この研究の目的は、感光性および発光デバイスの特性の実験的研究です。

簡単な理論情報。

光電子半導体デバイスは、発光と感光性（光検出器）の2つのグループに分けることができます。 最初のグループにはLEDと半導体レーザーエミッターが含まれ、2番目のグループにはフォトダイオード、フォトトランジスター、フォトサイリスト、フォトレジスターなどが含まれます。

LEDは、その組成に含まれる半導体材料の層間にp-n接合を備えたデバイスです。 流れる電流のエネルギーを電磁インコヒーレント放射に変換します。

直流がp-n接合ゾーンのダイオードを通過すると、電子と正孔の再結合が発生します。 このプロセスには、次の関係によって決定される周波数の電磁放射が伴う場合があります。

(5.1)

どこ

は半導体のバンドギャップに対応する値であり、 プランク定数です。 しかしながら、再結合のこの（放射）メカニズムと同時に、非放射メカニズムも機能し、これは、特に、結晶格子によるエネルギーの吸収に関連している。 LEDの製造では、その影響を減らすことが求められています。 電気エネルギーを光エネルギーに変換する効率は、次の値によって推定されます。 、内部量子収率と呼ばれます。 これは、放出された光子の数と、再結合されたキャリアのペアの数の比率によって決まります。

（5.1）から次のように、LED放射の波長

半導体のバンドギャップに反比例します。 ゲルマニウム、シリコン、ガリウムヒ素で作られたダイオードは、赤外領域で最大の放射エネルギーを持ち、さらに、ゲルマニウムとシリコンのダイオードは、非放射再結合の可能性が高いです。

可視域で発光するLEDの製造には、リン化ガリウム、窒化ガリウム、炭化ケイ素など、バンドギャップの大きい特殊な半導体材料が使用されます。 最新のLEDは、ヘテロ接合、つまり、異なるバンドギャップを持つ材料に基づく半導体構造を使用しています。

イチジクに 5.1は、さまざまな材料からのLEDの放射強度の波長（スペクトル特性）への依存性を示しています。電気回路上のLEDの記号もそこに示されています。

米。 5.1。 電気回路のスペクトル特性とLEDの指定。

LEDの電流-電圧特性（図5.2）は、従来の半導体ダイオードの特性と似ています。 その特徴は、順方向電圧が数ボルトに達する可能性があり（バンドギャップが大きいため）、p-n接合の厚さが薄いため逆方向電圧が小さいことです。 LEDの絶縁破壊が発生した場合、衝突電離により、p-n接合のボリュームで電磁エネルギーの放射が発生する可能性があります。 ただし、このモードでの放射強度は低く、実用性はありません。

米。 5.2。 LEDのボルトアンペア特性。

LEDの重要な特性は、明るさ、つまり放射の明るさの依存性です。 直流の量について。 明るさは、光の強度と発光面の面積の比率によって決まります。 このような特性のおおよその図を図1に示します。 5.3。 最初と最後のセクションでのその曲がりは、小さいと 大電流非放射再結合の可能性が高くなります。

米。 5.3。 LEDの明るさ特性。

LEDは、他の発光デバイス（白熱灯など）とは異なり、非常に高速です（不活性）。 長方形の直流パルスが印加されたときにLEDによって生成される光束が最大に達する時間は、数マイクロ秒から数十ナノ秒の範囲にあります。

LEDは、次の主なパラメータによって特徴付けられます。最大放射の波長またはグローの色。 特定の明るさまたは光度 直流; 特定の順方向電流に対する順方向電圧降下と、LEDによって消費される最大許容順方向電流、逆方向電圧、および電力。

フォトダイオードは半導体デバイスであり、そのp-n接合は外部放射線に対して開放されています。 外部電圧源が半導体ダイオードの端子に接続されていない場合、p-n接合は平衡状態にあります。 この場合、ダイオードの端子の電位差はゼロに等しく、半導体の層間の界面には内部があります。 電界、メインキャリアがp-n接合を通過するのを防ぎます。

電磁放射の影響下で（照明中）、遷移のボリュームで、電子と原子の結合が切断されます-電子正孔対の生成。 この現象を内部光電効果と呼びます。 p-n接合フィールドは、形成された穴をその領域に移動します p-半導体と電子、それぞれ n-半導体、生成されたキャリアを分離します。 同時に、半導体層の外縁に特定の電位差が現れ（ダイオードのアノードに「+」、カソードに「-」）、同時に、ポテンシャル障壁の高さがpn接合は、この差の値だけ減少します。

光の作用下でフォトダイオードによって生成される電位差は、光起電力と呼ばれます。

。 その値は光フラックスに依存しますが（図5.4）、写真の起電力です。 接触電位差を超えることはできません 。 これは、外部フィールドと内部フィールドの方向が反対であり、増加するという事実によって説明されます 電荷キャリアの移動を引き起こす総電界が減少します。 写真の起電力が等しい場合。 と キャリアを動かす力はなくなります。 外部回路が開いたフォトダイオードの端子に形成される電位差の大きさを電圧と呼びます アイドルムーブ.

米。 5.4。 写真起電力の依存性 光束の大きさからのp-n接合の短絡電流。

p-n接合が点灯しているダイオードの端子が短絡すると、導体に光電流と呼ばれる電流が流れます。 、遷移ゾーンで形成された自由キャリアの方向付けられた動きによる。 それらの動きは、遷移の内部電界の作用の下で発生します。 フォトダイオードが照射されると、この電流は光放射のエネルギーによって維持され、電子正孔対が生成されます。 外部回路の抵抗がゼロの場合、このような電流は短絡電流と呼ばれます。

光電流値 、およびphoto-emfの値は、に比例します。 光束（図5.4）、しかし対応する依存関係

形成されたキャリアがいくつあっても、それらに作用する電界は接触電位差の電界に等しくなるため、は顕著な飽和領域を持ちません。

したがって、外部光源が存在する場合、フォトダイオードは起電力発生器として機能することができます。 または現在、すなわち 光エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を実行します。 ソーラーコンバーター（バッテリー）の動作は、この原理に基づいています。 説明されているフォトダイオードの動作モード（外部ソースなし）は、ゲート付きと呼ばれます。

フォトダイオードの電流-電圧特性、すなわち それを流れる電流の外部印加電圧の大きさへの依存性は、ある意味で照明に関連しています。 明らかに、p-n接合が点灯していない場合、フォトダイオードの電流-電圧特性は、従来のダイオードの対応する特性と同じになります。 この状況は、図のグラフに対応しています。 5.5の場合

=0.

米。 5.5。 フォトダイオードのボルトアンペア特性。

暗くなったフォトダイオードに逆電圧を印加すると、いわゆる暗電流が流れます。 、従来のダイオードの場合と同様に、次の関係で定義されます。

(5.2)

どこ –飽和電流、 温位です、

-印加電圧。 ブロックされたダイオードのp-n接合が点灯すると、そのボリュームと隣接する領域にキャリアのペアが生成されます。 それらは外部電界によって半導体層の端に運び去られ、逆電流がダイオードを流れます

(5.3)

どこ -暗電流、 は、電磁放射（光電流）によって生成されたキャリアによって生成された電流です。 この電流には条件付きで負の符号があります。 光電流の大きさは光束に比例するので

次に、照明を増やすと、フォトダイオードのCVCの逆分岐は、図に示すように、ほぼ平行にシフトダウンします。 5.5。 フォトダイオードのこの動作モード（p-n接合の逆バイアスを使用）は、フォトダイオードと呼ばれます。

ゼロに等しい電圧がフォトダイオードに印加されると、これはその短絡に対応し、前述のように、短絡電流と呼ばれる特定の電流が外部回路を流れます。

.

ダイオード両端の電圧の極性が逆になると、外部電場が光起電力場と反対にオンになり、p-n接合を通るキャリアフローが減少し、それに応じて逆電流が減少します。 順方向電圧がある値に達すると、ダイオード電流が停止します。 この電圧の値はアイドルモードに対応し、次のようになります。

与えられた照明と開いた外部回路でダイオードによって生成されます。 開放電位差がさらに大きくなると、ダイオードに直流電流が流れ、電圧への依存性は（5.2）と同様の関係で表されます。

、および合計電流はに等しくなります

.

フォトダイオードは一般的に光センサーとして使用され、逆バイアス、つまりフォトダイオードモードで動作します。 これらは、次のパラメータによって特徴付けられます。 –暗電流（特定の温度と逆電圧での暗くなったフォトダイオードの逆電流）。

-統合、または

–光感度の違い。 後者はしばしば逆電流変化の比率として定義されます

それを引き起こした光束の変化に

.

フォトダイオードの感度は、照射される光の波長に依存します。 さまざまな材料で作られたフォトダイオードのこの依存性とその指定 回路図図に示す 5.6。

米。 5.6。 フォトダイオードのスペクトル特性と電気回路でのその指定。

なぜなら バイポーラトランジスタはp-n接合を含む構造であるため、対応する電圧を変更するだけでなく、ベース領域を照明することによって、その中の電流制御を実行できます。 この動作モードが提供されるトランジスタは、フォトトランジスタと呼ばれます。 照明がない場合、その電流-電圧特性は従来のトランジスタの特性と同じです。

光フラックスの影響下で、電子正孔対がベース領域のp-n接合で生成されます。 ブロックされたコレクタ接合の電界によって、電子（npnトランジスタの場合）がコレクタ領域に引き込まれ、その電流が増加します。 この状況は、逆バイアスモードでのフォトダイオードの動作に似ています。

フォトトランジスタ（n-p-nタイプ）が照射されたときに現れた正孔はベースに残り、その正の電位を増加させ、エミッタからの電子注入の強度を増加させます。 コレクタ接合に到達した追加の電子は、その場によってコレクタ領域に引き込まれ、コレクタ電流の追加の増分を作成します。 エミッタ接地回路に従ってオンになったときのフォトトランジスタの総コレクタ電流は、次の関係で表されます。

どこ

–コレクタ電流を介して、 はコレクタ接合の光電流であり、その値は外部照明に依存します。 （5.4）から、フォトトランジスタのコレクタ電流は、ベース回路を介して、および光束の値を変更することによって制御できることがわかります。 このようなトランジスタの感光性は約

フォトダイオードの感度の倍。

フォトトランジスタの出力電流-電圧特性のファミリーを図1に示します。 5.7。 また、従来のトランジスタとフォトダイオードを組み合わせた形のフォトトランジスタの等価回路も示しています。

米。 5.7。 バイポーラフォトトランジスタの電流-電圧特性、名称、および同等の表現。

複合コレクタ電流制御が必要ない場合は、フォトトランジスタにベースピンがない可能性があります。 この動作モードは、「引き裂かれた」または遊離塩基モードと呼ばれます。 この場合、フォトトランジスタは最大の感度だけでなく、そのパラメータの最大の不安定性も持っています。 安定性を高めるために、抵抗を介したベース出力をエミッタ接点に接続することができます。

フォトサイリストはスイッチング半導体デバイスであり、そのターンオン電圧は、光フラックスの対応するp-n接合の影響下で変化する可能性があります。 サイリスタの電源を入れる条件は次のとおりです。

、 どこ と は等価トランジスタの伝達係数です。 照明がない場合、フォトサイリスタの電流-電圧特性は、従来のスイッチングデバイス（ダイニスタまたはサイリスタ

）。 フォトサイリスト接合の照明は、対応するトランジスタの電流とそれらの伝達係数の増加を引き起こします。 これにより、図に示すように、構造のターンオン電圧が低下します。 5.8。 十分に強い照明の場合、フォトサイリスタは順方向電圧の任意の値でオンになり、サイリスタは整流電流よりも大きい制御電流でオンになります。

米。 5.8。 電流-電圧特性とフォトサイリストの指定。

したがって、暗くなったフォトサイリスタに電圧を印加し、p-n接合を短時間照射することで、デバイスをオン状態に切り替えることができます。 従来のスイッチングデバイスのように、フォトサイリスタをオフにすることは、アノード電流が保持電流よりも小さい値に減少した場合にのみ可能です。 フォトサイリストは、追加の出力（制御電極）を持つこともできます。これにより、電気信号と光信号の両方が適用されたときにオンにすることができます。

フォトレジスターは2電極半導体デバイスであり、その抵抗は周囲光に依存します。 前述のデバイスとは異なり、フォトレジスタは整流接合を含まず、線形要素です。 その電流-電圧特性は、任意の電圧極性について説明されています 比率：

、 どこ フォトレジスタを流れる電流です。 -特定の照明での抵抗。 フォトレジスタの電流-電圧特性と電気回路でのその指定を図1に示します。 5.9。

米。 5.9。 電流-電圧特性と電気回路上のフォトレジスタの指定。

フォトレジスタの主なパラメータは次のとおりです。暗抵抗 （光束での抵抗

）、抵抗の変化の多様性 、特定の照明での抵抗に対する暗抵抗の比率に等しい。 フォトダイオードのようなフォトレジスタは、異なる波長の光フラックスに対して異なる反応を示します。 赤外線に最も敏感なのは、セレン化鉛と硫化鉛で作られたフォトレジスターであり、可視範囲で動作する場合は、セレン化物と硫化カドミウムで作られたフォトレジスターが使用されます。

発光体と光検出器を1つのハウジングに配置して、オプトカプラーまたはオプトカプラーと呼ばれるデバイスを形成できます。 エミッターとレシーバーの組み合わせに応じて、 異なる種類オプトカプラー。 それらのいくつかの概略図の構造と名称を図1に示します。 5.10。

米。 5.10。 さまざまなタイプのフォトカプラの電気回路の指定。

実験室のセットアップの説明。

実験室作業用設置第5号「研究 オプトエレクトロニクスデバイス»実験室と測定スタンドで構成され、 外観そのフロントパネルを図1.8と5.11に示します。

実験室用スタンドには、出力電圧範囲が0の調整可能な電源装置が含まれています 15Vおよび60mAの負荷電流リミッター。 電源をオンにするためのトグルスイッチ、電圧調整ノブ、および出力ソケットは、実験室のスタンドパネルの右側にあります。 「オフ」というラベルの付いたボタンもあります。 E」を押すと、出力電圧は「+」とマークされたソケットから切断されます。

さらに、2つの電流源があり、その値は対応するスイッチによって設定されます。 ベース電流 ゼロ、0.1 µA、1 µA、10 µA、および2番目のソースの電流に設定できます – 0、0.5mA、10mA、20mAおよび30mA。

これで 実験室での作業赤のLEDAL336B（VD1）、緑の発光のAL336G（VD2）、および赤外線LED AL107A（VD3）の特性を調査します。

抵抗器 680オームの公称値でLEDを流れる直流の量を制限するのに役立ちます。 さらに、光検出器の研究が行われています さまざまなタイプ、これらは、ダイオードAOD101A（U1）、トランジスタAOT128A（U2）、サイリスタAOU103V（U3）、および抵抗OEP10（U4）のオプトカプラーの一部です。 抵抗器

（値1 kOhm）および

（値10 kOhm）は、アナログ信号伝送モードでのフォトカプラの研究に使用され、作業番号6で実行されます。

実験室スタンドは、「オン」トグルスイッチによってオンになります。 電源の動作は、このトグルスイッチにある緑色のLEDで示されます。

実験室作業を行うための手順。

1.家の準備。

家の準備の過程で、参考文献を使用して、この作業で研究された半導体デバイスの主なパラメータを決定し、ワークブックに書き留める必要があります。 また、測定のための図や研究成果を記録するための表を描く必要があります。

2.実験室での作業の実施。

2.1。 LEDの電流-電圧特性の研究。

VD1ダイオードを使用して、図1に示す回路を組み立てます。 5.12。

米。 5.12。 LEDの電流-電圧特性の直接分岐を研究するためのスキーム。

電圧レギュレーターノブを左端の位置に設定します（

）; PV1測定限界-1.5V、PA1測定限界-10mA。 ラボスタンドの電源を入れます。

ノブを右に回して、電源の電圧を上げ、ダイオードの両端の電圧降下の順方向電流への依存性を測定し、その値を0mA、1mA、3mA、5mA、10mAに設定します、20mA、30mA、40mA、50mA。 表の最初の行に受信したデータを入力します。

（mA）
（の）
（の）
（の）

ダイオードVD2、VD3についても同様の測定を実行します。 それらの接続は、電源を切った実験室スタンドを使用して実行する必要があります。

VD1ダイオードを使用して、図1に示す回路を組み立てます。 5.13。

米。 5.13。 LEDの電流-電圧特性の逆分岐を研究するためのスキーム。

測定限界PA1〜0.1mA、PV1〜15Vを設定します。 レギュレータでダイオードのブロッキング電圧を変更することにより、逆電流を測定し、表の最初の行に記入します。

（の）
（mA）
（mA）
（mA）

ダイオードVD2、VD3についても同様の測定を実行します。

2.2。 フォトダイオードの電流-電圧特性の調査。

これらの研究のサイクルでは、U1ダイオードオプトカプラーの一部であるガリウムヒ素フォトダイオードが使用されます。

2.2.1。 フォトダイオードの電流-電圧特性の直接分岐の調査。

図に示す回路を組み立てます。 5.14。

米。 5.14。 フォトダイオードの電流-電圧特性の直接分岐を研究するためのスキーム。

電圧レギュレータを左端の位置に設定します（

）、電流を設定するスイッチ -ゼロ状態の場合、PV1電圧計の測定限界は0.75V、PA1ミリアンメータは10mAです。

電源の出力電圧を上げることにより、フォトダイオードの直流電流を図1の表に示されているものと等しく設定します。 5.15で、その両端の電圧降下を測定し、表の最初の行に取得したデータを入力します。

「I」の刻印のあるスイッチをLED電流値を5、10、20、30 mAに設定し、それによってフォトダイオードの照明を増やして、同様の測定を実行します。

（mA）
（の）									mA
（の）									mA
（の）									mA
（の）									mA
（の）									mA

米。 5.15。 フォトダイオードの電流-電圧特性の直接分岐の研究結果を記録するための表。

2.2.2。 フォトダイオードの開回路電圧と短絡電流の調査。

回路から電源を切断し（図5.14）、LEDを流れる電流を0.5、10、20、30 mAに設定し、バルブモードで動作しているときのフォトダイオードの開回路電圧値を測定します。 結果を表に記録します。

（mA）
（の）

短絡電流を測定するには、図1に示す回路を組み立てます。 5.16。 上記の表に示されているものに従ってLEDを流れる電流を設定し、フォトダイオードの短絡電流の値を測定して、表の一番下の行に結果を入力します。

米。 5.16。 ゲートモードで動作しているときのフォトダイオードの短絡電流を測定するための回路。

2.2.3。 バルブモードで動作しているときのフォトダイオードの電流-電圧特性の中間分岐の調査。

図に示す回路を組み立てます。 5.17。

米。 5.17。 フォトダイオードの電流-電圧特性を研究するためのスキーム。

LED電流を5mAに設定します。 電源の出力の電圧を変更することにより、フォトダイオードを流れる電流をゼロに設定します。 この電圧は、以前に測定された値に近いはずです。

適切なLED電流で。 電圧をゼロに下げ、その値の3〜5のフォトダイオード電流を測定し、結果を表に入力します：

（の）
（mA）

電源のゼロ電圧での順方向電流の量は、対応する値に近い必要があります

。 LEDを流れる電流について、10、20、および30mAに等しい同様の測定サイクルを実行します。

2.2.4。 フォトダイオードの電流-電圧特性の逆分岐の調査。

図に示す回路を組み立てます。 5.18。

米。 5.18。 フォトダイオードの電流-電圧特性の逆分岐を研究するためのスキーム。

LEDを流れる電流をゼロに設定し、電源電圧をゼロに近づけ、PV1の測定限界を15V、PA1の測定限界を0.1mAに設定します。

フォトダイオードの逆電流のブロッキング電圧の大きさへの依存性を測定し、図1に示す表の最初の行に適切なデータを入力します。 5.19。 LEDを流れる電流を5、10、20、30mAに設定し、同様の測定を行い、同じ表に結果を入力します。

（の）
（mA）								mA
（mA）								mA
（mA）								mA
（mA）								mA
（mA）								mA

米。 5.19。 フォトダイオードの電流-電圧特性の逆分岐の研究結果を記録するための表。

2.3。 フォトトランジスタの出力特性の研究。

これらの研究の過程で、トランジスタオプトカプラの一部であるフォトトランジスタが使用されます

.

図に示す回路を組み立てます。 5.20。

米。 5.20。 フォトトランジスタの出力特性を研究するためのスキーム。

電流を設定する と ゼロに等しい場合、電圧レギュレータのノブは左端の位置にあり、測定限界PA1は0.1mA、測定限界PV1は15Vです。

電源電圧0、1、3、6、9、12、15Vでトランジスタのコレクタ電流を測定し、その結果を図1に示す表の適切な行に入力します。 5.21。 ベース電流を1、5、および10μAに設定して、点灯していないトランジスタに対して同様の測定を実行します（

= 0）。 結果をテーブルの適切な行に記録します。

LED電流を20mAに設定し、同様の測定のサイクルを実行します。

（の）
（mA）
（mA）								uA
（mA）								uA
（mA）								uA
（mA）									mA
（mA）								uA
（mA）								uA
（mA）								uA

米。 5.21。 フォトトランジスタの出力特性の調査結果を記録するための表。

2.4。 フォトサイリストの研究。

この項目を実行するときは、サイリスタフォトカプラの一部であるフォトサイリスタが使用されます

.

図に示す回路を組み立てます。 5.22。

米。 5.22。 フォトサイリストの研究のためのスキーム。

フォトダイオードを流れる電流をゼロに設定し、出力電圧レギュレータのノブを左端の位置に設定します。PV1の測定限界は15Vです。

電源の電圧を上げて、サイリスタの電源を入れてみてください。 有効にすると、VD2LEDが点灯します。 測定値

。 供給電圧をゼロに下げ、「オフ」ボタンを押します。 E"サイリスタを元の状態に戻す。 LED電流を2、5、10、および20mAに設定し、同様の測定を実行して、結果を表に入力します。

（mA）
（の）

LED電流をゼロに設定します。 サイリスタをオフにします。 電源の最大電圧を設定し、LEDを流れる電流を順次増やして、サイリスタをオンにします。 LED電流をゼロにしてオフにしてみてください。

2.5。 フォトレジスターの研究。

この実験室作業を行う際には、フォトカプラの一部であるフォトレジスタの特性を調べます。

.

図に示す回路を組み立てます。 5.23。

米。 5.23。 フォトレジスターの研究のためのスキーム。

現在の設定 ゼロに等しい、電圧レギュレーターノブ-左端の位置（

）、測定限界PV1〜15V、PA1〜0.1mA。

フォトレジスターの電圧を変更することにより、フォトレジスターを流れる電流を測定し、図に示す表の最初の行に結果を入力します。 5.24。 白熱電球を流れる電流の値を連続的に増加させることにより、同様の測定を実行し、表の対応する行に結果を記録します。

（の）
（mA）							mA
（mA）							mA
（mA）							mA
（mA）							mA
（mA）							mA

米。 5.24。 フォトレジスタの電流-電圧特性の研究結果を記録するための表。

電源電圧の極性を逆にして、 計測器（図5.25に示す回路を組み立てます）。 同様の測定のサイクルを実行し、結果を表に記録します。

米。 5.25。 逆電圧極性のフォトレジスタの電流-電圧特性を研究するためのスキーム。

3.実験結果の処理。

3.1。 2.1項の実行中に得られた結果の処理。

調査したダイオードの電流-電圧特性の直接分岐と逆分岐を1枚のグラフ用紙に作成し、直接分岐の電流と電圧の軸に沿って、それぞれ5mA / cm、0.5V / cm、および逆分岐0.1mA/cmおよび1.5V/cm。

3.2。 2.2.1項の結果の処理 2.2.4実験室での作業。

1枚のグラフ用紙に、LEDの電流によって与えられる、さまざまなレベルの照明でのフォトダイオードの完全な電流-電圧特性のファミリーを構築します。 電流-電圧特性の直接分岐の電流軸に沿った目盛りは、電圧軸に沿って0.1V/cmで5mA/cmに設定されます。 逆分岐を構築するときは、0.1 mA/cmおよび1.5V/cmに等しいスケールを取ります。 開回路電圧と短絡電流の値の特性に印を付けます。

2.2.2項で取得したデータに基づいて、依存関係を構築します

と

、 どこ LEDを流れる電流です。 対応する量の値がプロットされている軸に沿ったスケールは、現在の軸に沿って5 mA/cmに等しく設定する必要があります ; 0.1V/cm-軸に沿って

および0.2mA/cm-軸に沿って

.

3.3。 2.3項の実行中に得られた結果の処理。

1枚のグラフ用紙に、フォトトランジスタの出力特性のファミリを作成します。 異なる値 LED電流。 電圧軸では1V/cmに等しいスケールを選択し、電流軸では2mA/cmに等しいスケールを選択します。

3.4。 実験室作業のパラグラフ2.4の結果を処理する。

フォトサイリストのターンオン電圧のLED電流への依存性をプロットし、電流軸に沿って2mA / cm、電圧軸に沿って3V/cmのスケールを選択します。 このセクションで得られた結果を説明してください。

3.5。 2.5項の結果の処理。

1枚のグラフ用紙に、印加電圧の両方の極性に対するフォトレジスタの電流-電圧特性のファミリーを構築し、電流軸に沿って5 mA / cm、電圧軸に沿って3 V/cmのスケールを選択します。

これらの特性に基づいて、さまざまな照明レベルでのゼロ電圧の領域でのフォトレジスタの抵抗を決定し、放射線源を流れる電流の大きさに対するフォトレジスタの抵抗の依存性をプロットします。

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トピック4.1オプトエレクトロニクスの基礎。 光電子デバイスの分類。
オプトエレクトロニクスは、機能的なエレクトロニクスとマイクロエレクトロニクスの重要な独立した分野です。 光電子デバイスは、情報を処理するときに、電気信号が光信号に変換され、その逆も行われるデバイスです。

• 
  オプトエレクトロニクスデバイスの本質的な特徴は、それらの要素が光学的に結合されているが、互いに電気的に絶縁されていることです。

これにより、高周波回路と低周波回路だけでなく、高電圧と低電圧のマッチングも容易になります。 さらに、他の利点はオプトエレクトロニクスデバイスに固有です。光ビームの空間変調の可能性。これは、時間の変化と組み合わせて、3つの自由度（純粋な電子回路では2つ）を与えます。 チャネル間にガルバニック接続がない場合に、光ビームが大きく分岐して交差する可能性。 それらのパラメータ（振幅、方向、周波数、位相、偏光）の多くを変更する可能性があるため、光ビームの大きな機能負荷。

オプトエレクトロニクスは、光学と電子光学の2つの主要な独立した領域をカバーしています。 光学方向は、固体と電磁放射との相互作用の影響に基づいています。 それは、ホログラフィー、光化学、電気光学および他の現象に依存しています。 光学方向は、レーザー方向と呼ばれることもあります。

電子光学方向は、一方では内部光電効果によって固体に実装され、他方ではエレクトロルミネッセンスによって実装される光電変換の原理を使用します。 この方向性は、従来の電子回路のガルバニック接続と磁気接続を光接続に置き換えることに基づいています。 これにより、通信チャネル内の情報の密度、速度、ノイズ耐性を高めることができます。

オプトエレクトロニクスの主な要素は オプトカプラー。内部にオプトカプラーがあります（図9.4、 しかし）および外部（図9.4、 b）フォトニックボンドによる。 最も単純なオプトカプラーは4極です（図9.4、 しかし）、 3つの要素で構成されています：フォトエミッタ 1 、ライトガイド 2 と光レシーバー 3, 密閉された遮光ケースに封入されています。 電気信号がパルスまたは入力電流の低下の形で入力に印加されると、光エミッタが励起されます。 光ガイドを通る光束は光検出器に入り、その出力で電気パルスまたは出力電流の低下が形成されます。 このタイプのオプトカプラーは電気信号の増幅器であり、内部結合はフォトニックであり、外部結合は電気的です。 .

別のタイプのオプトカプラーは、電気的内部結合とフォトニック外部結合を備えています（図9.4、 b）-は、光信号の増幅器であり、ある周波数の信号を別の周波数の信号、たとえば信号に変換するものです。 赤外線放射可視スペクトル信号に。 光レシーバー 4 入力光信号を電気信号に変換します。 後者は増幅されます 5 光源を励起します 6.

現在、多数のオプトエレクトロニクスデバイスが開発されています。

個人的な目的。 マイクロエレクトロニクスでは、原則として、統合の可能性があり、それらの製造技術と対応する集積回路の製造技術との互換性がある光電子機能要素のみが使用されます。

フォトエミッター。 オプトエレクトロニクスの光源は、小型化、低消費電力、高効率と信頼性、長寿命、製造可能性などの要件の対象となります。 それらは高速でなければならず、統合されたデバイスの形で製造する可能性を可能にします。

多くの 幅広い用途エレクトロルミネッセンス源として受け取った インジェクションLED、光の放出は、電子と正孔のバンド間再結合のメカニズムによって決定されます。 十分に逃した場合 大電流注入

米。 9.5。 インジェクションLEDの動作原理の説明へ

横切って p- n-移行（へ 順方向）、価電子帯からの電子の一部は伝導帯に行きます（図9.5）。 価電子帯の上部には自由状態（正孔）が形成され、伝導帯の下部には状態の充満が形成されます。

ニア（伝導電子）。 このような逆集団は平衡状態ではなく、逆電子遷移中に光子の無秩序な放出を引き起こします。 同時に発生する R-n-遷移インコヒーレントグローであり、エレクトロルミネッセンスです。 伝導帯の満たされた部分から価電子帯の自由な部分への発光遷移中に放出された光子は、同一の光子の誘導放出を引き起こし、別の電子を価電子帯にジャンプさせます。 ただし、同じエネルギーの光子（ ∆ E= E 2 - E 1 前 ∆ E=2? E）下部の状態は自由であり（電子がない）、上部の状態はすでに満たされているため、吸収できません。 だということだ p- n-遷移は、そのようなエネルギーの光子、つまり対応する周波数に対して透過的です。 逆に、より大きなエネルギーを持つ光子 ∆ E+2? E, 価電子帯から伝導帯に電子を移動させることで吸収できます。 同時に、そのようなエネルギーの場合、上部の初期状態が満たされていないのに対し、下部の状態が満たされているため、光子の誘導放出は不可能です。 したがって、誘導放出は、バンドギャップエネルギーに対応する周波数付近の狭い範囲で可能です。 ∆Eスペクトル幅付き ? E.

LEDに最適な材料は、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、リン化シリコン、炭化ケイ素などです。LEDは高速（約0.5 µs）ですが、大電流（約30 A / cm2）を消費します。 最近、ガリウムヒ素-アルミニウムをベースにしたLEDが開発されました。その出力は、数十ミリアンペアの直流で数分の1から数ミリワットの範囲です。 LEDの効率は1〜3％を超えません。

有望な光源は インジェクションレーザー、狭いスペクトル領域に高効率と高速（数十ピコ秒）で高エネルギーを集中させることができます。 これらのレーザーは、集積回路と同じ技術を使用して、単一のベースチップ上にマトリックスの形で作ることができます。 単純な注入レーザーの欠点は、非常に低い温度に冷却する場合にのみ許容できる性能を発揮することです。 常温では、ガリウム砒素レーザーは小さい 平均電力、低効率（約1％）、低安定性および耐用年数。 ヘテロ接合（ヘテロ接合-同じタイプの電気伝導率を持つがバンドギャップが異なる層間の境界）を使用して複雑な構造の接合を作成することによる注入レーザーのさらなる改善により、 10〜20％の効率と許容可能な特性を備えた常温。

光検出器。光信号を電気信号に変換するには、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトレジスタ、フォトサイリスタ、その他のデバイスが使用されます。

フォトダイオードはバイアスされています 逆方向 p- n-遷移。その逆飽和電流は、入射光の作用によって生成される電荷​​キャリアの数によって決まります（図9.6）。 フォトダイオードのパラメータは、その回路を流れる電流の値で表されます。 一般に積分と呼ばれるフォトダイオードの感度は、光電流とそれを引き起こした光束の比率として定義されます。 F ? . フォトダイオードの感度しきい値は、積分（電流）感度と暗電流の既知の値から推定されます 私 dつまり、敏感な層の照射がない場合に回路を流れる電流。

フォトダイオードの主な材料はゲルマニウムとシリコンです。 シリコンフォトダイオードは通常、スペクトルの狭い領域で感度が高くなります（？= 0.6- 0.8 µmから？ = 1.1 µm）最大値は？ = 0.85 µm、およびゲルマニウムフォトダイオードには感度限界がありますか？ \ u003d 0.4〜1.8ミクロン、最大値は？ ？ 1.5 µm。 供給電圧が20Vのフォトダイオードモードでは、シリコンフォトダイオードの暗電流は通常3μAを超えませんが、ゲルマニウムの暗電流は3μAを超えません。 10 Vの供給電圧でフォトダイオード、それは15-20μAに達します。

フォトトランジスタは、2つ以上の放射エネルギーの受信機です r-p-敏感な層が照射されたときに光電流を増幅する特性を持つ遷移。 フォトトランジスタは、フォトダイオードの特性とトランジスタの増幅特性を兼ね備えています（図9.7）。 フォトトランジスタに光入力と電気入力が同時に存在することで、エネルギー特性の線形セクションでの動作に必要なバイアスを作成し、外部の影響を補償することができます。 小信号を検出するには、フォトトランジスタから取得した電圧を増幅する必要があります。 この場合、出力抵抗を大きくしてください。 交流電流コレクタ回路の暗電流を最小限に抑え、ベースに正のバイアスを生成します。

ライトガイド。オプトカプラーの光源とレシーバーの間には、ライトガイドがあります。 LEDと導電性媒体（光ファイバー）の間の界面からの反射損失を減らすために、後者は高い屈折率を持たなければなりません。 このような媒体は浸漬と呼ばれます。 液浸材料は また、ソースとレシーバーの材料への密着性が高く、膨張係数の点で十分なマッチングを提供し、作業領域で透明であるなど。最も有望なのは、屈折率が1.8〜1.9の鉛ガラスと屈折率が2、4-2.6。 イチジクに 9.8を表示 横断面液浸ライトガイド付きのソリッドステートオプトカプラー。

ガラスまたは透明なプラスチックの細いフィラメントは、オプトエレクトロニクスの光ガイドとして使用されます。 この方向は光ファイバーと呼ばれます。 ファイバーは光絶縁材料で覆われ、マルチコアライトケーブルに接続されています。 それらは、電流に関して金属線と同じように光に関して同じ機能を果たします。 光ファイバーの助けを借りて、それは可能です：光ファイバーの直径（約1ミクロン）によって決定される解像度で画像の要素ごとの伝送を実行します。 ライトガイドのファイバーを曲げたりねじったりする可能性があるため、画像の空間変換を生成します。 かなりの距離などで画像を送信します。 9.9は、光ガイドファイバーのケーブルの形をしたライトガイドを示しています。

積分 光学。機能的なマイクロエレクトロニクスの有望な分野の1つは、光学情報の送信と処理のための超効率的なシステムの作成を保証する統合光学です。 統合光学の研究分野には、誘電体薄膜導波路および光ファイバーの光学範囲での電磁放射の伝播、変換、および増幅が含まれます。 集積光学の主な要素は、バルクまたは表面の光マイクロ波ガイドです。 最も単純な対称体積光学マイクロ波ガイドは、周囲の光学媒体の屈折率よりも大きい屈折率を持つ、1つまたは2つの空間次元に局在する領域です。 このような光学的に高密度の領域は、誘電体導波路のチャネルまたはキャリア層以外のものです。

P 非対称表面誘電体導波路の例は、光学的に透明な基板の屈折率よりも大きい屈折率を有する光学的に透明な誘電体または半導体の薄膜である。 電磁場の局在化の程度、およびキャリア層と基板に沿って伝達されるエネルギーフラックスの比率は、キャリア層の有効な横方向のサイズと、キャリア層と与えられた放射周波数での基板。 比較的単純で、ソリッドステート光学デバイスに最も適しているのは、マイクロエレクトロニクス法（たとえば、真空堆積）によって基板上に堆積された薄い誘電体膜（図9.10）の形で作られた光学ストリップマイクロ波ガイドです。 マスクを使用することで、光回路全体を誘電体基板に高精度で適用できます。 電子ビームリソグラフィーの使用により、単一の光ストリップ導波路と特定の長さにわたって光学的に結合された導波路、およびその後の発散導波路の両方の作成に成功しました。これは、集積光学システムでの方向性結合器と周波数選択フィルターの作成に不可欠です。 。

光電子マイクロ回路。に

オプトエレクトロニクスに基づいて、多数のマイクロ回路が開発されてきた。 国内産業によって製造されたいくつかのオプトエレクトロニクスマイクロ回路を考えてみましょう。 マイクロエレクトロニクスでは、ガルバニック絶縁のオプトエレクトロニクスマイクロ回路が最も広く使用されています。 これらには、高速スイッチ、アナログ信号スイッチ、スイッチ、およびアナログ信号機能処理システムで使用するために設計されたアナログオプトエレクトロニクスデバイスが含まれます。

光電子マイクロ回路の主な要素は、オプトカプラーのペアです（図9.11、 しかし、 b）光源からなる 1 、入力信号によって制御される、液浸媒体 2, 光源と光検出器に光学的に結合 3. オプトカプラーのパラメーターは、DC絶縁抵抗、電流伝達比（レシーバーの光電流とエミッター電流の比）、スイッチング時間、およびスルー容量です。

光電子ペアに基づいて、さまざまな目的のための光電子マイクロ回路が作成されます。

米。 9.11。 オプトカプラーのスキームと技術的実装：

1-光源; 2-浸漬媒体; 3-光検出器。

トピック4.2オプトエレクトロニクスデバイスの要素
1. 光電子スイッチ光電子ペアと増幅器を含むハイブリッドマイクロ回路を表します。 このスイッチは、高効率のシリコンドープガリウムアペニドLEDと高速シリコンを使用しています。 p- 私- n-フォトダイオード。 液浸媒体は屈折率2.7のカルコゲナイドガラスです。 オプトエレクトロニクスペアの電流伝達係数は常温で3〜5、ターンオン時間（遅延時間と立ち上がり時間の合計）は100〜250 ps、LED回路と光検出器のガルバニック絶縁直流は109オームです。 マイクロ回路は、TO-5タイプの丸いガラスから金属へのパッケージで作られています。

2. 光電子キー高電圧ACおよびDC回路を切り替えるために設計されています。 4つの独立したチャネルがあり、それぞれにLEDと高電圧で構成される2つのオプトエレクトロニクスペアが含まれています。 p- 私- n- フォトダイオード。 フォトダイオードは背中合わせに接続されているため、オフ状態（LEDに電流が流れていない場合）のスイッチの抵抗は、印加電圧の極性に関係なく、逆の暗抵抗によって決まります。偏った p- 私- n-フォトダイオード; その値は約109オームです。

3. トランジスタキー直流電圧を切り替えるために設計されています 最大50V。デバイスには2つの独立したチャネルがあり、それぞれにガリウムヒ素LEDとシリコンで構成されるオプトエレクトロニクスペアが含まれています。 n- p- 私- n-フォトトランジスタ。 光電子ペアの電流伝達係数は2、定格動作電流は10 mA、増幅モードでの速度は100〜300nsです。

4.アナログ信号スイッチアナログ信号の選択的処理のシステムで使用するために設計されています。 配線図 1つのスイッチチャネルを図1に示します。 9.12。 チャネルには、ガリウムヒ素LEDと2つの連続した光電子ペアが含まれています n- 私- n-1つの単結晶で作られたフォトダイオード。

イチジクに 9.13は、他のいくつかのタイプのオプトエレクトロニクスマイクロ回路の電気回路を示しています。 キーチップ（図9.13、 しかし）モノリシックシリコン増幅器と一致する高速ダイオードオプトエレクトロニクスペアが含まれています。 これは、コンピューターロジックデバイスおよびディスクリートオートメーションの変圧器およびリレー接続を置き換えるように設計されています。 アナログキー（図9.13、 b）を指します




光電子制御を備えた線形回路。 60〜80 mWの制御信号電力で、チョッパーパラメーターは標準の半導体マイクロ回路に必要な値に達します。 光電子低電力リレー 直流（図9.13、 の）アナログを置き換えるように設計されています

ミリ秒の範囲の速度と保証された動作数の電気機械式リレー104-107。

興味深いのは、エレクトロルミネッセンスダイオードとトランジスタに基づく電子スイッチであるデバイスの4つのグループを含む249シリーズのオプトエレクトロニクスマイクロ回路です。 全グループの配線図

デバイスは同じです（図9.14）。 構造的に、マイクロ回路は、14本のリードを備えた集積回路の長方形のフラットパッケージで設計され、2つの絶縁チャネルを備えているため、機器のサイズと重量が削減され、マイクロ回路の機能も拡張されます。 LEDはシリコンベースであり、 P + - p- n 私 - n + - 構造。 キーに2つのチャネルが存在するため、キーを使用できます アナログ信号の一体型遮断器として機能し、複合トランジスタ回路に従ってフォトトランジスタをオンにすると、高い信号伝達係数（10-100）が得られます。

オプトエレクトロニクスデバイス
光電子デバイスの仕事は、情報を受け取り、送信し、保存する電子光子プロセスに基づいています。

最も単純なオプトエレクトロニクスデバイスは、オプトエレクトロニクスペアまたはオプトカプラーです。 放射線源、液浸媒体（光ファイバー）、および光検出器で構成されるオプトカプラーの動作原理は、電気信号を光信号に変換し、次に電気信号に戻すことに基づいています。

機能デバイスとしてのオプトカプラーには、従来の無線要素に比べて次のような利点があります。

完全なガルバニック絶縁「入力-出力」（絶縁抵抗が10 12-10 14オームを超える）。

情報伝送チャネルの絶対ノイズ耐性（情報キャリアは電気的に中性の粒子-光子）。

光の伝播の特徴に関連する一方向の情報の流れ。

光発振の高周波によるブロードバンド、

十分な速度（ナノ秒の単位）;

高い絶縁破壊電圧（数十キロボルト）;

低ノイズレベル;

良好な機械的強度。

実行される機能に応じて、フォトカプラはリレー（キー）を備えた変圧器（結合要素）と比較できます。

オプトカプラーでは、半導体放射線源が使用されます-グループの化合物の材料から作られた発光ダイオード しかし III B V , その中で最も有望なのはリン化物とガリウムヒ素です。 それらの放射のスペクトルは、可視および近赤外放射（0.5〜0.98ミクロン）の領域にあります。 リン化ガリウムをベースにした発光ダイオードは、赤と緑の輝きを放ちます。 炭化ケイ素LEDは有望です 黄発光および高温多湿での過酷な環境での動作。

スペクトルの可視範囲で発光するLEDは、電子時計やマイクロ計算機で使用されています。

発光ダイオードは、非常に広い放射のスペクトル組成、放射パターンによって特徴付けられます。 放出された光量子の数と通過した光量子の数の比率によって決定される量子効率 p-n-電子の遷移; パワー（不可視放射あり）と明るさ（可視放射あり）; ボルトアンペア、ルーメンアンペア、ワットアンペアの特性。 速度（パルス励起中のエレクトロルミネッセンスの増減）、動作温度範囲。 増加とともに 作動温度 LEDの輝度が低下し、出力電力が低下します。

可視域の発光ダイオードの主な特性を表に示します。 32、および赤外線範囲-表。 33。
表32 可視域の発光ダイオードの主な特徴

表33 赤外発光ダイオードの主な機能

ダイオードタイプ	全力放射線、mW	DC順方向電圧、V	放射波長、µm	放射パルスの立ち上がり時間、ns	放射パルスの崩壊時間、ns	重量、g
AL103 A、B AL106 A-D AL107 A、B AL115 A	0.6-1（50 mAで） 0.2〜1.5（100 mAで） 6-10（100 mAで） 1.5（100 mAで） 0.2（20 mAで） 10（現在50 mAで）	1,6	0,95 0,9 – 1	200 – 300	500	0,1

オプトエレクトロニクスデバイスの発光ダイオードは、液浸媒体によって光検出器に接続されます。その主な要件は、損失と歪みを最小限に抑えた信号伝送です。 オプトエレクトロニクスデバイスは、固体浸漬媒体（高分子有機化合物（光学接着剤およびワニス）、カルコゲニド媒体、および光ファイバー）を使用します。 エミッターと光検出器の間の光チャネルの長さに応じて、オプトエレクトロニクスデバイスはオプトカプラー（チャネル長100〜300ミクロン）、オプトアイソレーター（最大1 m）、光ファイバー通信ライン（FOCL（up））に分けることができます。数十キロメートルまで）。

オプトカプラーで使用される光検出器は、スペクトル特性をエミッターと一致させるための要件、光信号を電気信号に変換する際の最小損失、感光性、速度、感光領域のサイズ、信頼性、およびノイズレベルの対象となります。

オプトカプラーの場合、内部光電効果を備えた光検出器が最も有望です。 物理的特性これらの材料の結晶格子の大部分で電子遷移を引き起こします。

内部光電効果は、2つの方法で現れます。光の作用下での光検出器の抵抗の変化（フォトレジスタ）、または2つの材料（半導体-半導体、金属-半導体）間の界面での光起電力の出現です。 （バルブフォトセル、フォトダイオード、フォトトランジスタ）。

内部光電効果を備えた光検出器は、フォトダイオードに分割されます（ p-n-接合部、MIS構造、ショットキーバリア）、フォトレジスタ、内部増幅を備えた光検出器（フォトトランジスタ、複合フォトトランジスタ、フォトサイリスタ、フィールドフォトトランジスタ）。

フォトダイオードはシリコンとゲルマニウムをベースに作られています。 シリコンの最大スペクトル感度は0.8µmで、ゲルマニウムの最大スペクトル感度は最大1.8 µmです。 それらは逆バイアスで動作します p-n-トランジション。速度、安定性、特性の直線性を向上させることができます。

ほとんどの場合、フォトダイオードは、さまざまな複雑さのオプトエレクトロニクスデバイスの光検出器として使用されます。 p- 私-n-構造 私高電界の空乏領域です。 この領域の厚さを変更することにより、 良好な成績キャリアの容量と飛行時間が短いため、速度と感度の点で。

電荷キャリアの増倍中に光電流の増幅を使用するアバランシェフォトダイオードは、感度と速度が向上しています。 ただし、これらのフォトダイオードは温度範囲にわたって十分に安定しておらず、電源が必要です。 高電圧。 ショットキーバリアとMIS構造を備えたフォトダイオードは、特定の波長範囲での使用が期待されています。

フォトレジスターは、主に化合物（硫黄とセレンを含むカドミウム）をベースにした多結晶半導体膜から作られています。 フォトレジスタの最大スペクトル感度は0.5〜0.7 µmです。 フォトレジスターは通常、暗い場所で使用されます。 感度の点では、光電子増倍管（外部光電効果のあるデバイス）に匹敵しますが、低電圧電源が必要です。 フォトレジスタの欠点は、低速と 上級ノイズ。

内部増幅を備えた最も一般的な光検出器は、フォトトランジスタとフォトサイリストです。 フォトトランジスタはフォトダイオードよりも感度が高くなりますが、速度は遅くなります。 光検出器の感度を上げるために、光トランジスタと増幅トランジスタを組み合わせた複合フォトトランジスタを使用していますが、速度は遅くなっています。

オプトカプラーでは、フォトサイリスト（3つの半導体デバイス p- n-遷移、点灯時に切り替わる）、感度と出力信号レベルは高いが、速度が不十分。

フォトカプラの種類は、主に光検出器の特性と特性によって決まります。 オプトカプラーの主な用途の1つは、デジタルおよびアナログ信号の送信機と受信機の効果的なガルバニック絶縁です。 この場合、オプトカプラーはコンバーターまたは信号スイッチャーモードで使用できます。 オプトカプラーは、許容可能な入力信号（制御電流）、電流伝達比、速度（スイッチング時間）、および負荷容量によって特徴付けられます。

だいたい スイッチング時間に対する電流伝達係数の比率は、オプトカプラーの品質係数と呼ばれ、フォトダイオードおよびフォトトランジスターオプトカプラーの場合は10 5〜106です。 フォトサイリストをベースにしたフォトカプラが広く使用されています。 フォトレジスターをベースにしたオプトカプラーは、時間と温度の安定性が低いため、広く使用されていません。 いくつかのフォトカプラの図を図1に示します。 130、 a-さん

の コヒーレント放射源として、安定性が高く、エネルギー特性と効率が良好なレーザーが使用されています。 オプトエレクトロニクスでは、半導体レーザーを使用してコンパクトなデバイスを設計します- レーザーダイオード、たとえば、従来の情報伝送ライン（ケーブルとワイヤー）の代わりに光ファイバー通信ラインで使用されます。 それらは、高帯域幅（ギガヘルツの帯域幅）、電磁干渉に対する耐性、軽量および寸法、入力から出力への完全な電気的絶縁、爆発および火災安全性を備えています。 FOCLの特徴は、特殊な光ファイバーケーブルを使用していることです。その構造を図1に示します。 131.このようなケーブルの工業用サンプルは、1〜3 dB/km以下の減衰があります。 光ファイバ通信回線は、電話およびコンピュータネットワーク、ケーブルテレビシステムの構築に使用されます。 高品質送信された画像。 これらの回線により、数万の電話での会話といくつかのテレビ番組を同時に送信できます。

最近、光集積回路（ＯＩＣ）が集中的に開発され、普及しており、そのすべての要素は、必要な材料を基板上に堆積することによって形成されている。

オプトエレクトロニクスで有望なのは、液晶をベースにしたデバイスで、電子時計のインジケーターとして広く使用されています。 液晶は、結晶の性質を持った有機物（液体）であり、結晶相と液体の間で遷移状態にあります。

液晶インジケーターは、解像度が高く、比較的安価で、消費電力が少なく、高レベルの照明で動作します。

単結晶（ネマティックス）に似た性質の液晶は、光インジケータや光メモリデバイスで最もよく使用されます。加熱すると色が変化する液晶（コレステリック）が開発され、広く使用されています。他のタイプの液晶（スメクティック）は情報の熱光学的記録に使用されます。

比較的最近開発されたオプトエレクトロニクスデバイスは、 さまざまな分野そのユニークな特性のために、科学技術。 それらの多くは、真空および半導体技術に類似物を持っていません。 しかし、新素材の開発、これらのデバイスの電気的および動作特性の改善、およびそれらの製造のための技術的方法の開発に関連する未解決の問題がまだ多くあります。

セクション5.電荷結合デバイス（CCD）に基づくデバイス。