[发明专利]基于二硫化钼晶体管的光控开关电路

说明书

本发明公开了一种基于二硫化钼晶体管的光控开关电路，主要解决现有光控开关电路不能在超低光强度下工作的问题。其包括NPN三极管Q1，PNP三极管Q2，LED发光管，二硫化钼晶体管VT，两个分压电阻，开关和电源。VT的栅极通过第一分压电阻R1连接到电源正极，VT的漏极与Q1的基极连接，VT的源极连接到电源负极，Q1的发射极连接电源负极，Q1的集电极与Q2的基极连接并通过第二分压电阻R2连接电源正极，Q2的发射极连接电源正极，Q2的集电极通过LED连接电源负极，开关与电源串联。本发明通过利用二硫化钼晶体管提高了灵敏度，可探测超低强度光，并能在很小电流和很低电压的条件下工作，可用于光电集成电路。

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，特别是一种光控开关，可用于控制光电集成电路中的电路通断。

背景技术

光探测器是一种可以将光信号转变为可探测的电信号的光电器件，可探测到光信号的器件广泛应用于各个领域，包括量子通信、密码学、军事、天文学、工业以及消费电子等。最简单的光探测器便是具有两个电极的光导器件，其工作原理可以概述为在光照下，半导体材料能够很好的吸收光子产生电子空穴对，在外电场的作用下，两种载流子分别流入相应的电极，从而产生比无光照条件下的暗电流大几个数量级的光电流。通常用来描述光响应性能的参数有光响应度、归一化探测率以及外量子效率。

生活中常见的使用光探测器的电路为光控开关电路，这种光控开关电路通常使用光敏电阻、光电二极管作为检测光强的器件，继而实现电路的导通与关断。其中光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；当入射光强时,电阻减小，当入射光弱时,电阻增大，光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换，光敏电阻器对光的敏感性即光谱特性与人对可见光0.4-0.76μm的响应很接近，但是其响应速度慢，延迟时间受入射光的光照度影响，限制了它的应用。光电二极管是在反向电压作用之下工作的，没有光照时，电流很小，一般小于0.1微安。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。光电二极管具有噪声低，线性度好，价格低廉，使用寿命长等优势，但是其输出电流小。

为了获得更好的性能，通常人们使用光电晶体管代替上述光敏电阻或光电二极管。光电晶体管既可以通过规则栅调节沟道电流，又可以通过入射光子来调节沟道电流。其工作原理为在光照下，功能材料中产生许多激子，激子解离成电子和空穴，解离的载流子在栅偏压下被吸引到半导体与绝缘体的界面上，在源电极和漏电极之间形成一个导电通道，同时导电沟道为激子分解的自由电子和空穴提供了一种有效途径，极大的增加了导电通道中的电荷密度，并在很大程度上增加了光电流。目前所使用的光电晶体管，多使用二维层状结构材料，因为其较高的载流子迁移率、直接带隙并且带隙在较大的范围内可调，因此在光探测领域有更好的应用价值。光电晶体管所选择的材料对光谱响应范围以及光响应性能的影响非常重要，例如GaS，它的带隙在2.59到3.05eV之间可调，带隙宽，在紫外光探测方面很有优势，并且基于GaS的光探测器已经在刚性与柔性基底上展现，光响应度为19.6A·W。但是这种材料的光电晶体管却不适合在可见光范围内进行探测。还有一种材料GaSe，它的间接带隙为2.11eV，带隙略窄，虽然可以在可见光范围内探测，但是光电流很小，也只适合在紫外光范围内进行探测，在紫外光照射下，它的光响应度为2.8A·W。其光响应范围有限，在可见光范围内响应度低，并且当光强度变弱的情况下光响应度更低，限制了它的使用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于二硫化钼晶体管的光控开关及其制作方法，用二硫化钼晶体管代替已有的光敏探测器件，拓宽光响应范围，提高低光强下的光响应性能。

本发明的技术方案是这样实现的：

一.技术原理