3将照射的红外光转换成电信号，并经C2、R5加至IC1-a的反相输入端。IC1采用双运放TL072（或LM358、R4558、NE5532），其同相端外接6V骗子电压。该级的放大倍数K=20lg(R8/R5),图示参数给出近53dB的放大量。IC1-a的输出经VD4、C3等整流后，以直接电压形式加至IC1-b的反相输入端。IC1-b与R10、R12、RP1等组成一个电压比较器，当VD3一直受红外光照时，b点的电位Vb<Va(预先调好)，IC1-b的输出端（⑦脚）呈高电平，VT3饱和导通，致使其集电极，（即IC2的④脚）呈低电平（<0.4V）。IC2与R15、R16、C4等组成一个可控多谐振荡级，当它的强制复位④脚呈低电平时，电路被强制复位，振荡中止。

当有人涉足红外监控区时，红外光束被遮断，IC1-a无信号输入，其输出呈低电平，则电源电压通过R9对C3充电，致使Vb>Va, IC1-b的⑦脚呈低电平，VT3截止，则IC2的④脚通过R14接电源，呈高电位，IC2起振。其振荡频率f=1.44/[( R15+2 R16)C4],图示参数的振荡频率约为1000Hz。

IC2输出的音频脉冲信号通过R17、C6加至VT4的基极。VT4与L、C9、C10等组成一个高频振荡器，其振荡频率主要取决于L、C9组成的选频回路，调节C9，使振荡频率在调频波段88-108MHz范围内。同时，该振荡级在输入脉冲信号的激励下呈调频振荡状态，这是由于VT4的集电结电容随调制脉冲的高低电平变化，进而实现调频。调频载波信号通过天线发射出去。

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