光敏电阻的特性研究

刘栋++谢泉++房迪

摘 要 光敏电阻作为一种重要的光电转换元件，在自动控制、工业测量、家用电器等领域得到了广泛应用。本文介绍了光敏电阻的特性和主要参数，通过对不同实验条件下得到的特性数据进行分析，验证了光敏电阻的光照特性、伏安特性、光谱特性和延时特性。

【关键词】光敏电阻 光照特性 伏安特性 光谱特性 延时特性

1 引言

随着电子信息技术迅猛发展，对电子元器件性能的要求也越来越高，尤其对光敏电阻制备的要求比较严格，因此，研究光敏电阻特性具有重要的意义。光敏电阻是利用半导体的内光电效应制成的一种器件，其结构较为简单，即在半导体材料两端镀上电极引线，并将它封装起来成为光敏电阻。为增加光敏电阻的灵敏度，通常把两电极做成梳状。光敏电阻没有极性之分，在使用时既可以用直流电压，同样也可以用交流电压。由于光敏电阻具有很好的稳定性、所测光强范围宽、体积小、灵敏度高、使用寿命长、价格便宜、无极性等特点，被广泛应用于通信、自动探测和光电控制等领域[1]。

2 光敏电阻的主要参数

2.1 光电流、亮电阻

在室温和有光照射的条件下，并加上一定的外加电压，此时流过光敏电阻的电流叫做光电流，稳定时测得的电阻为亮电阻，即所加的外加电压与流过光敏电阻的光电流之比。光电流可以通过用LED 光源供电电路来测得[2]。

2.2 暗电流、暗电阻

在无光照射和一定外加电压的条件下，流过光敏电阻的电流叫做暗电流。在室温并且全暗的条件下测量得到的稳定电阻值称为暗电阻。暗电阻随着光源关闭时间的增加而增加，因此规定在关闭电源30s后再来测量暗电阻的阻值[3]。

2.3 灵敏度

光敏电阻在没有受到光照射时的暗电阻的阻值与受到光照射时的亮电阻阻值的相对变化值称之为灵敏度。光敏电阻的暗阻和亮阻之间的比值大约为1500：1，暗电阻的阻值越大其特性越好。暗电阻越大，亮电阻越小，它们的相对变化值越大，即亮电流越大，暗电流越小，光敏电阻的灵敏度就越高[4]。

3 光敏电阻的特性

3.1 伏安特性

在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与此时流过光敏电阻电流的关系称之为伏安特性。在给定偏压条件下，光照强度越大，光电流也随之增大。

2010年5月，周磊等人[5]利用自制的透明玻璃管式炉控制温场，在恒定光照强度约为600lx的条件下，发现CdS光敏电阻在一定温度范围内的伏安特性对温度变化的敏感度并不高，此时仍有良好的线性特征。工作环境温度超过100度时，有较明显的影响。若光敏电阻的伏安特性曲线不在具有线性性质，造成这种现象的主要原因可能是由于载流子的热运动不断加剧，从而增加了与原子核的碰撞几率，缩短了载流子的平均自由程[6]。

2013年2月，李晓波[7]在虚拟仪器LABVIEW平台下，对伏安特性进行了虚拟实现，结果和理论相符合，即在一定光照强度下，光敏电阻伏安特性曲线有良好的线性性质。

2013年5月杨东等人[2]借助光电综合实验平台提供的硬件资源，把伏安特性的测量电路直接连接到光电综合实验平台，利用软件进行仿真，在计算机界面上得到光敏电阻的伏安特性曲线。由实验结果可知，光敏电阻在一定电压范围内，其曲线为斜率不同的直线，表明在不同光照下电阻的阻值不同，且随着电压的增大，光电流也越大，与理论相符合。

在大多数对光敏电阻特进行性研究的实验中，一般都是用的复色光，2015年8月，孙宝光，刘春兰[8]通过WGD-100小型光栅单色仪获得的单色光，选择一定波长的单色光对光敏电阻的伏安特性进行了研究，结果得到电流和电压有较好的线性关系，随着电压的增大，光电流和灵敏度随之增大，且没有出现饱和的现象。

3.2 光照特性

在一定的外加电压条件下，流过光敏电阻的的光电流和光通量之间的关系称之为光照特性。光敏电阻有多种类型，其光照特性不尽相同，大部分光照特性曲线均为非线性。故光敏电阻不适合用作定量检测元件，一般作为开关式光电传感器[9]应用在自动控制系统。在可见光的范围内，硫化镉（CdS）[10]是使用的较多的光敏电阻。2003年周红、杨卫红等[11]人利用实验测量了CdS光敏电阻的光照特性，通过测量在不同外加电压下，光电流随光照的变化得出如下结论：在外加电压一定时，光电流随光照强度的增大而增大，斜率呈逐渐减小的趋势，并不是理想的线性变化。在用虚拟仪器LABVIEW对光敏电阻的光照特性进行研究时[7]，也同样发现，在弱光照射时，光电流与光照强度呈线性关系，当强光照射时，它们变成非线性的关系。

3.3 光谱特性

光谱特性又叫做光谱灵敏度，在2000年舒秦等人[12]设计并制做了一套可用来测试光敏电阻特性的仪器来对光敏电阻的特性进行研究。由实验可知：不同材料光敏电阻有不同的光谱特性，即使是同一种材料的光敏电阻，当照射光的波长不同时，其灵敏度也不一样，其对应的波长也并不相同。如在光晶体中，cds用于敏感可见光；GaAs、Ge和Pb主要用于敏感红外光；ZnS主要用于敏感紫外光。在2010年，李雨峰等人[13]根据光敏电阻光谱特性测定的需要设计了实验，以五种不同波长滤光片产生的不同波长的光波做为实验变量，研究光敏电阻的相对灵敏度。结果发现随着光波波长的增加，光敏电阻的相对灵敏度先增加后减少，存在一个最灵敏点。

3.4 延时特性

当有脉冲光照射光敏电阻时，光电流并不是立即发生变化，而是要经过一段时间之后才能达到稳定。同样的，当停止光照后，光电流也要经过一段时间恢复为零，这种现象称为光敏电阻的延时特性。不同材料的光敏电阻有不同的延时特性，因此其频率特性也并不相同。硫化铅的频率特性比硫化铊高好，所以硫化铅的使用频率较高一些。大多数光敏电阻的时延都很大，我们可以通过增大光敏面来使其延迟降低，但是这些类型的器件不适宜用作快速响应的场合[4]。在2007时，范佳午等人[14]用半定量方法研究了光敏电阻的响应时间与照射光的照度和波长的关系，通过做的曲线图可以看出随着照度的减小，光敏电阻的响应时间增长。随着照度的越小，响应时间变化越急剧。近年，谢音等人[15]用设计的实验验证了光敏电阻的延时特性，并研究了光强对光敏电阻响应时间的影响。由实验可知：光强改变量和光强改变前的光照强度都会对光敏电阻的响应时间造成影响，光强初始值越大，其响应时间越短；光强改变量越大，响应时间同样也越短。

4 总结

本文对近几年关于光敏电阻特性的研究进行了总结，主要介绍了光敏电阻的伏安特性、光照特性、光谱特性和延时特性。光敏电阻作为广泛应用于通信、自动探测和光电控制等领域的光电转化元件，故对光敏电阻基础和特性的研究，可以为光敏电阻今后的发展起到一定的指导性作用。

（通讯作者：谢泉）

参考文献

[1]Hur S.G.，Kim E. T. Lee J.H.，Kim G.H.，Yoon S.G Enhancement of Photosensitivity in CdS Thin Films Incorporated by Hydrogen[J]. Electrochemical and Solid-State Letters，2008，11（07）：H176.

[2]杨东，轩克辉，董雪峰.光敏电阻的特性及应用研究[J].山东轻工业学院学报，2013（05）：20-23.

[3]王彦华，刘希璐.光敏电阻器原理及检测方法[J].装备制造技术，2012（12）：101-102.

[4]张斌，李文启，易小月.光敏电阻的特性研究及应用[J].才智，2009（30）：68.

[5]周磊，高维璐，沈学浩.光敏电阻在一定光照条件下随温度变化的特性[J].实验室研究与探索，2010，29（05）：26-29.

[6]施敏.半导体器件物理与工艺[M].苏州： 苏州大学出版社，2002：47-55.

[7]李晓波.基于虚拟仪器 LABVIEW的光敏电阻特性研究[J].电子测试， 2013（24）：43-44.

[8]孙宝光，刘春兰.小光强单色光照射下的光敏电阻特性研究[J].大学物理实验，2015，28（04）：31-33.

[9]彭勇，鲍宏志，刘文立.光敏电阻特性测定及其在自动照明灯中的应用[J].大学物理实验，2002，（4）：26-27.

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[11]周红，杨卫群，沈学浩，等.光敏电阻基本特性测量实验的设计[J].物理实验， 2003，23（11）：9-11.

[12]舒秦，王瑞平，孙向红等.光敏电阻特性的研究[J].西安科技学院学报，2000，20（04）：377-379.

[13]李雨峰，郑杰.光敏电阻光谱特性测定实验及分析[J].科技展望，2015（11）：159.

[14]范佳午，杨军，张灿坤，等.光敏电阻响应时间的研究实验[J].物理实验， 2007，27（03）：46-48.

[15]谢音，赵泽龙，李伟，等.光敏电阻延时特性的验证及光强对其影响的探究[J].物理实验，2014，34（08）：5-8.

作者简介

刘栋（1990-），男，安徽省安庆市人。硕士学位。现为贵州大学硕士研究生。主要研究方向为光电子材料。

谢泉（1964-），男，贵州省贵阳市人。博士后、博士、教授、博士生导师。现为贵州大学新型光电子材料与技术研究所所长、贵州大学大数据与信息工程学院院长。

作者单位

贵州大学大数据与信息工程学院新型光电子材料与技术研究所 贵州省贵阳市 550025