光电器件(Optoelectronic Devices)是以光-电子(或电子-光)转换效应为工作原理的各种功能器件的统称。早在19 世纪末人们就已经开始研究硒(Selenium)的光电现象,并导致了后来硒光电池的应用,这比晶体管的发明早近80年。但由于当时的认知水平相当有限,光电器件的发展较为缓慢。1887年,德国物理学家海因里希•赫兹(Heinrich R. Hertz) 在进行电磁波实验时,观测到电子在光辐射下从物体表面逃逸的情况,从而揭示了光电器件的物理基础—光电效应。1916年,阿尔伯特 • 爱因斯坦(Albert Einstein)依据量子理论完善了光子与物体相互作用的基本原理,将光电效应的本质展现在世人的面前,并因此获得 1921年的诺贝尔物理学奖。20世纪 30 年代后,人们对半导体物理特性的研究,特别是对半导体光学性质的研究,进一步夯实了光电器件的物理基础。
光电效应划分为光生伏特效应、光电导效应和光电子发射效应。根据工作机制以及应用的差异,光电器件主要归为三类。第一类器件为光电探测器或光电接收器,如雪崩光电二极管 ( Avalanche Photodiode, APD)等,目前广泛应用于传感、探测及通信领域。受到辐射后,这一类器件的电学性质可以发生改变,从而将探测到的光信号转化为电信号,再通过电信号的分析结果获取所需信息。第二类器件为电致发光器件,可实现电信号到光信号的转换。发光二极管 (LightEmitting Diode, LED)和激光二极管(Laser Diode, LD)是其典型代表。发光二极管具有寿命长、成本低、光谱范围宽等诸多优点,广泛用于显示和照明等领域。激光二极管的光谱较窄、方向性强,广泛应用于大容量、长距离的光纤通信系统以及光电集成电路。第三类器件以太阳电池(Solar cell)为代表,实现了光能到电能的转化并可将其进行存储。这类器件能把太阳能以较高的效率直接转换成电能,以低运行成本提供电力。
如今,光电器件已经渗透到工作和生活的各个方面,如遥感、制导、红外探测、医疗检测、手机、相机、家用摄像机、显示器等,应用范围从军事国防扩展到民用商品,产业结构与规模日益庞大。与此同时,随着新技术、新材料、新原理的不断发现与应用,各种高性能光电器件将不断涌现。
审核编辑:汤梓红
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原文标题:光电器件,光電元件,Optoelectronic Devices
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