光敏电阻的结构组成是什么样的?
光敏电阻器的光照特性在大多数情况下是非线性的,只有在微小的范围内呈线性,光敏电阻器的电阻值有较大的离散性。
光敏电阻(也称光敏电阻器、光导管)的核心结构相对简单,主要包含以下几个组成部分:
-
绝缘基板:
- 这是整个元件的基础支撑平台,通常由陶瓷、玻璃、塑料或其他绝缘材料制成。基板需要具有良好的电气绝缘性能和机械强度。
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光敏半导体材料层:
- 这是光敏电阻的核心部件,决定了其光电特性。
- 这层材料是具有显著光电导效应的半导体薄膜,最常用的材料是硫化镉(CdS),在可见光区域灵敏度高。其他材料也可能用于特殊波长(如红外光或紫外光)的响应,如硒化镉(CdSe)、硫化铅(PbS)等。
- 半导体材料被沉积(如蒸镀、溅射或涂覆工艺)在基板上。它的微观结构通常是多晶或多孔状的,以增大与入射光的接触面积,从而提高灵敏度。
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金属电极:
- 梳状电极:这是最常见的电极形式。在光敏半导体层的两端,制作出相互交叉、形似梳齿的金属电极。一个“梳子”的齿插入另一个“梳子”的齿缝中。
- 目的:
- 增大有效受光面积:这种设计使得两个电极非常靠近,大大增加了半导体层上有电流通过的区域与光接触的表面积。
- 降低阻值:缩短了导电通路的长度。
- 提高灵敏度:这两个因素结合起来,显著提高了光敏电阻的灵敏度。
- 电极材料通常采用低电阻率、易导电的金属,如金(Au)、银(Ag)或铂(Pt)。
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保护层或封装:
- 透光保护层:为了防止光敏半导体层受到环境中湿气、灰尘、化学物质等的侵蚀而老化或性能下降,同时又要让光线能够穿透照射到半导体上,通常在光敏层和电极上覆盖一层透明的保护膜或窗。
- 封装材料:常用的透光保护材料有环氧树脂、透明塑料或光学玻璃。有时元件会被封装在一个带有玻璃/石英窗口(用于紫外线敏感器件)或塑料透镜的壳体(可能是贴片SMD封装或引线插件封装)中。封装还起到固定引线、防止机械损伤的作用。
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引出电极/引脚:
- 将梳状电极分别连接到元件的两个引线或焊接点上,以便接入电路。
工作原理简述: 当无光照时,光敏半导体层内部的载流子(自由电子和空穴)数量很少,因此其电阻值非常高(可达兆欧级)。 当有光照时,光子激发半导体材料的价带电子跃迁到导带,产生大量的自由电子-空穴对。这些新产生的载流子极大地提高了半导体的导电能力,使其电阻值急剧下降(可降至千欧级甚至更低)。光照强度越强,产生的载流子越多,电阻值就越小。
总结其结构组成图:
[绝缘基板] -> [光敏半导体薄膜] -> [梳状金属电极(覆盖在半导体上/与半导体接触)] -> [透光保护层/封装外壳] -> [引出引脚]
这就是光敏电阻的基本结构,设计的关键在于最大化光敏材料的受光面积及其与电极的有效接触面积,以提升光电转换效率和灵敏度。
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