光敏電阻

光敏電阻是用半導體材料製備的光電導器件，其基於半導體的內光電效應，光照愈強，阻值就愈低，亮電阻值可小至1KΩ以下。在無光照時，光敏電阻呈高阻狀態，暗電阻一般可達1.5MΩ。光敏電阻具有體積小、反應速度快、光譜響應範圍寬等優勢，在光電控制、自動控制、通信等領域有着廣泛應用。 ^[2-3] 

光敏電阻的典型結構包括：絕緣襯底、光敏層和電極。光敏層一般採用輕摻雜的半導體材料，如金屬硫化物、硒化物和碲化物，通過澱積方法與絕緣襯底結合。電極材料一般採用金、銦等金屬，利用蒸鍍或濺射方法制備在光敏層的兩側，形成歐姆接觸。為了儘可能降低接觸電阻，蒸鍍的電極面積必須足夠大。為了不影響光敏層的受光面積，兼顧器件的靈敏度，電極通常採用梳齒狀圖案。光敏電阻的封裝通常採用採用環氧樹脂封裝和金屬封裝。在光敏電阻的電極上引線到封裝基座，然後封裝在帶有透明窗的管殼裏，以避免受潮影響其靈敏度。環氧樹脂封裝光敏電阻按陶瓷基板直徑分為Ø3mm、Ø4mm、Ø5mm、Ø7mm、Ø11mm、Ø12mm、Ø20mm、Ø25mm 。

（1）光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當有光照射時，流過的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，表示符號為“100LX”。

（2）暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當沒有光照射的時候，流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，表示符號為“0LX”

（3）靈敏度。靈敏度指的是光敏電阻的暗電阻與光電阻的比值。暗電阻越大、亮電阻越小，光敏電阻的靈敏度越高。

（4）光譜響應。光譜響應又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應的曲線。

（5）光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨着的光照強度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進一步增大光照強度，則電阻值變化減小，然後逐漸趨向平緩。在大多數情況下，該特性為非線性。

（6）伏安特性曲線。在一定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關係稱為伏安特性。在給定偏壓下,光照度越大，光電流也越大。在一定的光照度下，所加的電壓越大，光電流越大，而且無飽和現象。但是電壓不能無限地增大，因為任何光敏電阻都受額定功率、最高工作電壓和額定電流的限制，否則可能會導致光敏電阻永久性損壞。

（7）温度係數。光敏電阻的光電效應受温度影響較大。對於硫化鎘光敏電阻，亮電阻和暗電阻均隨着温度的升高而增大，且亮電阻的增大更為明顯，説明了硫化鎘光敏電阻的靈敏度隨温度升高而降低 ^[4]  。

（8）額定功率。額定功率是指光敏電阻在電路中工作時所允許消耗的功率，當温度升高時，其消耗的功率就降低。

（9）頻率特性。當光敏電阻受到脈衝光照射時，光電流要經過一段時間才能達到穩定值，而在停止光照後，光電流也不立刻為零，這就是光敏電阻的時延特性。由於不同材料的光敏，電阻時延特性不同，所以它們的頻率特性也不同。硫化鉛的使用頻率比硫化鎘高得多，但多數光敏電阻的時延都比較大，所以，不能用在要求快速響應的場合。

光敏電阻的工作原理是半導體的內光電效應。在黑暗條件下，光敏電阻內部的大部分電子是不能自由移動的價帶電子，此時光敏電阻的阻值很高。當存在波長合適的光照時，光敏電阻內的價帶電子會吸收光子能量躍遷到導帶，成為可以導電的自由電子，並在價帶中留下一個空穴。光強越大，激發的電子-空穴對數量越多，光敏電阻的阻值也就越低。需要強調的是，這種光吸收過程發生的必要條件是光子能量大於等於半導體的禁帶寬度：

式中，E和E_g分別為光子能量和半導體的禁帶寬度，ν和λ分別入射光的頻率和波長，c是光速，h是普朗克常數。通過選擇不同的半導體材料和摻雜元素，可以調控光敏電阻的響應波段。

當光被移除時，相反的情況發生了，導帶電子與價帶空穴重新結合，光敏電阻的阻值增加。光敏電阻的恢復過程不是瞬時完成的，通常需要一定的時間，典型值為幾分之一秒到幾百秒，取決於使用的半導體材料。

光敏電阻屬半導體光敏器件，具有靈敏度高，響應速度快，，穩定性好的優點。光敏電阻已經應用於照相機電子快門 ^[5]  、火災報警器 ^[6]  、自動窗簾 ^[7]  、太陽跟蹤系統 ^[8]  等光自動開關領域。

光敏電阻具有以下特點 ^[9]  ：

優點：

（1） 光譜響應範圍寬。根據光電導材料的不同，光譜響應可從紫外、可見光、近紅外擴展到遠紅外，尤其對紅光和紅外光具有較高的響應度。

（2） 工作電流大，可達數毫安。

（3） 靈敏度高，光電導增益大於1.

（4） 無極性之分，使用方便。

（5） 既可以測強光也可以測弱光。

缺點

（1） 強光照射下光電轉換線性較差。

（2） 光電弛豫過程較長。

（3） 頻率響應低，無法應用在對速度要求很高的場合。

（4） 工作特性受温度影響較大。

（1）按半導體材料分：本徵型光敏電阻、摻雜型光敏電阻。後者性能穩定，特性較好，故大都採用它。

（2）根據光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：

1、紫外光敏電阻器：對紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用於探測紫外線。

2、紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用於導彈制導、天文探測、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜，紅外通信等國防、科學研究和工農業生產中。

3、可見光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用於各種光電控制系統，如光電自動開關門户，航標燈、路燈和其他照明系統的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和“位置檢測器”，極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置，光電計數器，煙霧報警器，光電跟蹤系統等方面。

（1）用一黑紙片將光敏電阻的透光窗口遮住，此時萬用表的指針基本保持不變，阻值接近無窮選擇大。此值越大説明光敏電阻性能越好；若此值很小或 接近為零，説明光敏電阻損壞，不能使用。

（2）將一光源對準光敏電阻的透光窗口，此時萬用表的指針應有大幅度向右擺動，阻值明顯減小，此值越小説明光敏電阻性能越好。若此值很大甚至無窮大，説明光敏電阻內部開路損壞，不能使用。

（3）將光敏電阻透光窗口對準入射光線，用小黑紙片在光敏電阻的遮光窗上部晃動，使其間斷受光，此時，萬用表指針應左右擺動，如果萬用表指針始終停在某一位置，，説明光敏電阻損壞。

硫化鉛光敏電阻在較寬的光譜範圍內均有較高的靈敏度，峯值在紅外區域；硫化鎘、硒化鎘的峯值在可見光區域。因此，在選用光敏電阻時，應把光敏電阻的材料和光源的種類結合起來考慮，才能獲得滿意的效果。