パナソニック インダストリーで、信号制御用リレーのマーケティングを担当している片上です。
【PhotoMOS®通信】は、PhotoMOSリレーやシグナルリレーなどの信号制御用リレーの選定や、それらのリレーを活用した製品設計にお役立ちいただける情報をご紹介していきます。
※「PhotoMOS」「フォトモス」「PhotoMOSリレー」「フォトモスリレー」はパナソニック ホールディングス (株) の商標です。
はじめに
前回の記事では、PhotoMOSリレーに使用される発光素子である LED について解説しました。
今回の記事では、PhotoMOSリレーに使用される受光素子である「光電素子」について解説します。
そもそも光電素子とは？
光電素子とは、光のエネルギーを電気エネルギーに変換する素子のことです。
身近な例としては、太陽光発電に使用される太陽電池セルがあります。太陽電池セルは、太陽光を電気に変換する仕組みを持っており、光電素子の一種です。
PhotoMOSリレーにも光電素子が使用されており、LED から発せられた光を受けることで電圧を発生させ、その電圧によって内部の MOSFET を駆動します。
光電素子に使用される材料は？
光電素子は、使用される半導体材料によって光の波長に対する感度が異なります。
代表的な材料としては、Si（シリコン）、Ge（ゲルマニウム）、InGaAs（インジウム・ガリウム・ヒ素）などがあります。
これらの材料はそれぞれ感度を持つ波長領域が異なり、その特性は「量子効率」によって表されます。
量子効率とは、入射した光子のうち、どれだけの割合が電気信号（電子）として変換されるかを示す指標です。この値が高いほど、光エネルギーを効率よく電気エネルギーへ変換できます。
PhotoMOSリレーに使用されている光電素子の材料は Si（シリコン）です。
シリコンは近赤外線領域で高い感度を示す特性を持っています。
そのため、PhotoMOSリレーでは近赤外線 LED が採用されています。
MOSFET 駆動のプロセス
LED から発せられた光を受けた受光素子は、その光エネルギーを電気エネルギー（電圧）に変換します。この電圧は受光素子の後段にある制御回路を通して、出力部の MOSFET のゲートに印加されます。
MOSFET のゲート電圧が閾値電圧以上になると、MOSFET はオン状態（closed）となり、出力端子間が導通します。
これにより、PhotoMOSリレーはスイッチとして動作します。
※上記は a 接点（NO）の動作説明です。b 接点（NC）の場合は MOSFET の状態が逆となり、駆動時に open となります。
まとめ
PhotoMOSリレーでは、LED から発せられた光を受光素子が受け取り、その光を電気エネルギーへ変換することで MOSFET を駆動しています。
光電素子は、光のエネルギーを電気エネルギーに変換する素子であり、使用される半導体材料によって光に対する感度が異なります。
PhotoMOSリレーでは、近赤外線領域で高い感度を持つシリコン（Si）を受光素子として使用しており、それに合わせて近赤外線 LED が採用されています。
今回ご紹介した内容はいかがだったでしょうか？
みなさまの製品設計や部品選定のお役に立てれば幸いです。
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