フォトトランジスタとは何か

フォトトランジスタとは何ですか？

フォトトランジスタの定義

フォトトランジスタは、光に敏感なベース領域を持つ半導体デバイスで、特に光信号の検出と増幅のために設計されています。

フォトトランジスタは、3つの端子（エミッタ、ベース、コレクタ）または2つの端子（エミッタとコレクタ）を持ち、光に敏感なベース領域があります。すべてのトランジスタが多少の光感受性を持っていますが、フォトトランジスタは特に光検出のために最適化されています。拡散法またはイオン注入法を使用して作られ、通常のトランジスタよりも大きなコレクタとベース領域を持っています。フォトトランジスタは、シリコンなどの単一材料で作られたホモ接合構造か、異なる材料で作られたヘテロ接合構造を持つことができます。

ホモ接合フォトトランジスタの場合、デバイス全体はシリコンまたはゲルマニウムなどの単一材料で作られます。しかし、効率を高めるために、pn接合の両側に非同一の材料（GaAsなどのIII-V族材料）を使用してヘテロ接合デバイスを作ることができます。ただし、経済的な理由から、ホモ接合デバイスの方がヘテロ接合デバイスよりも一般的に使用されます。

npnフォトトランジスタの回路記号は、図2に示すように、ベースに向かって2本の矢印を持つトランジスタで、光感受性を示しています。pnpフォトトランジスタの記号は似ていますが、エミッタの矢印は外向きではなく内向きです。

動作原理

フォトトランジスタは、ベース電流を光強度で置き換えることで動作し、スイッチングや増幅アプリケーションで機能します。

配置タイプ

フォトトランジスタは、通常のトランジスタと同様に、コモンコレクタまたはコモンエミッタの構成で設定できます。

出力要因

フォトトランジスタの出力は、入射光の波長、コレクターベース接合部の面積、およびトランジスタの直流電流利得によって決まります。

フォトトランジスタの利点

フォトトランジスタの利点は以下の通りです：

• シンプルで小型且つ低コスト。

• フォトダイオードと比較して、高い電流、高い利得、高速な応答時間。

• フォトリジスタと異なり、出力電圧を生成する。

• 紫外線（UV）から赤外線（IR）まで、可視光を含む広い範囲の波長に敏感。

• 白熱電球、蛍光灯、ネオンランプ、レーザー、炎、太陽光など、多くの光源に敏感。

• 非常に信頼性が高く、時間的に安定している。

• 雪崩フォトダイオードと比較してノイズが少ない。

• エポキシコーティング、転写成形、表面実装など、多種多様なパッケージタイプが利用可能。

フォトトランジスタの欠点

フォトトランジスタの欠点は以下の通りです：

• シリコン製の場合、高電圧に対応できない。

• 電気的スパイクやサージに弱い。

• 電磁エネルギーの影響を受けやすい。

• 電子管のように電子の流れを容易にさせない。

• 大容量のベースコレクタキャパシタンスにより、高周波応答が劣る。

• フォトダイオードよりも低い光レベルの検出が劣る。

応用分野

• 物体検出

• エンコーダセンシング

• 自動電気制御システム（例：光検出器）

• セキュリティシステム

• パンチカードリーダ

• リレー

• コンピュータ論理回路

• カウントシステム

• 煙探知器