光敏电阻、光电池

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1、光敏电阻一、结构与原理光敏电阻利用光电导效应制成。当入射光子使电子由价带跃升到导带时，导带中的电阻和价带中的空穴二者均参与导电，因此电阻显著减小，称为光敏电阻。本征光电导效应可用来检测可见光和近红外辐射。如果入射光子从杂质能级跃升到导带(非本征光电导)，那么N型材料的电导率增大。当光子能量使电子由价带跃升到P型主能级，从而使价带中留有可移动的空穴时，P型材料就会出现非本征光电导。非本征光电导体主要检测波长很长的辐射用于超过5微米的波段。光电导探测器光电导探测器是基于半导体的光电导效应制成的光电探测器，光电导效应的主要特点是受

2、光照射时其电阻值明显变小，故又称为光敏电阻。光电导探测器广泛应用在工业自动化、摄影机自动测光等监控系统，也广泛应用于目前其他探测器难以实现的红外测量系统。半导体对光的吸收半导体对光的吸收是产生光电效应的基础。光照半导体材料时，若入射光子的能量大于某一值，就可以产生光激发，从而产生光生载流子。采取一定的措施合理利用这些光生载流子，便可以制出各种光子效应探测器。光生载流子在光辐射作用下，半导体材料吸收入射光子的能量，使束缚态的电荷产生能级跃迁而变成自由电荷，这些由光激发产生的载流子称为光生载流子。相对于热平衡状态下由热激发与复合

3、而产生的热平衡载流子而言，光生载流子又称为非平衡载流子。光电探测器的工作原理就是基于这些光生载流子，采取一定的措施利用这些非平衡载流子，将它们的变化耦合到外电路中，使外电路中的电流或电压的变化反映入射光辐射功率的变化，从而达到光检测的目的。本征吸收本征吸收指光照半导体材料时，价带中的电子吸收入射光子的能量跃迁到导带中去，这种激发过程称为半导体的本征吸收。在本征吸收过程中，价带中的电子跃迁到导带，同时在价带中留下空穴，产生了电子空穴对。与热平衡状态相比，在导带中多出了一部分电子，在价带中多出了一部分空穴，它们是因为光照而产生的

4、载流子，称为光生载流子。在光照时，半导体中总的载流子浓度比热平衡状态下载流子浓度大。本征吸收产生的条件是入射光子的能量必须大于材料的禁带宽度，杂质吸收掺有杂质的半导体材料，在光照时也会产生光激发。对于n型半导体，施主杂质中的束缚电子吸收了光子的能量跃迁到导带；对于p型半导体，受主杂质中的束缚空穴吸收了光子能量跃迁到价带。施主释放束缚电子到导带、受主释放束缚空穴到价带所需的能量称为杂质的电离能和。光电导探测器的结构光电导探测器的结构很简单，只要在一块匀质的半导体两端装上电极就可以构成一个光敏电阻。灵敏度灵敏度通常指的是在一定条

5、件下，单位照度所引起的光电流。由于各种器件使用的范围及条件不一致，因此灵敏度有各种不同的表示法。光电导体的灵敏度表示在一定光强下光电导的强弱。它可以用光电增益G来表示。根据定态条件下电子与空穴的产生率与复合率相等可推导出为量子产额，即吸收一个光子所产生的电子空穴对数；为光生载流子寿命；为载流子在光电导两极间的渡越时间。光电导的弛豫光电导是非平衡载流子效应，因此有一定的弛豫现象：光照射到样品后，光电导逐渐增加，最后达到定态。光照停止，光电导在一段时间内逐渐消失。这种弛豫现象表现了光电导对光强变化反应的快慢。光电导上升或下降的时

6、间就是弛豫时间，或称为响应时间(惰性)。显然，弛豫时间长，表示光电导反应慢，这时称惯性大；弛豫时间短，即光电导反应快，称惯性小。从光电导的机构来看，弛豫现象表现为在光强变化时，光生载流子的积累和消失的过程。因此，要讨论弛豫现象，必须研究光生载流子的产生与复合。光电导的驰豫决定在迅速变化的光强下，一个光电器件能否有效工作的问题。在分析定态光电导和光强之间的关系时，尽管实际情况比较复杂，但通常讨论下面两种典型情况：直线性光电导，即光电导与光强成线性关系，如Si、Ge、PbO等许多材料至少在较低的光强下都具有这种性质；抛物线性光电

7、导，指的是光电导与光强的平方根成正比。有不少光电导体在低光强下属于直线性光电导，但在较高的光强下则为抛物线性光电导。光敏电阻工作机理较复杂，但结构简单，只是在一块匀质的光电导体两端加上电极即成，如图所示。1．光谱响应相当宽根据不同的光电导材料，光敏电阻的灵敏域可在紫外光区，可见光区，也可在红外区和远红外区。光敏电阻有以下优点：2．所测的光强范围宽，即可对强光响应，也可对弱光响应。3．无极性之分，使用方便，成本低，寿命长。4．灵敏度高，工作电流大，可达数毫安使用时必须在光敏电阻两端加上电压，一般再串一个负载电阻，构成闭合回路。

8、当光照光敏电阻时，其电导率发生变化，电阻值随之变化，那么流经整个回路的电流发生变化。负载上电流的变化反映了光照信号的变化。在负载上取出其变化信号，便达到了检测入射光信号的目的。光照时，光敏电阻的电阻值通常称为明电阻或亮电阻，无光照时的电阻称为暗电阻。模型结构示意图偏置电路等效电路二、特性1