趙春陽(yáng)

河南大學(xué)，河南 開封 475000

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淺析光敏電阻的應(yīng)用

趙春陽(yáng)*

河南大學(xué)，河南 開封 475000

光敏電阻的應(yīng)用已經(jīng)幾乎滲透到生活中各個(gè)領(lǐng)域，同時(shí)也讓生產(chǎn)生活變得更方便、更美好。生活中的許多電路以及智能硬件都應(yīng)用到了光敏電阻。本文分析了光敏電阻的概念、分類、優(yōu)缺點(diǎn)以及生產(chǎn)工序等相關(guān)知識(shí)。 關(guān)鍵詞：光敏電阻及其優(yōu)缺點(diǎn)；CdSPGM

一、光敏電阻的基礎(chǔ)概念以及相關(guān)性質(zhì)

光敏電阻一般是用硫化隔或硒化隔等半導(dǎo)體材料制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的特殊電阻器，又稱光導(dǎo)管，可用于檢測(cè)可見(jiàn)光。通常在實(shí)驗(yàn)以及生產(chǎn)科研生活中應(yīng)用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換，一般是將光轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電能。光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)(當(dāng)入射光子入射到光敏電阻表面時(shí)，光敏電阻吸收入射光子產(chǎn)生電子空穴對(duì)，使其電導(dǎo)增大)。光敏電阻是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的。光照強(qiáng)度減小，則光敏電阻的阻值增大，光照強(qiáng)度增大，則光敏電阻的阻值減小。二者呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。光敏電阻的兩端電極通常采用梳狀圖案以及設(shè)計(jì)為薄片結(jié)構(gòu)，目的是為了獲得更高的靈敏度和以便吸收更多的光能，梳狀圖案是在一定的掩膜下向光電導(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。通常，當(dāng)光敏電阻的電極受到來(lái)自光的照射時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對(duì)，(其中空穴指的是共價(jià)鍵中的一些核外價(jià)電子因?yàn)闊o(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)獲得了一些能量，擺脫共價(jià)鍵的約束后就成為了自由電子，掙脫束縛的同時(shí)也在共價(jià)鍵上留下了空閑的位置，我們把這些空位稱為空穴)參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。

(一)光敏電阻特性

當(dāng)用光照射光敏電阻時(shí)，若光子的能量大于或者等于光敏電阻半導(dǎo)體的禁帶寬度，則價(jià)帶中的自由電子吸收光子后進(jìn)入導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，這就是所謂的光生載流子。光敏電阻的導(dǎo)電能力往往受制于光敏電阻半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。光敏電阻在光照時(shí)，光生載流子的產(chǎn)生與消失都要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，稱為響應(yīng)時(shí)間。這反映了光敏電阻的惰性。如果響應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，則說(shuō)明光敏電阻的惰性強(qiáng)，也就是對(duì)光的反應(yīng)變化反應(yīng)慢。隨著溫度不斷升高，光敏電阻的電阻值會(huì)有增加的趨勢(shì)，但是光敏電阻屬于半導(dǎo)體材料，同時(shí)隨著溫度的升高，也可以使原本處于禁帶中的電子獲得足夠能量而激發(fā)躍遷，從而使電阻值減小，光敏電阻在一段較小的范圍內(nèi)電阻值會(huì)略微的減小，這一點(diǎn)與金屬導(dǎo)電材料存在了較大的不同。在給定電壓的情況下，光照度較大，光電流越大。但是電壓不能無(wú)限地增大，因?yàn)槿魏喂饷綦娮瓒际茴~定功率、最高工作電壓和額定電流的限制。光敏電阻的亮電阻(RL)，簡(jiǎn)單的說(shuō)是指當(dāng)光線照射時(shí)，光敏電阻的電阻值大小。在日常測(cè)試中，影響光敏電阻測(cè)試結(jié)果誤差的因素有很多種，例如：光源性質(zhì)(自然光、人造光源、白熾燈、日光燈)，可能造成亮電阻阻值參數(shù)變化。在一定的光照度下，所加的電壓越大，光電流越大，而且無(wú)飽和現(xiàn)象。一旦超過(guò)閾值電流和閾值電壓，就會(huì)造成光敏電阻結(jié)構(gòu)性損壞從而導(dǎo)致徹底性的毀滅。光敏電阻的相對(duì)靈敏度是指光入射到光敏電阻基板表面(光敏探測(cè)部位)與其之間發(fā)出的信號(hào)關(guān)系。對(duì)于光敏電阻來(lái)說(shuō)，是指入射光與電阻之間產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)阻值之間的關(guān)糸。當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照射時(shí)，光電流要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定值，而一旦光照結(jié)束時(shí)，光電流不會(huì)立刻變?yōu)榱阒?，這是因?yàn)楣饷綦娮璧臅r(shí)延特性造成的特殊現(xiàn)象。當(dāng)然電阻時(shí)延特性與光敏的不同材質(zhì)的材料有緊密的聯(lián)系。

二、CdS PGM5506光敏電阻的概念

光敏電阻CDS系列是種薄膜的電子元器件，阻值隨著光源強(qiáng)度而變化。CdS PGM5506光敏電阻特點(diǎn)是環(huán)氧樹脂或金屬密封

(一)CdS PGM5506光敏電阻的應(yīng)用領(lǐng)域

在日常生活中我們經(jīng)常看見(jiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樽詣?dòng)測(cè)光工業(yè)控制，光電控制光控開關(guān)，電子玩具、防盜報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)閃光燈相機(jī)等。

(二)CdS PGM5506光敏電阻的優(yōu)點(diǎn)

封裝光譜特性好、可靠性好、靈敏度高、反應(yīng)速度快，體積小。

(三)CdS PGM5506光敏電阻的缺點(diǎn)

受溫度影響較大，響應(yīng)速度不快，在ms到s之間，延遲時(shí)間受入射光的光照度影響，是耗材。在強(qiáng)光照射下光電轉(zhuǎn)換線性較差；光電馳豫過(guò)程歷時(shí)較長(zhǎng)，當(dāng)光敏電阻這一系統(tǒng)受到光照后，光敏電阻這一類半導(dǎo)體的光電導(dǎo)伴隨著光照時(shí)間而逐漸增加，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間到達(dá)固定態(tài)值。其中，所謂弛豫時(shí)間指的是處于平衡態(tài)的光敏電阻受到外界光照的瞬時(shí)影響后，經(jīng)過(guò)一定長(zhǎng)的時(shí)間回復(fù)到原來(lái)的最初的平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的一段時(shí)間。

三、光敏電阻的生產(chǎn)工序

用于制造和生產(chǎn)光敏電阻的材料包括但不限于金屬硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體材料。在半導(dǎo)體的光敏材料的兩端部分裝上電極引線，將光敏材料的兩端電極密封在帶有透明薄膜的管殼中，從而組裝為光敏電阻。往往采用涂敷等方法在絕緣襯底上制作稀薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極。最后一步是接出引線，并且封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，這樣做的目的是為了防止受潮從而影響光敏電阻的靈敏度的問(wèn)題發(fā)生。

四、光敏電阻的分類

根據(jù)光敏電阻器的光譜特性，光敏電阻器可分為三種：紫外光敏電阻器、以及紅外光敏電阻器。

可見(jiàn)光敏電阻器

第一種紫外光敏電阻器如硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等。這種紫外光敏電阻器對(duì)紫外光較靈敏?？捎糜谔綔y(cè)紫外線。

第二種紅外光敏電阻器則主要有硫化鉛、碲化鉛等光敏電阻器。它主要大部分用于氣體分析、無(wú)損搽傷、衛(wèi)星姿態(tài)監(jiān)視、人體病變探測(cè)等科研中。

第三種可見(jiàn)光敏電阻器。這種光敏電阻器廣泛用于各種光電自動(dòng)控制、光電計(jì)數(shù)、光電跟蹤以及照相機(jī)的自動(dòng)爆光等場(chǎng)合。類型有硒、硫化鎘、硒化鎘、硫硒化鎘光敏電阻。

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趙春陽(yáng)(1996-)，男，河南鄭州人，河南大學(xué)，2014級(jí)本科生。

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