光敏电阻材质结构的工作原理

当光照射到光电导体上时,若光电导体为本征半导体材料,而且光辐射能量又足够强,光导材料价带上的电子将激发到导带上去,从而使导带的电子和价带的空穴增加,致使光导体的电导率变大。为实现能级的跃迁,入射光的能量必须大于光导体材料的禁带宽度Eg,即

式中ν和λ—入射光的频率和波长。

在黑暗的环境下,它的阻值很高;当受到光照并且光辐射能量足够大时,光导材料禁带中的电子受到能量大于其禁带宽度ΔEg 的光子激发,由价带越过禁带而跃迁到导带,使其导带的电子和价带的空穴增加,电阻率变小。 一种光电导体,存在一个照射光的波长限λC,只有波长小于λC的光照射在光电导体上,才能产生电子在能级间的跃迁,从而使光电导体电导率增加。

光敏电阻的结构如图所示。管芯是一块安装在绝缘衬底上带有两个欧姆接触电极的光电导体。光导体吸收光子而产生的光电效应,只限于光照的表面薄层,虽然产生的载流子也有少数扩散到内部去,但扩散深度有限,因此光电导体一般都做成薄层。为了获得高的灵敏度,光敏电阻的电极一般采用硫状图案,结构见下图。

金属封装的硫化镉光敏电阻结构图

它是在一定的掩模下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。这种硫状电极,由于在间距很近的电极之间有可能采用大的灵敏面积,所以提高了光敏电阻的灵敏度。图(c)是光敏电阻的代表符号。

CdS光敏电阻的结构和符号1--光导层; 2--玻璃窗口; 3--金属外壳; 4--电极;5--陶瓷基座; 6--黑色绝缘玻璃; 7--电阻引线。

光敏电阻的灵敏度易受湿度的影响,因此要将导光电导体严密封装在玻璃壳体中。如果把光敏电阻连接到外电路中,在外加电压的作用下,用光照射就能改变电路中电流的大小,其连线电路如图所示。

光敏电阻具有很高的灵敏度,很好的光谱特性,光谱响应可从紫外区到红外区范围内。而且体积小、重量轻、性能稳定、价格便宜,因此应用比较广泛。

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