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光电导效应检测器件——光敏电阻的特性测试
实验目的
(1)通过对光敏电阻基本参数的测量实验，掌握研究光敏电阻特性的基本方法。
(2)通过光敏电阻电路的基本连接，掌握光敏电阻的使用方法。
实验内容
(1)测量暗电阻和无光照射时的伏安特性曲线。
(2)测量亮电阻和一定光照下的伏安特性曲线。
(3)作出光电特性曲线，求出光照灵敏度。
(4)求出光电导灵敏度、电阻灵敏度与比灵敏度。
实验原理
下图所示为光敏电阻的原理图与光敏电阻的符号。由上所述，在均匀的具有光导效应的半导体材料的两端加上电极，便构成光敏电阻。当光敏电阻的两端加上适当的偏置电压Ubb(如图所示的电路)后，便有电流Ip流过，用检流计可以检测到该电流。改变照射到光敏电阻上的光度量(如照度)，发现流过光敏电阻的电流Ip将发生变化，说明光敏电阻的阻值随照度变化。
当入射光子使电子由价带跃升到导带时，导带中的电子和价带中的空穴均参与导电，因此电阻显著减小，电导增加。若连接电源和负载电阻，即可输出电信号。一般有光照时的光敏电阻的阻值称为亮电阻。此时可得出光电导g与光电流Ip的表达式为
g=gL-gd
Ip=IL-Id(2-1)
式中，gL为亮电导；gd为暗电导；IL为亮电流；Id为暗电流。
根据半导体材料的分类，光敏电阻有两大基本类型：本征型半导体光敏电阻与杂质型半导体光敏电阻。由《光电检测技术》教材第2章中式(2-60)与式(2-61)可以看出，本征型半导体光敏电阻的长波限要短于杂质型半导体光敏电阻的长波限。
因此，本征型半导体光敏电阻常用于可见光波段的探测，而杂质型半导体光敏电阻常用于红外波段甚至于远红外波段辐射的探测。
下面介绍本实验涉及到的有关特性参数。
1．灵敏度
除了常用的电流灵敏度S1与电压灵敏度SV，以外，光敏电阻还有下列几个灵敏度。
(1)光电导灵敏度Sg
光敏电阻的光电导g与输入光照度E之比，即为光电导灵敏度。即
式中，A为光敏面积；Φ为入射的通量。由欧姆定律，电流I与电压U的关系为I=gU，将式(2-2)中g=SgE代入得
I=SgEU (2-3)
此即弱光照时的线性关系。
(2)电阻灵敏度SR
暗电阻Rd与亮电阻RL之比，称为电阻变化倍数，即
其中△R=Rd-RL。显然差别越大越好。
(3)比灵敏度SB
比灵敏度SB也称积分比灵敏度。即单位通量Φ与电压U下所产生的光电流IL。即
2．光电特性
光敏电阻的光电流IL与输入辐射通量Φ有下列关系式：
IL=AUΦγ(2-6)
式中，A为光敏材料决定的常数；U为电源电压；γ为0.5～1之间的系数。弱光照时，γ=1，IL与Φ有良好的线性关系，即线性光电导；强光照时，γ=0.5，即抛物线性光电导。实验证明，当所加电压一定时，CdS光敏电阻的光电特性曲线如下图所示。
3．伏安特性(输出特性)
在一定光照下，光敏电阻的光电流与所加电压关系即为伏安特性。如下图所示。光敏电阻是一个纯电阻，因此符合欧姆定律，故曲线为直线，具有与普通电阻相似的伏安特性。图中虚线为允许功耗或额定功耗线。使用时，应不使光敏电阻的实际功耗超过额定值。在设计负载电阻时，应不使负载线与额定功耗线相交。即使光敏电阻的工作电压、电流控制在额定功耗线之内。
实验所用仪器设备
(1)直流稳压电源
(2)万用表
(3)微安表、毫安表
(4)照度计
(5)标准光源
(6)滑线电阻器，电阻箱
(7)滤光片
(8)中性密度片
光敏电阻特性测试电路
不打开电源，将光敏电阻接入下图所示的电路中，并连接好测试仪表。
A.易制备和提纯，较为稳定
B. 一般具有较深的颜色（在可见区内的吸收系数大于1051mol-1.cm-1）
C. 分子平面性使其固态结构有自我取向的趋势
D. 分子固体的半导体性能显著
E. 通过适当的掺杂可以改变其导电性F . 其基态和激发态与适当环境可发生氧化还原反应
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