一种光电感应装置和光电系统

技术领域

本申请涉及信息传输领域，尤其涉及一种光电感应装置和光电系统。

背景技术

在信息传输领域中，电信号的传输速度相对于光信号的传输速度来说相对较慢，开关的速度以及频率越来越快，电的传输效率以及频率不能满足需求，因此利用光的传输速度增大传输速度以及频率成为关注的焦点。

感光材料通常用作光电感应装置，但如何用作信息传输，提高电信号的传输效率是一大课题。

发明内容

本申请的目的是提供一种光电感应装置和光电系统，以用于信息传输，提高电信号的传输效率。

本申请公开了一种光电感应装置，包括：发出预设波长范围的光的发光组件；与所述发光组件耦合，对所述发光组件发出的光进行传输的光传输组件；与所述光传输组件耦合的光电探测器，所述光电探测器探测的光的波长范围与所述发光组件发出的光的波长范围相对应，根据接收到所述光传输组件的传输光的光强，输出感应信号。

可选的，所述光电探测器包括感光材料，所述感光材料采用硅锗氧材料形成。

可选的，所述硅锗氧材料化学式为Si

可选的，所述硅锗氧材料化学式为Si

可选的，所述光电感应装置包括多个发光组件和多个光电探测器，其中，一个发光组件只与一个光电探测器进行光传输，多个发光组件和多个光电探测器共用一个光传输组件，所述多个发光组件可以同时进行通讯。

可选的，所述光电感应装置包括多个发光组件和一个光电探测器，所述多个发光组件与所述光电探测器共用一个光传输组件，其中，所述多个发光组件分时间段打开或关闭进行通讯。

可选的，所述发光组件发出的光包括红色光源、绿色光源和蓝色光源；光电探测器包括感光材料，所述感光材料的化学式为Si

可选的，所述发光组件包括介孔洞，所述介孔洞大小一致，且呈规则排列；其中，所述介孔洞填充纳米氮化镓材料。

本申请还公开了一种光电感应装置，包括：发出预设波长范围的光的发光组件；与所述发光组件耦合，对所述发光组件发出的光进行传输的光传输组件；与所述光传输组件耦合，所述光电探测器探测的光的波长范围与所述发光组件发出的光的波长范围相对应，根据接收到所述光传输组件的传输光的光强，输出感应信号的光电探测器；所述光电探测器包括感光材料，所述感光材料采用硅锗氧材料形成，其化学式为Si

本申请还公开了一种光电系统，包括如上所述的光电感应装置。

本申请使用发光组件、光传输组件和光电探测器形成光电感应装置，发光组件可以根据输入的电信号的不同产生不同强度的光，通过光传输组件传输到光电探测器；由于光电探测器探测的光的波长范围与发光组件发出的光的波长范围相对应，光电探测器可以根据发光组件发出的光的开关或光强的大小，产生不同的感应电流，达到对电信号传输的效果，光电探测器用于信息传输，提高了电信号的传输效率。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本申请的实施例的一种光电感应装置的光电探测器为二极管的示意图；

图2是本申请的实施例的一种光电感应装置的光电探测器为三极管的示意图；

图3是本申请的实施例的一种光电感应装置的多个发光组件对应多个光电探测器的示意图；

图4是本申请实施例的一种光电感应装置的多个发光组件对应一个光电探测器的示意图；

图5是本申请的实施例的一种光电感应装置的一个发光组件对应一个光电探测器的示意图；

图6是本申请的实施例的一种光电感应装置立体一种介孔材料形成过程的示意图；

图7是本申请的实施例的一种六边形介孔材料的剖面示意图；

图8是本申请的实施例的一种介孔洞上填充发光材料示意图；

图9是本申请的实施例的一种四边形介孔结构材料的示意图；

图10是本申请的实施例的一种四边形介孔材料的示意图；

图11是本申请的实施例的一种光传输组件的立体结构示意图；

图12是本申请的实施例的一种光传输组件传输发光组件的示意图；

图13是本申请的实施例的一种发光组件与光电探测器在同一基底上的示意图；

图14是本申请的实施例的一种光电系统示意图。

其中，100、光电感应装置；110、发光组件；111、介孔洞；112、发光材料；113、氮化镓/GaN；114、表面活性剂胶束；115、六角形胶束棒；116、介孔结构材料；117、介孔材料；120、光传输组件；130、光电探测器；131、阴极；132、阳极；133、半导体层/本征层；134、P型掺杂层；135、N型掺杂层；136、栅极；137、栅极绝缘层；138、欧姆接触层；139、源极；140、漏极；141、感光材料；200、光电系统。

具体实施方式

需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本申请可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本申请的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参考附图和可选的实施例对本申请作进一步说明。

如图1至图13所示，本申请实施例公开了一种光电感应装置100，包括：发出预设波长范围的光的发光组件110；与所述发光组件110耦合，对所述发光组件110发出的光进行传输的光传输组件120；与所述光传输组件120耦合，所述光电探测器130探测的光的波长范围与所述发光组件110发出的光的波长范围相对应，根据接收到所述光传输组件120的传输光的光强，输出感应信号的光电探测器130。

本申请使用发光组件110、光传输组件120和光电探测器130形成光电感应装置100，发光组件110可以根据输入的电信号的不同产生不同强度的光，通过光传输组件120传输到光电探测器130；由于光电探测器130探测的光的波长范围与发光组件110发出的光的波长范围相对应，光电探测器130可以根据发光组件110发出的光的开关或光强的大小，产生不同的感应电流，达到对电信号传输的效果，光电探测器用于信息传输，提高了电信号的传输效率。本申请中的发光组件为光源，也可以为其他发光的器件，光传输组件为光波导或纤维传输等材料传输，光电探测器为接收发光组件发出的特殊光源，并判断是否打开或关闭信号传输。

在一实施例中，如图1至图2所示，光电探测器130包括感光材料141，所述感光材料141采用硅锗氧材料形成。光电探测器130包括感光材料141，所述的感光材料141采用硅锗氧材料，可以调整光电探测器130的能隙(energy band-gap)，光电探测器130对波长的光的敏感度，使光电探测器130对相应波长的更敏感，改善光电探测器130的光感灵敏度。

所述硅锗氧材料的化学式为Si

所述硅锗氧材料化学式为Si

由表1可以得出，通过硅锗氧材料化学式中各元素的配比不同，得到不同的感光材料，通过实验得出，检测对应的感光材料能够检测到的波长范围。而可见光波长范围为380nm～780nm，红外光波长范围为0.7μm～500μm，由此对比可知，SiGe

表1

其中，光电探测器130的感光材料141也可以使用硅锗氮(Si

Si

如图1所示，光电探测器130为感光二极管，其中，所述感光二极管包括：阴极131和层叠设置的阳极132，所述感光材料141设置在阴极131与阳极132之间，所述的感光材料141包括纳米Si

其中，所述感光二极管的感光材料141包括P型掺杂层134，本征层133和N型掺杂层135，所述的本征层133的材料为纳米Si

如图2所示，光电探测器130为感光三极管，其中，所述感光三极管包括：栅极136、栅极绝缘层137、半导体层133、欧姆接触层138、源极139和漏极140，源极139连接到一电源，漏极140输出漏电流信号；所述的半导体层133为所述的感光材料141，所述感光材料141为纳米Si

如图3所示，所述光电感应装置100包括多个发光组件110和多个光电探测器130，其中，一个发光组件110只与一个光电探测器130进行光传输，多个发光组件110和多个光电探测器130共用一个光传输组件120，所述多个发光组件110可以同时进行通讯。本方案可以采用多个发光组件110对应多个光电探测器130，光电探测器130与发光组件110一一对应，不同的发光组件110发出的光的波长不同，其中光电探测器130仅接收一个发光组件110对应发出的光，可以通过对不同发光组件110的打开或关闭，来控制光电探测器130发出的感应信号。

所述发光组件发出的光包括红色光源、绿色光源和蓝色光源；光电探测器包括感光材料，所述感光材料的化学式为Si

由表2可以得出，通过硅锗氧材料化学式中各元素的配比不同，得到不同的感光材料，实验得出，检测对应的感光材料能够检测到的波长范围。而标准的红色光波长范围为640nm～780nm，绿色光波长范围为505nm～525nm，蓝色光波长范围为470nm～505nm，由此对比可得到，Si

表2

当然如图4所示，所述光电感应装置100还可以包括多个发光组件110和一个光电探测器130，所述多个发光组件110与所述光电探测器130共用一个光传输组件120，其中，所述多个发光组件110分时间段打开或关闭进行通讯。本方案还可以采用多个发光组件110对应一个光电探测器130，不同发光组件110发出的光的波长不同，而光电探测器130可以分辨出不同发光组件110发出的光的波长，从而光电探测器130发出不同的光电信号。在一个发光组件对应多个光电探测器的，可以使用可见光，而光电探测器的材料使用红色光源、绿色光源和蓝色光源等多种光对应的材料，一个可见光即可被多个光电探测器接收并发出光电信号，实现一组光源对应多个光电探测器。如图5所示，一个光电感应装置也可以使用一个发光组件和一个光电探测器，能够使用即可。

如图6至图8所示，发光组件110包括多个介孔洞111及发光材料112，所述发光材料112填充在所述介孔洞111中，所述介孔洞111大小一致，且呈规则排列。本方案中，介孔洞111由以下步骤形成：使用无机香料Si(OR)4用溶胶凝胶法形成溶胶(OR)2Si-OH，同时表面活性剂胶束114通过自组装形成规则排列的胶束棒，溶胶(OR)2Si-OH与规则排列的胶束棒通过协同装配技术形成介孔结构材料116，再经过煅烧形成介孔材料117，从而由多个介孔洞111形成发光组件110，发光组件110上形成的介孔洞111规则排列，有利于发光组件110内部填充的发光材料112的均匀排布，进而利于发光组件110均匀发光。

其中，介孔洞111的直径为2至10纳米。本方案的孔洞的直径在2纳米到10纳米之间，表面活性剂胶束114在形成胶束棒的直径就在2纳米到10纳米之间，方便在形成发光组件110时，填充的发光材料112可以填充到介孔洞111中，从而使发光组件110发光更均匀。

介孔洞111呈六边形排列。表面活性剂胶束114通过自组装形成六角形胶束棒115，从而介孔洞111的排列成六边形，这样的规则排列可以控制介孔洞111的密度在30％到80％之间，均匀的介孔洞111可以使填充的材料分布更均匀，使发光组件110的发光效率更好。

当然，如图9和图10所示，介孔洞111也可以呈正方形排列。表面活性剂胶束通过自组装形成正方形排列的胶束棒，也可以将介孔洞111的密度控制在30％到80％之间，促进发光组件110的发光效率。本实施例还可以设置其他规则形状的排列，只要能保证介孔洞111分布密度在30％到80％之间，使填充在介孔洞111中的材料分布均匀即可。

其中，所述介孔洞111填充的发光材料112为氮化镓113(GaN)材料。在介孔洞111中填充GaN113材料，GaN113发光效果好，可以更好的而发出的相应波长的光，相对于其他材料可以更好的发光。

本方案使用纳米材料，可以使GaN113材料的纯度更高，表面积比非纳米GaN113材料更大，因而表面积大的发光的面积就会越大，另一方面，GaN113材料的纯度越高，发出光的波长范围就越窄，可以把光的波长控制在小的范围，不掺杂其他波长的光，从而发光组件110的发光的效率更好。本方案还可以填充纳米砷化镓(GaAs)材料，GaAs也能够达到GaN113的能效。

图11至12所示，光传输组件120包括三层反光结构，所述三层反光结构层叠设置。光传输组件120设置三层，层叠设置，中间一层为光的传输路径，另外两层结构为阻挡光的路径，防止光从光传输组件120中发散出，减少光的能量减少。

在所述三层反光结构中，夹设于中间一层的折射率n1大于另外两层的折射率n2。上下两层的折射率小于中间层的折射率，从而使光能够在光传输组件120内部折射，使光的损失减少。

如图13所示，发光组件110和光电探测器130共用一个基底。本方案中的发光组件110和光电探测器130使用一个基底，也可以实现对光的传导，达到控制信息传输的目的。

如图14所示，作为本申请的另一实施例，公开了一种光电系统200，包括如以上所述的光电感应装置100。

需要说明的是,本申请的发明构思可以形成非常多的实施例，但是申请文件的篇幅有限，无法一一列出，因而，在不相冲突的前提下,以上描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例，各实施例或技术特征组合之后，将会增强原有的技术效果。

以上内容是结合具体的可选的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。