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摘要：随着科技的发展，人类越来越注重信息和自动化，在日常的生产学过程中，人们常常要进行自动筛选、自动传送，而为了实现这些，光电传感发挥了不可磨灭的作用。光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性因受到光的照射而发生变化。 关键词：光电效应、光电传感器、光敏材料 一、 理论基础——光电效应 光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应，大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都属于内光电效应类传感器。 1.外光电效应 光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大，电子会克服束缚逸出表面，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应。 根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v为光波频率，h为普朗克常数)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律： 式中，m为电子质量v为电子逸出的初速度w为逸出功。 由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是hv>w。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电子发射，此频率 限称为“红限”。相应的波长为 式中，c为光速，w为逸出功。 2.内光电效应 当光照射到半导体表面时由于半导体中的电子吸收了光子的能量使电子从半导体表面逸出至周围空间的现象叫外光电效应。利用这种现象可以制成阴极射线管、光电倍增管和摄像管的光阴极等。半导体材料的价带与导带间有一个带隙其能量间隔为Eg。一般情况下价带中的电子不会自发地跃迁到导带
所以半导体材料的导电性远不如导体。但如果通过某种方式给价带中的电子提供能量就可以将其激发到导带中形成载流子增加导电性。光照就是一种激励方式。当入射光的能量hν≥Eg（ Eg为带隙间隔)时价带中的电子就会吸收光子的能量跃迁到导带而在价带中留下一个空穴形成一对可以导电的电子——空穴对。这里的电子并未逸出形成光电子但显然存在着由于光照而产生的电效应。因此这种光电效应就是一种内光电效应。从理论和实验结果分析要使价带中的电子跃迁到导带也存在一个入射光的极限能量即Eλ=hν0=Eg其中ν0是低频限(即极限频率ν0=Egh)。这个关系也可以用长波限表示即λ0=hcEg。入射光的频率大于ν0或波长小于λ0时才会发生电子的带间跃迁。当入射光能量较小不能使电子由价带跃迁到导带时有可能使电子吸收光能后在一个能带内的亚能级结构间(即图1中每个能带的细线间)跃迁。 二、光电器件及其特性 1.光敏电阻 1)光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。 2)光敏电阻的伏安特性测量
图1 光敏电阻伏安特性测试电路 （1）按原理图1连接好实验线路，将光源用的标准钨丝灯和光敏电阻板置测试架中，电阻盒以及转接盒插在九孔板中，电源由DH-VC3直流恒压源提供。 （2）通过改变光源电压或调节光源到光敏电阻之间的距离以提供一定的光强，每次在一定的光照条件下，测出加在光敏电阻上电压U为+2V、+ 4V、+6V、 +8V、+10V时5
个光电流数据，即? ?KUIR ph00.1
同时算出此时光敏电阻的阻值 phR pIUUR?? 。以后逐步调大相对光强重复上述实验，进行5～6次不同光强实验数据测量
