フォトレジスタ

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LDR

フォトレジスタ (photoresistor) とは、入射する光の強度が増加すると電気抵抗が低下する電子部品である。 光依存性抵抗 (light-dependent resistor, LDR) や 光導電体 (photoconductor) 、フォトセル(photocell)とも呼ばれる。

フォトレジスタは、高抵抗の半導体でできている。 充分に周波数の高い光が素子に入ると、半導体に吸収された光子のエネルギーにより束縛電子伝導帯に飛び込む。 結果として生じる自由電子(と対になるホール)によって電流が流れ、電気抵抗が低くなる。

光電素子には、内因性・外因性のどちらもある。 内因性の素子では価電子帯にだけ存在する電子がバンドギャップを越えなければならず、その励起に相当する以上のエネルギーを持つ光子が必要になる。 外因性の素子には伝導帯に近い基底状態エネルギーを持つ不純物が加えられているので電子が遠くまで飛ばなくてもよく、エネルギーの低い(波長が長い、周波数が低い)光子でも充分に機能する。

半導体に真性半導体を用いるイントリンシック形と、n形やp形半導体を用いるエキシトリンシック形がある。 エキシトリンシック形は、エネルギーギャップよりも小さいエネルギーの光で電子を励起できるので、より長い波長領域に感度があるという特徴がある。[1]

硫化カドミウムセル[編集]

硫化カドミウム (CdS) セルは、当たる光の量に従って抵抗値が変化する CdS の性質を利用している。 セルに当たる光が多ければ、抵抗値は低くなる。 シンプルな CdS セルでも、(正確ではないが)明るい光では約600Ω、暗いものだと1~2MΩと、抵抗値の変化幅が広い。 さらに、赤外線や可視光線や紫外線など、広範囲の周波数にも反応する。 使用例としては、街灯を自動的にオン・オフさせるスイッチとしてよく使われている。 また、熱追尾ミサイルで目標を探知するのに使われたこともある。

カドミウムはRoHS指令の規制対象元素のため、2006年7月より欧州連合に出荷する電気電子製品に使用することができなくなった。 それにより流通在庫分の単体素子しか入手できなくなっており、今後価格が高騰する可能性がある。 CdSセルは他の受光素子と異なり完全な抵抗の特性であるため周波数による特性変化も無く、無極性であり、耐電圧も比較的高く、電源が不要である。これ等の特性により他のフォトダイオード+増幅部のチップではまだ十分に互換対応しているとは言えない状況である。

応用[編集]

各種のフォトレジスタ。右端のものは常夜灯の一部で、暗くなった時に明かりを点灯させるのにフォトレジスタが使われている。

フォトレジスタにはいろいろなタイプがある。 カメラ露出計、時計付きラジオ、セキュリティ警報器や街灯などの身近な製品では、安価な CdS セルが使われていた。 一方で、赤外線天文学赤外分光法では、遠赤外線の検出に適している Ge:Cu 光導電体が使われている。


脚注[編集]

  1. ^ 『センシング工学』新美智秀、コロナ社、1992年

関連項目[編集]