半导体车航空工业上的应用（续第二期）

戎霭伦

(二)半导体在自动控制系统中的应用(半导体制成敏感元件)

1.半导体制成光敏电阻

在第二期中曾经谈到半导体的导电性能的强弱不仅取决于内因(内部结构，如禁带宽度等)，还受到外因的影响(如光、热、电的刺激等)。有些半导体材料，在受到光的照射后，导电率的变化特别大；而电阻则大大减小(一般可减小数万至数十万倍)，这种效应称为内光电效应。利用半导体的这种效应制成的元件，称作光敏电阻(图1)，其外形一般作成面积一平方公分左右的薄层。

图1光敏电阻

由于不同的半导体材料的禁带宽度不同，所需的激活能也就不同，因此，对于不同波长的光的敏感性也不同。有的材料对于可见光很灵敏，有的材料对于红外线特别灵敏，而有的材料则对于X光或γ射线、宇宙射线等最灵敏。

对于可见光敏感的光敏电阻，现在被广泛地应用到自动控制系统中，其示意图如图2。在使用时，将光敏电阻与电源及附加电阻串联，然后接到自动控制电路中，在无光照射时，元件的电阻很大，因而电路的电流很小。当光照射时，元件的电阻大大减小，电路的电流增加，然后利用这电流去开动其他电路，或者先通过放大系统然后再接自动控制电路。这就是使光的变化转换为电的变化，从而达到光控电路的目的。

图2光敏电阻的应用示意图

因为任何炽热的物体都发射红外光，可以利用对红外光敏感的光敏电阻来察觉相当远距离以外的热物体。例如可以用作导弹的“眼睛”，在几里以外就可发现敌机，然后再通过一系列的自动控制机件来消灭敌机。这种光敏电阻在军事上用来通讯，可以避免无线电波的干扰及截获。

此外，我们知道宇宙是无限的，星际之间都辐射宇宙射线，我们不难制成对于这些射线灵敏的半导体光敏电阻，作为星际火箭的眼睛，以探索和揭露宇宙的奥秘。

2.半导体制成光电子管

如果投射在半导体上的光子能量足够大，则不仅能激活半导体中的电子，而且能使它有余力挣脱重重束缚力而跑出半导体表面，这种光的变化所产生的电的变化称作外光电效应，因为它使电子跑出半导体，利用这种效应制成的元件称光电子管。这种元件也广泛地用于自动控制系统中。

3.半导体制成热敏电阻

半导体除了能使光的变化转换为电的变化而制成光敏电阻外，有的半导体材料能将温度的变化转换为电的变化而制成热敏电阻，所依据的原理和光敏电阻类似。外界温度增加引起半导体内部载流子增加，从而电导率增加，电阻减小。因此，热敏电阻是利用温度增加、电阻减小(或反之)的敏感性制成的。

半导体的电阻对于温度的灵敏度与金属相比要强得多，这就是半导体热敏电阻被广泛应用到自动控制系统中的原因。

常用的热敏电阻可制成片状、杆状、珠状及丝状等。

这些元件一般都是体积小，质量轻，例如珠状热敏电阻的直径可以小到只有0.1毫米，杆状热敏电阻只有火柴杆那么细，质量也不过零点几克。这种独特的优越性正符合于航空上的要求，例如可以用热敏电阻来控制飞机中汽缸壁的温度。

热敏电阻在自动控制系统中使用的电路一般是桥式的。

此外，热敏电阻在航空测量仪表中也得到广泛的应用。

(三)半导体在能量转换中的应用(半导体制成小型发电器)

1.半导体制成光电池

半导体材料在光的照射下，可以产生电动势，这种效应称光生电势效应(图3)。利用这种效应制成的半导体元件称光电池。因为它是直接将光能转变成电能的元件。若用外电路接通，在电路中就有电流。光电池一般作成圆形薄膜层，面积大小视需要而定。

图3光生电势效应

因为不同材料有不同的禁带宽度，我们可以根据宇宙中各种射线的光子能量，制造各种材料的光电池，以供星际航行器上小型发电设备的需要。苏联的三个人造卫星中就用到不少的光电池。

显然光电池也能用在自动控制系统或测量仪表中，它的光敏电阻的优点在于它本身是发电器，不需要另外的电源，缺点是制备较困难。

2.半导体制成温差发电器

如果将一小块n型半导体和一小块p型半导体一端加热，另一端为冷端，那么被激活的载流子(在n型或p型半导体内)就纷纷由热端向冷端扩散，因而产生了电动势(图4)。这种效应称温差电效应。利用这种效应制成的元件称温差电池。若用外电路将p、n两端相接，则电路内有电流流过。

图4半导体温差电效应

温差发电器一般可以由n、p型半导体联合制成，亦可单独用n型半导体或p型半导体制成。为得到较大的电动势，可将若干个这样的温差电池串联起来使用。

半导体温差发电器的主要优点在于它是直接将热能转变成电能的器件，因此效率较高。另外就是它可以利用废热来发电。喷气式飞机在飞行的过程中，要喷出大量的高温气体，若能将这些热量收集起来，并利用温差发电器将热能的一部份转变为电能，那么这部份能量还可能作其他的工作。

3.半导体制成原子能电池

由上知光电池是将光能转变成电能，温差电池是将热能转变成电能，那么原子能电池就是将原子能转变能电能的元件了。

依据的原理很简单，就是利用放射性元素所辐射出的能量在半导体内部激活载流子，以产生电动势。目前，原子能电池由于稳定性不够好，以及效率不够理想而没有得到广泛的应用。但是，可以肯定的讲原子能电池将有无限的发展前途，因为它能将原子能直接转变为电能。目前原子能发电站是经过再三的转变，才将原子能变成电能，显然，效率必然很低。因此，我们可以断言这部份工作是有着不可估量的发展前途的。我们的时代已经跨入原子能时代，飞行器将要用原子能作为动力，因此，如果在原子燃料的周围的一部份，用适当的半导体材料包围起来，不就成了原子能电池了吗？当然，这在目前还是一个尚待实现的理想。

(四)其他

以上所说的三个应用方面几乎绝大部份是已实现的，事实上在上面的各种效应中，都可以有相反的效应，利用光电池是使光能转变成电能的器件，反过来，利用特殊的半导体材料可以使电能变成光能，也就是制成半导体照明设备。又如温差电池是利用温度差来发电，反之，应用某些半导体材料可以使电能来产生温差，也就是使半导体的一端冷却，一端发热，利用冷却端可以制成半导体冷却器，或称半导体冰箱，目前苏联制成的半导体冰箱已达零下70℃。这些装置可以用来使飞行器中某些怕过热的机件冷却，或者制成保护箱、保温客舱等等。

此外，还有许多材料都是半导体材料，例如在飞行器的计算系统的储存器中要用到铁淦氧磁物，这也是半导体材料。

总之，半导体在航空工业上的用处繁多，不胜枚举，这里只是肤浅地作一个大概的介绍。随着祖国航空事业一日千里的发展，以及星际航行的即将实现，半导体在航空中的应用将日趋广泛。无疑的，半导体将能更好地为祖国的社会主义建设事业服务。完