光敏功能材料与传感器

100
相 对
80
1
2
灵 60
敏 40 度
20
3
1——硫化镉
2——硒化镉
3——硫化铅
0.4 0.8 1.2 1.6 2 2.4 λ/μm
➢ 光敏功能材料及传感器
2、光敏电阻的主要参数和基本特性
（4） 伏安特性
在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关 系称为伏安特性。图中曲线1、2分别表示照度为零及照度为某 值时的伏安特性。由曲线可知，在给定偏压下,光照度较大， 光电流也越大。在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流 越大，而且无饱和现象。
光电流(IL) ：亮电流与暗电流之差。
光敏电阻的暗电阻越大，而亮电阻越小,则性能越好。也就 是说，暗电流越小，光电流越大，这样的光敏电阻的灵敏度越 高。
实用的光敏电阻的暗电阻往往超过1MΩ,甚至高达100MΩ，
而亮电阻则在几kΩ以下，暗电阻与亮电阻之比在102～106之间，
可见光敏电阻的灵敏度很高。
2
勒克斯。可以标
1
作勒［克斯］，
0
1000 2000 E/lx
简称勒。英为lux， 简作lx 。
但光照特性曲线均呈非线性。因此它不宜作定量检测元件，这是
光敏电阻的不足之处。一般在自动控制系统中用作光电开关。
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2、光敏电阻的主要参数和基本特性
（3）光谱特性
光谱特性与光敏电阻的材料有关。从图中可知，硫化 铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值 在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。因此， 在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结 合起来考虑，才能获得满意的效果。
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。
I
RL RG
E
➢ 光敏Hale Waihona Puke Baidu能材料及传感器
2、光敏电阻的主要参数和基本特性
（1）暗电流、亮电流、光电流
暗电流(Id)：光敏电阻在室温条件下，全暗（无光照 射）后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此 时在给定电压下流过的电流称为暗电流。 亮电流：光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下 的亮电阻。此时在给定电压下流过的电流称为亮电流。
I/ μA
200
2
但是电压不能无限地增大，
150
因为任何光敏电阻都受额定
100
功率、最高工作电压和额定
50
1
电流的限制。超过最高工作
电压和最大额定电流，可能
0
导致光敏电阻永久性损坏。
20
40 U/V
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2、光敏电阻的主要参数和基本特性
（5）频率特性
当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间
0 10 102 103 104 f / Hz
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(二）光敏二极管和光敏三极管
光电二极管基本结构是一个PN结。它的结面积 小，因此它的频率特性特别好。输出电流小，一般 为几μA到几十μA。按材料分，光电二极管有硅、砷 化镓、锑化铟光电二极管等许多种。
国产硅光电二极管按衬底材料的导电类型不同 ，分为2CU和2DU两种系列。2CU系列以N-Si为衬底 ，2DU系列以P-Si为衬底。2CU系列的光电二极管只 有两条引线，而2DU系列光电二极管有三条引线。
才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不立刻为零， 这就是光敏电阻的时延特性。由于不同材料的光敏电阻时延 特性不同，所以它们的频率特性也不同。
I/%
100 80 60 40 20
硫化铅 硫化镉
如图。硫化铅的使用频率比硫 化镉高得多，但多数光敏电阻 的时延（时间常数）都比较大， 所以，它不能用在要求快速响 应的场合。
1 23
4
5
RG
6
7
(a)结构
(b)电极
(c)符号
CdS光敏电阻的结构和符号（硫化镉）
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。
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光敏电阻的制作方式 光敏电阻的灵敏度易受湿度的影响，因此要将光
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。
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2、光敏电阻的主要参数和基本特性
（2）光照特性
下图表示CdS光敏电阻的光照特性。在一定外加电压下，光
敏电阻的光电流和光照度之间的关系。不同类型光敏电阻光照
特性不同. I/mA
5 4 3
Lx:照度的国际单 位（SI），又称 米烛光。1流明的 光通量均匀分布 在1平方米面积上 的照度，就是一
电极
引线
为了获得高的灵敏度，
光敏电阻的电极一般采用梳
状图案，结构见下图。
引线
光导电材料
绝缘衬底
光电导体 A
金属封装的硫化镉光敏电阻结构图
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光敏电阻的制作方式
是 在 一 定 的 掩 模 下 向 光 电 导 薄 膜 上 蒸 镀 金 （ Au ） 或 铟 （In））等金属形成的。这种梳状电极，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。
光照作用下使物体产生一定的电势
如：光敏二极管、光敏三极管、光电池、 光敏晶体管等
一 、内光电效应器件
利用物质在光的照射下电导性能改变或产生 电动势的原理制成的光电器件称内光电效应器件，
常见的有光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。
（一）光敏电阻(光导管)
纯电阻元件，其工作原理是基于光电导效应，其阻值 随光照增强而减小。 优点：灵敏度高，光谱响应范围宽，体积小、重量轻、机械 强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等。
光敏功能材料及传感器
光敏功能材料及传感器
光电传感器
光敏材料能够将非电量的光信号转换成可检测的电 量，利用具有这种特性的材料制成的传感器。
由 光 引
外光－电效应
光照作用下使电子逸出物体表面的现象 如：光电管、光电倍增器等
起
光的作用仅使物体的电阻率改变的现象
的 电 内光－电效应
如：光敏电阻
效 应
光生伏特效应
不足：需要外部电源，有电流时会发热。
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1、光敏电阻的结构
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。