解析光电传感器器件之光敏电阻的结构、原理及种类

光敏电阻有很多优点:灵敏度高、体积小、质量轻、光谱响应范围宽、机械强度高、耐冲击和振动,以及寿命长。但是,它是纯电阻元件,使用时需要有外部电源。另外,当有电流通过它时,会产生热。

  利用物质在光的照射下电导性能改变的内光电效应器件材料很多,例如,Si,Ge等本征半导体单晶体、多晶体;CdS,CdSe,PbO,InAs等化合物多晶体。这些材料均可制作光敏电阻(光导管),其特点是在光线作用下,电阻值变小。

光敏电阻

  光敏电阻有很多优点:灵敏度高、体积小、质量轻、光谱响应范围宽、机械强度高、耐冲击和振动,以及寿命长。但是,它是纯电阻元件,使用时需要有外部电源。另外,当有电流通过它时,会产生热。

  光敏电阻的结构及原理

  光敏电阻又称光导管,它是利用内光电效应原理而制成的。光敏电阻几乎都是用半导体材料制成。光敏电阻在受到光的照射时,如果光子能量hv大于本征半导体材料的禁带宽度,则价带中的电子吸收一个光子后就足以跃迁到导带,并产生一个自由电子和一个自由空穴,从而使其导电性能增加,电阻值下降。光照停止,自由电子与空穴逐渐复合,电阻又恢复原值。

  如果把光敏电阻连接到电路中,用光的照射就可以改变电路中电流的大小。

  光敏电阻的结构很简单,如下图所示。


光敏电阻的结构

        它是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质,半导体的两端装有金属电极。金属电极与半导体层保持着可靠的电接触,再将涂有半导体物质的玻璃板压入塑料盒内。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,在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜。漆膜的成分选择应该使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。

  并非一切纯半导体都显示出光电特性。对于不具备这一条件的物质可以加入杂质使其产生光电效应特性。用来产生这种效应的物质是由金属的硫化物、硒化物、碲化物等组成。如硫化镉、硫化铅、硫化铊、硫化铋、硒化镉、硒化铅、碲化铅等。

  光敏电阻的使用取决于它的一系列特性,如暗电流、亮电流、光电流、光敏电阻的伏安特性、光照特性、光谱特性、频率特性、温度特性等,以及光敏电阻的灵敏度、时间常数和最佳工作电压等。

  光敏电阻由于具有很高的灵敏度、很好的光谱特性、很长的使用寿命、高度的稳定性能、很小的体积、以及简单的制造工艺,被广泛应用于自动化技术中。

  光敏电阻的种类

  1.硫化镉光敏电阻

  硫化镉光敏电阻是在可见光区使用最广泛的一种,它具有很高的灵敏度。

  下表列出了MG型硫化镉光敏电阻的技术特性参数。



  表 MG型硫化隔光敏电阻特性参数——技术特性

  2.硒化镉光敏电阻

  硒化镉光敏电阻具有比硫化镉更宽的光谱响应范围,其光谱响应曲线如下图所示。硒化镉光敏电阻有比硫化镉光敏电阻更快的响应速度。通常比硫化镉快10倍左右。


硒化镉光敏电阻光谱响应曲线

  硒化镉光敏电阻的主要缺点:其灵敏度随工作温度变化较大,低照度下灵敏度低。

  3.几种红外光敏电阻

  如硫化铅(PbS)、硒化铅(PbSe)、碲化铅(PbTe)、锗光敏电阻和锑化铟等都是常在1〜10pm范围内使用的红外光电器件,其主要特性如下表所列。


几种红外光敏电阻的特性

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