Vật liệu quang điện tử là gì

Ngày nay việc sử dụng các thiết bị giúp tăng điện trở khá là phổ biến. Một trong số các linh kiện phổ nhất để thực hiện nhiệm vụ này đó chính là quang điện trở. Vậy quang điện trở là gì? Cấu tạo và cách hoạt động của nó diễn ra như thế nào? Qua bài viết này Vimi sẽ cung cấp cho các bạn các thông tin cần thiết, giúp bạn hiểu rõ hơn về loại linh kiện này.

• 1. Quang điện trở là gì?
• 2. Cấu tạo của quang điện trở
• 3. Nguyên lý hoạt động của quang điện trở
• 4. Ưu điểm và nhược điểm của mạch ứng dụng quang điện trở
• 5. Ứng dụng của quang điện trở trong cuộc sống

Quang điện trở là gì? Quang điện trở hay quang trở là linh kiện điện tử được chế tạo bằng chất liệu đặc biệt có thể thay đổi điện trở phụ thuộc vào độ mạnh yếu của ánh sáng chiếu vào nó. Chất liệu đặc biệt đó là chất quang dẫn, là chất bán dẫn có khả năng thay đổi khả năng dẫn điện tùy theo cường độ ánh sáng chiếu vào nó. Chất này sẽ dẫn điện tốt hơn khi có cường độ ánh sáng mạnh chiếu vô, và ngược lại nó trở lên dẫn điện kém hơn khi cường độ ánh sáng ấy giảm đi.

2. Cấu tạo của quang điện trở

Quang điện trở có cấu tạo rất đơn giản, gồm hai phần: phần trên và phần dưới. Chất liệu đặc biệt được sử dụng để là quang điện trở là quang dẫn.

• Phần trên của quang trở: Gồm các màng kim loại được liên kết với nhau thông qua các đầu cực.
• Phần dưới của quang trở: Là các kim loại được thiết kế để tăng khả năng tiếp xúc tối đa với các màng kim loại. Các linh kiện được đặt trong hộp nhựa để tăng khả năng quang trở tiếp xúc với ánh sáng và phản ứng nhanh nhát với sự biến đổi của cường độ ánh sáng.

Chất liệu phổ biến nhất dùng để chế tạo các linh kiện của quang điện trở là Cadmi sulfide (CdS) và Cadmi Selenide (CdSe). Đây là chất liệu phổ biến nhất để chế tạo quang dẫn, các chất này thường chứa rất ít hoặc gần như không chứa các hạt electron khi được ánh sáng chiếu vào.

Tuy nhiên, tại các nước châu Âu đang cấm dùng Cadmi. Một số chất khác để chế tạo quang trở là Chì (II) Sulfide và Indi Antimonua (InSb) được sử dụng cho các vùng phổ hồng ngoại (có bước sóng từ 760 nm đến 1mm), vì một trong các tính chất của tia hồng ngoại là có thể gây ra hiện tượng quang điện trong một số chất bán dẫn.

3. Nguyên lý hoạt động của quang điện trở

Quang điện trở là điện trở được làm từ chất bán dẫn với mức trở kháng (mức cản trở dòng điện) cao nhưng không tiếp giáp. Mức điện trở của quang điện trở có thể đạt tới mức rất cao từ vài MΩ (mega ôm) khi nó không được chiếu sáng, hoặc điện trở của nó có thể giảm xuống chỉ còn vài chục đến vài trăm ôm khi có nguồn ánh sáng với cường độ thích hợp chiếu vô.

Quang điện trở hoạt động dựa theo hiệu ứng quang điện trên một khối vật chất nhất định. Khi các chất bán dẫn cấu thành quang điện trở được chiếu sáng bằng các chùm ánh sáng có bước sóng thích hợp sẽ giúp cho các hạt proton nạp đủ năng lượng, từ đó đập vào các hạt electron làm cho chúng tách ra khỏi nguyên tử dẫn đến sự hình thành các lỗ trống và electron tự do. Các electron tự do này dịch chuyển thành dòng có hướng giúp cho chất bán dẫn trở thành chất dẫn điện.

Như vậy, ta có thể thấy rằng mật độ các hạt tải điện đã tăng lên, hay nói cách khác là khả cản trở dòng điện của chất giảm đi. Cường độ ánh sáng chiếu vào bán dẫn càng lớn thì khả năng cản trở dòng điện của nó càng giảm. Kết luận lại thì các quang điện trở hoạt động được nhờ sự thay đổi của cường độ ánh sáng thay đổi khiến cho mật độ điện tích có trong nó thay đổi, và mật độ các hạt này là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi của điện trở khi có các cường độ ánh sáng khách nhau chiếu vào nó.

4. Ưu điểm và nhược điểm của mạch ứng dụng quang điện trở

Ta có thể nêu ra một số ưu điểm và nhược điểm cơ bản của các mạch có sử dụng quang điện trở như sau.

Về ưu điểm:

• Quang điện trở có giá thành khá rẻ, giúp tiết kiệm mức chi phí.
• Quang trở có sự đa dạng về kích thước do đó thì nó sẽ phù hợp được với nhiều bản mạch, bo mạch và thiết bị khác nhau.
• Các quang điện trở hoạt động chỉ với mức năng lượng và điện áp tiêu thụ của chúng cũng rất nhỏ.

Về nhược điểm:

• Quang điện trở có mức độ phản hồi rất chậm, vì thế mà độ chính xác của nó sẽ không được cao như các thiết bị khác. Theo một số khảo sát đã được thực hiện, thời gian phản hồi này nằm trong khoảng từ vài chục đến vài trăm mili/giây.

5. Ứng dụng của quang điện trở trong cuộc sống

Quang điện trở có sự thay đổi điện trở dựa vào độ mạnh yếu của ánh sáng chiếu vào nó. Do đó, trong cuộc sống hiện nay quang trở được ứng dụng nhiều trong cuộc sống như:

• Quang trở có giá thành thấp, và ứng dụng chủ yếu của nó được sử dụng làm cảm biến ánh sáng.
• Được sử dụng để phát hiện sự có hoặc vắng mặt của ánh sáng, ví dụ như trong đồng hồ đo ánh sáng của camera.
• Nhờ chế độ tự bật tắt do cảm biến ánh sáng, nên nó được sử dụng trong hệ thống đèn đường, tự động bật khi trời tối và tự tắt khi trời sáng.
• Quang trở còn được sử dụng trong các máy dò hồng ngoại hay đồng hồ báo thức,…