PhotoMOSリレーで使用される光電素子について

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取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。

これらの材料の感度はそれぞれが波長領域、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）として取り出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することができます。

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のゲート電圧がしきい値電圧以上になると、MOSFETはオン状態（close）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。