光敏电阻实验原理

实验原理

(1)某些物质吸收了光子的能量产生本征吸收或杂质吸收,从而改变了物质电导率的现象称为物质的光电导效应。利用具有光电导效应的材料(如硅、锗等本征半导体与硫化镉、硒化镉、氧化铅等杂质半导体)可以制成电导随入射光度量变化的器件,称为光电导器件或光敏电阻。

光敏电阻无极性,其工作特性与入射光光强、波长和外加电压有关。同时,光敏电阻具有体积小、坚固耐用、价格低廉、光谱响应范围宽等优点,广泛应用于微弱辐射信号的探测领域。

图6.2.1为光敏电阻的原理图与光敏电阻的符号,在均匀的具有光电导效应的半导体材料两端加上电极便构成光敏电阻。

当光敏电阻的两端加上适当的偏置电压 bb [图6.2.1(a)]后,便有电流 流过,用检流计可以检测到该电流。

图6.2.1 光敏电阻的原理及符号

(2)典型的光敏电阻。

①CdS光敏电阻。

CdS光敏电阻是最常见的光敏电阻,它在可见光波段范围内的灵敏度最高,因此被广泛应用于灯光的自动控制、照相机的自动测光等。CdS光敏电阻的光敏面常呈蛇形结构。

②PbS光敏电阻。

PbS光敏电阻是近红外波段最灵敏的光电导器件。特别是对2μm附近的红外辐射的探测灵敏度很高,因此常用于火灾的探测等领域。

③InSb光敏电阻。

InSb光敏电阻是3~5μm光谱范围内的主要探测器件之一。它不仅适用于制造单元探测器件,也适宜制造阵列红外探测器件。

④Hg1-xCdxTe系列光电导探测器件。

Hg1-xCdxTe系列光电导探测器件是目前所有红外探测器中性能最优良、最有前途的探测器件,尤其是对4~8μm大气窗口波段辐射的探测具有重要作用。

光敏电阻的主要噪声有热噪声、复合噪声和低频噪声(或称1/ 噪声)。光电二极管中避免了复合噪声的产生,因此它具有改善噪声的特性。

热噪声来自热致电子从价带到导带的跃迁。温度越高,这种跃迁的概率就越大。在温度一定的情况下,禁带宽度越小,热激发噪声越大。因此,对给定波长的探测,要想获得最小噪声,必须采用最大的禁带宽度与适当的量子效率相结合的半导体材料。对更长波长的探测,探测器还需制冷。

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