光电器件是指根据光电效应制作的器件称为光电器件,也称光敏器件。光电器件的种类很多,但其工作原理都是建立在光电效应这一物理基础上的。
一、光电器件的概念
光电器件是指根据光电效应制作的器件称为光电器件,也称光敏器件。光电器件的种类很多,但其工作原理都是建立在光电效应这一物理基础上的。光电器件的种类主要有: 光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池、光电耦合器件。下面就介绍这些光电器件的结构、工作原理、参数、基本特性。
半导体材料的电导率是由载流子浓度决定的。半导体材料中的载流子包括材料内部的自由电子及其留下的空位——空穴两种。在正常情况下自由电子及空穴的形成与复合处于动态平衡,电子要克服原子的束缚成为自由电子必须吸能量,而光照可以向电子提供能量,增强它挣脱原子束缚的能力。使得原本的动态平衡被打破,自由电子及空穴的形成速率大于复合速率,从而在半导体内部形成自由电子——空穴对。因此,光照可以改变载流子的浓度,从而改变半导体的电导率。光电导器件主要有光敏电阻、光电二极管光电三极管等。
半导体光电器件是指把光和电这两种物理量联系起来,使光和电互相转化的新型半导体器件。即利用半导体的光电效应(或热电效应)制成的器件。光电器件主要有,利用半导体光敏特性工作的光电导器件,利用半导体光伏打效应工作的光电池和半导体发光器件等。
半导体材料的电导率是由载流子浓度决定的。载流子就是由半导体原子逃逸出来的电子及其留下的空位----- 空穴。电子从原子中逃逸出来,必须克服原子的束缚而做功,而光照正是向电子提供能量,使它有能力逃逸出来的一种形式。因此,光照可以改变载流子的浓度,从而改变半导体的电导率。半导体发光器件是一种将电能转换成光能的器件。它包括发光二极管、红外光源、半导体发光数字管等。
发光二极管的管芯也是一个PN结,并具有单向导电性。PN结加上正向电压时,电子由N区渡越(扩散)到空间电荷区与空穴复合而释放出能量。这些能量大部分以发光的形式出现,因此,可以直接将电能转换成光能。发光二极管的发光颜色(波长),困半导体材料及掺杂成分不同而不同。常用的有黄、绿、红等颜色的发光二极管。发光二极管工作电压很低(1 5-3伏),工作电流很小(10-30毫安),耗电极省。可作灯光信号显示、快速光源,也呆同时起整流和发光两种作用。
把磷化镓发光管或磷化镓发光管的管芯制成条状,用七条发光管组成七段式数字显示管,可以显示从0到9的十个数字。这种半导体数字显示管的优点是体积小、耗电省、寿命长、响应速度快。它可以作为各种小型计算器及数字显示仪表的数字显示用。
把半导体发光器件和光敏器件组合封闭装在一起,就组成了具有电---光---电转换功能的光电耦合器。显然,给耦合器输入一个电信号,发光器件就发光,光被光接收器件接收后,又转成换成电信号输出。因为输入主输出之间用光进行耦合。所以输出端对输入端没有反馈,具有优良的隔离性能和抗干扰性能。光电耦合器又是光电开关,这种光电开关不存在继电器中机械点易疲劳的问题,可靠性很高。
根据中研普华产业研究院发布的《2023-2028年光电器件市场发展现状调查及供需格局分析预测报告》显示:
数据库显示,2022年12月全国光电子器件当月产量与去年同期相比下降。2022年12月全国光电子器件产量为857.8亿只,同比下降28%。2022年1-12月全国光电子器件产量10803.6亿只,同比下降13.2%。
目前,我国光电子器件产业的上市公司数量较多,分布在各产业链环节。其中,涉及光电子器件制造的上市公司包括:三安光电、华工科技、中际旭创等。从光电子器件行业的上市企业布局和已有公开信息分析,注册资本最多的是三安光电,其次是华工科技;而成立时间最早的是三安光电,招投标信息最多的是华工科技。
近年来,半导体显示器件市场份额向大陆厂商集中,行业集中度得到提升,使得中国大陆半导体显示器件厂商的议价能力随之提高,同时厂商之间的竞争趋于更加理性,因此未来价格竞争将会趋于缓和。我国半导体显示器件重点企业有TCL科技、冠石科技以及和辉光电。TCL科技的营业收入规模远高于冠石科技和和辉光电。且TCL科技的营业收入呈现波动震荡的现象,而冠石科技和和辉光电都呈现上升的态势。2022年1-9月,TCL科技、冠石科技和和辉光电的营业收入分别为1265.15亿、10.12亿和32.92亿。
中国国内市场发展迅速,不少企业成功抓住这一历史机遇,掌握半导体、精密光学镀膜及光学超精密加工等相关核心技术,逐步实现产品和技术的国产替代。伴随世界贸易格局的变动和国内产业升级进程的推进,政府逐渐加大对国内高端制造业的鼓励和扶持力度,包括光学光电子元器件在内的高端制造业正加速国产替代进程。
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