张文修-光敏电阻的原理、种类、工作特性及应用

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1、光敏电阻的原理、种类、工作特性及应用摘要光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大(例外)。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。掺杂型的长波限较长，可测光谱范围宽，目前比较多的用n型半导体，较稳定，特性好。由于不同的材料对光谱有不同的的选择吸收，这也就导致了涂有不同半导体的光敏电阻有不同的光谱灵敏范围，而且光谱响应曲线也有较大的差异。通过改变半导体材料，可以使光敏电阻的频谱响应范围从红外延伸到紫

2、外。由于频谱响应范围可以做的很宽，所以光敏电阻在生活中具有广泛的实际应用。紫外光敏电阻用于探测紫外线。红外光敏电阻器广泛用于导弹制导、天文探测、红外光谱，红外通信等国防和工农业生产中。可见光光敏电阻主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。总之，光敏电阻在各个行业，生活中的各个角落，都扮演着重要的角色。关键词：光敏电阻、光电导效应、光探测技术一、光敏电阻的原理1.

3、1光电导效应内光电效应是光电效应的一种，主要由于光量子作用，引发物质电化学性质变化，而外光电效应则是逸出电子。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。对于本半导体,当未受光照射时,价电子被束搏在局部价键上，不能参与导电，只有少数热激发产生的自由载流子（电子、空穴）可以参与导电。按照固体能带论,被束缚的价电子处在满的价带中,而在材料中可以参与导电的自由电子是处于导带中的,自由空穴处于价带顶,在导带与价带之间有宽度为的禁带宽度（如图b所示）。电子不能具有这个范围的能值。要打破电子在价带和导带中的分布格局,必须提供能量打破原子间的

4、价键,将电子从价带提升到导带（如c、d图所示）。当入射光子的能量达到时就满足条件。可以计算出本征半导体的长波限为：图1.1本征半导体的结构图对于参杂型半导体（以N型半导体为例），入射光子能量大于能量差，就能将Ed的电子激发到导带，从而变成导电的电子，形成电流。图1.2N型半导体的电子激发同样也可以计算出其长波限为。显然掺杂型的长波限较长，可测光谱范围宽，目前比较多的用n型半导体，较稳定，特性好。光电导的灵敏度：在光照条件下,设自由电子和空穴的增量为和,半导体的电导率为:=式中是无光照时的电导率,称为暗电导率,而电导率的增量即为光

5、电导率。比值,通常称为光电导灵敏度,一般希望比值越大越好。光电导增益：载流子的平均寿命与渡越时间之比为光电导的增益即，可以看出，载流子的寿命越长，渡越时间越短，则光电导的增益就越大。光电导效应其实就是半导体吸收光子能量之后，使其中的载流子浓度增加，导电性能增强，阻值降低的现象[1]。光敏电阻就是基于这种效应的最直接的光电子器件。1.2光敏电阻的结构与工作原理光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电子器件。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可以加直流电压也可以加交流电压。无光照射时，光敏电阻阻值（暗电阻）很

6、大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照射时，它的阻值急剧减小，电路中电流迅速增大。一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际上光敏电阻的暗电阻阻值一般在兆欧数量级，亮电阻阻值一般在几千欧以下（引用）。其实光敏电阻的结构很简单。在玻璃（或陶瓷）底板上均匀地图上一层薄薄的半导体物质（用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体），称为光导层。半导体的两端装有金属电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就通过引出线端接入电路。为了防止周围介质的影响，在半导体光敏层上

7、覆盖了一层膜，膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。为了提高灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案。图1.2.1即为常见的光敏电阻结构示意图。图1.2.1光敏电阻结构示意图一、光敏电阻的工作特性2.1伏安特性图2.1硫化镉光敏电阻的伏安特性在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。图为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。由图2.1可见，在光照度不变的情况下，光敏电阻在一定的电压范围内，其曲线为直线，电压越高，光电流也就越大，而且没有饱和现象（即直线没有向下弯曲，但应注意，光敏电阻的

8、工作电压和电流都不能超过规定的额定最高值）。从图中还可以看出不同光照度下可以得到不同的伏安特性曲线。随着照度的增大，伏安特性曲线变得越来越陡，说明斜率也越来越大，这表明光敏电阻的阻值在随着光照度的增加而减小。2.2光电特性图2.2光电特性图由光电灵敏度的定义，不