台亞擁有矽基與化合物半導體磊晶技術並提供專業的設計能力與晶粒製造技術,搭配可靠的品質管控能力,創造世界一流的感測元件,包含各樣式的光偵測元件方案如光電二極體、光電晶體、光閘流體,應用於穿戴式醫療、工業、汽車與家電產品等領域滿足生活體驗。

原理機制

當一具備足夠能量的光子衝擊二極體上且吸收發生於光電二極體裡的空乏層,其內建電場將會使產生的電子電洞對分別朝向陰極與陽極的方向移動,於是產生了光電流,而實際上光訊號是光電流與暗電流的疊加值,故可視作雜訊的暗電流需要被有效的降低來提高元件的感測靈敏度。

元件結構

光電二極體主要為PN接面組成,而在P型與N型之間插入高阻本質層即形成PIN結構,此可增加二極體空乏層的有效寬度,除了提高崩潰電壓外也可產生更大量的電子電洞對來提升量子效率,更可降低接面電容提高元件操作速度。

材料選擇

因光電二極體對特定範圍的光波長有敏感性,故會視光源的波長來選擇相對應的材料進行感測,材料如下:

矽基 PD : 常見感測波長可於 400~1100 nm
化合物 PD : InGaAs PD 常見感測波長介於 900~1700nm

重點特性

響應值 : 輻射光功率與產生的光電流的轉換效率,單位安培/瓦特(A/W),其值可轉換為量子效率(%)
暗電流 : 在無照光環境下,受光元件中流動的電流,單位 = nA
崩潰電壓 : 二極體逆向導通時最小的逆偏電壓
響應頻譜 : 不同入射光源波長對光電流轉換效率曲線圖,光譜如下範例:

原理機制

光電晶體是一種NPN接面型元件,類似於光電二極體,但因照光後光子會撞擊基極取代實際施加於基極的電壓(VBE),射極電子流向基極並與電洞結合產生微小電流(IB),此電流將與入射光照度成正比。此外一般基極厚度很薄,從射極流入基極的電子會擴散到集極,且被集射級之間的順向電壓 (VCE) 所吸引,而移動至集極方向所產生的集極電流 (IC)會依照光電晶體的增益(hFE)而放大。

元件類型

光電晶體主要為NPN接面組成,或以兩個光電晶體組成達靈頓光電晶體已獲得更大的增益值 hFE。

重點特性

集射極崩潰電壓 (BVCEO) : 基極開路時,使其集射極接面崩潰的的最小電壓
射集極崩潰電壓 (BVECO) : 基極開路時,使其射集極接面崩潰的的最小電壓
集極暗電流 (ICEO) : 無照光與基極開路時,流過集射極的漏電流
集射極飽和電壓 VCE(S) : 使PN接面皆處於順偏時的集射極最大電壓
電流增益 (HFE) : 集極電流與基極產生光電流之間的放大倍率

光電晶體於光耦合器

1. 由光的發射、光的接收與訊號放大組成,完成電-光-電的轉換
2. 輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離並單向傳輸,輸出信號對輸入端無影響
3. 電流傳輸比 (CTR) 定義為輸出電流IC與輸入電流IF的比值(參閱下圖),主要用來評估負載電阻值的選定
4. 常用於信號隔離開關與訊號傳輸

原理機制

雙向光閘流體可視作由一對PNPN結 (同達靈頓光電晶體運作) 反向並聯而成,對外並引出兩個電極 T1 & T2,而控制極則需由外部照光後觸發控制特性,使得 T1 & T2 於接入任何極性的電壓皆可使雙向光閘流體導通。

操作種類

1. 零點觸發 (ZC) :

以60Hz AC交流電來說,每秒鐘會有60個弦波週期與60個與0V的交越點,此時導通或關閉開關時,最不易產生火花,此用意通常是為了延長開關接點壽命。所以當使用導通時間較短的光觸發式閘流體,在零點交越處驅動外部接點來當作控制開關,可具備比過往電磁繼電器因激磁反應時間過長而無法做到零點切換的優勢

2. 非零點觸發 (NZC) :

和零點觸發不同點在於它允許在交流正弦電壓的任一時間點輸出電壓,故輸出的電壓波形均非完整的正弦波,並控制其觸發角來輸出不同功率

重點特性

斷態重複峰值電壓 (VDRM) : 控制極斷路和閘流體正向阻斷的條件下,可重複加在閘流體兩端的正向峰值電壓
通態峰值電壓 (VTM) : 通過正向峰值電流IFM或通態峰值電流時的峰值電壓
靜態電壓上升率 (dv/dt) : 當電流為零且施加的電壓為高電壓時,上升速率超過靜態dv/dt,光閘流體即會誤導通
維持電流 (IH) : 規定的環境溫度和控制極斷路的條件下,維持元件繼續導通的最小電流,當光閘流體的正向電流小於這個電流時,閘流體將自動關斷
抑制電壓 (VINH) : 於零點觸發電路中,當負載電壓高於抑制電壓時,即使觸發電流很高,也可防止光閘流體被觸發