砷化鎵晶體的價帶最大值與導(dǎo)帶最小值均在K空間上同一點，為直接帶隙半導(dǎo)體，電子從價帶躍遷至導(dǎo)帶時不會對動量產(chǎn)生影響，電子吸收足夠的能量即可直接躍遷；當(dāng)光照射在半導(dǎo)體材料上，有一部分光被吸收，產(chǎn)生光衰減現(xiàn)象；半導(dǎo)體材料對光的吸收分為本征吸收和非本征吸收兩種，當(dāng)光子能量足夠大時，價帶電子吸收足夠多的能量被激發(fā)到導(dǎo)帶，這個過程稱為本征吸收，砷化鎵晶體是直接帶隙半導(dǎo)體材料，對光子的吸收主要是本征吸收。光子能量超過禁帶寬度時，吸收系數(shù)陡然上升，會對光產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸收，在吸收光譜上就會出現(xiàn)明顯的吸收邊；在20K-973K范圍內(nèi)，砷化鎵晶體的禁帶寬度與溫度間具有一定的函數(shù)關(guān)系，在任一溫度下都對應(yīng)一個不同的吸收邊波長，建立砷化鎵晶體吸收邊波長與溫度值的對應(yīng)關(guān)系，即可根據(jù)特定的算法關(guān)系得到溫度信息。

砷化鎵半導(dǎo)體光纖測溫在實際應(yīng)用方面不如熒光光纖測溫系統(tǒng)，熒光光纖測溫可以實現(xiàn)在高壓開關(guān)柜觸頭、進(jìn)出線、母排等位置進(jìn)行實時的溫度測量，比砷化鎵半導(dǎo)體光纖測溫更便利，其性價比高，測溫更精確，無需經(jīng)常維護(hù)，解調(diào)儀體積小，安裝方便。

用于測量高壓溫度的光纖溫度傳感器是基于GaAs（砷化鎵 ）半導(dǎo)體對白光吸收/傳輸原理所開發(fā)的一款產(chǎn)品。溫度變化對半導(dǎo)體的影響是眾所周知并且可以預(yù)判的。隨著半導(dǎo)體溫度的升高，半導(dǎo)體的傳輸譜線（未被吸收的光線）躍遷成為更長的波長譜線。在任意給定的溫度下，一個特定的傳輸波長譜線的躍遷范圍可以從初始的0%到100%。這種躍遷被稱作吸收躍變，發(fā)生吸收躍變的具體波長和溫度之間有可預(yù)測的固定關(guān)系。

為什么會發(fā)生這種躍遷？半導(dǎo)體的帶隙可以在物理方面解釋這種現(xiàn)象。這個“帶隙”是指電子從物態(tài)到激發(fā)態(tài)（相對于松弛狀態(tài)，恒穩(wěn)狀態(tài)）需要的能量。隨著越來越多的能量進(jìn)入半導(dǎo)體（隨著溫度的升高，能量以熱量的形式進(jìn)入半導(dǎo)體），這個帶隙變得越來越窄——激發(fā)電子需要的額外能量也隨之變少。實際上，是進(jìn)入半導(dǎo)體的光子（光粒子）激發(fā)了電子。如果光子攜帶的能量足以使電子越過帶隙，那么這個光子就會被吸收。如果光子攜帶的能量不足，那么該光子將會被透射。光子的波長越短，攜帶的能量越多。因為帶隙隨著半導(dǎo)體溫度的升高而變窄，穿過帶隙需要的能量也隨之變少，“能量帶”吸收的光子所需攜帶的能量也越來越少（波長可以越來越長）。這種效應(yīng)就是讓吸收移位到更長的光波。因此，通過測量吸收躍變的位置可以測得半導(dǎo)體的溫度。需要注意的是：該技術(shù)的關(guān)鍵是波長而不是光的強(qiáng)度。

溫度傳感器

溫度傳感器是建立在直接接觸溫度測量基礎(chǔ)上的。該傳感器和諸如熱電偶及RTD（電阻溫度裝置）等傳統(tǒng)溫度傳感器的工作原理相同。換句話說，半導(dǎo)體材料必須接觸物體或浸入需要測量的液體或氣體。接觸越緊密，傳感探頭的熱質(zhì)量越小，半導(dǎo)體也會更快地對溫度變化作出反應(yīng)。我們需要通過傳遞光到半導(dǎo)體來測量吸收的程度。這就是光纖的功能所在。

在打磨良好的光纖的一端連接微型GaAs半導(dǎo)體。在該半導(dǎo)體的一側(cè)預(yù)埋有反射介電膜。介電意味著不具備導(dǎo)電性；所有的材料都具有該性質(zhì)（“高介電強(qiáng)度”），這也是我們公司傳感器技術(shù)超出諸如熱電偶及RTD等傳統(tǒng)溫度傳感器（使用電線傳遞電信號）的主要優(yōu)點之一。

光纖上覆有保護(hù)套（由尼龍、聚亞胺或聚四氟乙烯制成），能適應(yīng)運(yùn)輸和化學(xué)環(huán)境。然后整個端部組件（半導(dǎo)體和光纖端部）嵌入高溫粘結(jié)劑，以保護(hù)傳感器（即半導(dǎo)體）免遭化學(xué)腐蝕和機(jī)械損壞。

砷化鎵技術(shù)中，吸收躍變的計算不取決于這種特定儀器的信號強(qiáng)度，主要取決于相關(guān)光線的波長。影響光纖衰減的各種因素（光纖長度、數(shù)量和連接質(zhì)量、光纖直徑和材料以及彎曲度）均不會嚴(yán)重限制我們系統(tǒng)的使用。此方法提供了可靠的重復(fù)溫度測量方法，同時不會因為連接器中的電力損失或者光纖彎曲而出錯。

電火工品電磁輻射敏感性測試；軍艦設(shè)備、潛艇設(shè)備熱點測溫；水輪發(fā)電機(jī)、火電發(fā)電機(jī)、風(fēng)電機(jī)組定子熱點測溫；超高壓電氣設(shè)備熱點測溫；高端機(jī)床熱點測溫；軌道交通設(shè)備、石油化工設(shè)備、生物醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)微波設(shè)備、鋼鐵冶金設(shè)備、食品安全設(shè)備熱點測溫。

砷化鎵吸收式光纖溫度傳感技術(shù)特點：

1）傳感材料為微型砷化鎵芯片，芯片性能穩(wěn)定、可靠性高，因此傳感器可以長時間工作；

2）傳感器體積小，亞毫米；

3）芯片材料一致性好，互換性好；

4）采用光譜分析方法，光源、傳輸效率、耦合程度、光纖彎折等強(qiáng)度相關(guān)參量的變化，不影響測量結(jié)果；

傳感物質(zhì)為絕緣性材料，性能穩(wěn)定，可靠性高。基于光譜分析，不受光源劣化、光纖彎折等強(qiáng)度相關(guān)參量變化的影響。全介質(zhì)，不受EMI干擾，普遍應(yīng)用于強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場壞境中。耐高電壓，耐化學(xué)腐蝕，低損耗。傳感器體積小，感溫部分僅有 0.3mm，導(dǎo)體使用 62.5um 光纖，柔軟，可靠，安裝過程中不易受損。 砷化鎵芯片基于微納加工工藝，一致性高，同編號的傳感器之間可互換，無需校準(zhǔn)，無漂移，不受技術(shù)制約。傳感器長度可達(dá)到500m以上。 光源壽命>30年，在線監(jiān)測，穩(wěn)定性超過30年。

大多采用液相外延法或MOCVD技術(shù)制備。用GaAs作襯底的光電池效率高達(dá)29.5%（一般在19.5%左右），產(chǎn)品耐高溫和輻射，但生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量受限，主要作空間電源用。以硅片作襯底，用MOCVD技術(shù)異質(zhì)外延方法制造GaAs電池是降低成本很有希望的方法。

GaAs（砷化鎵）光電池大多采用液相外延法或MOCVD技術(shù)制備。用GaAs作襯底的光電池效率高達(dá)29.5%（一般在19.5%左右），產(chǎn)品耐高溫和輻射，但生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量受限，目前主要作空間電源用。以硅片作襯底，用MOCVD技術(shù)異質(zhì)外延方法制造GaAs電池是降低成本很有希望的方法。

1、光電轉(zhuǎn)化率：

砷化鎵的禁帶較硅為寬，使得它的光譜響應(yīng)性和空間太陽光譜匹配能力較硅好。單結(jié)的砷化鎵電池理論效率達(dá)到30%，而多結(jié)的砷化鎵電池理論效率更超過50%。

2、耐溫性

常規(guī)上，砷化鎵電池的耐溫性要好于硅光電池，有實驗數(shù)據(jù)表明，砷化鎵電池在250℃的條件下仍可以正常工作，但是硅光電池在200℃就已經(jīng)無法正常運(yùn)行。

3、機(jī)械強(qiáng)度和比重

砷化鎵較硅質(zhì)在物理性質(zhì)上要更脆，這一點使得其加工時比容易碎裂，所以，常把其制成薄膜，并使用襯底（常為Ge[鍺]），來對抗其在這一方面的不利，但是也增加了技術(shù)的復(fù)雜度。