智能材料：光敏感材料

1、 光敏感材料2012301430047測(cè)控技術(shù)與儀器游輝分類 敏感器件材料按照其功能可以分為熱敏、壓敏、濕敏、氣敏、電敏、光敏、力敏、磁敏、聲敏、離子敏、生物敏等類型。也可以按照材料的結(jié)構(gòu)類型來劃分，分為金屬敏感材料、半導(dǎo)體敏感材料、陶瓷敏感材料、有機(jī)高分子敏感材料、光纖敏感材料、磁性敏感材料等。 分類 敏感元件要求要求：靈敏度、穩(wěn)定性和可靠性高，互換性和生產(chǎn)重復(fù)性好，在某些情況下還要求有高的響應(yīng)速率。 在工業(yè)發(fā)展的要求之下，敏感材料不僅必須具有高靈敏度和快速響應(yīng)的基本特性之外，還要求元件對(duì)于測(cè)量狀態(tài)不產(chǎn)生影響，所以要求敏感元件向小型化發(fā)展。只有這樣才能測(cè)量空間的微小部分，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部空間的真實(shí)還

2、原。另一方面，不斷發(fā)展的微電子機(jī)械系統(tǒng)和微機(jī)械加工技術(shù)要求敏感元件向微小型化、固態(tài)化、多功能集成化、圖形技術(shù)化、智能化和光學(xué)化等方面發(fā)展，促使敏感材料也相應(yīng)的向微型化、薄膜化、單晶化、復(fù)合化以及功能利用化等方面發(fā)展。評(píng)價(jià)體系以及未來發(fā)展方向光敏器件材料 光敏材料是指特征參數(shù)隨外界光輻射的變化而明顯改變的敏感材料?？梢苑譃楣饷舭雽?dǎo)體和光敏高分子兩種。 光敏高分子材料也稱為光功能高分子材料，是指在光的參與作用下能夠表現(xiàn)出某些特殊物理或化學(xué)性能的高分子材料。這些變化可以分為化學(xué)變化和物理變化： 化學(xué)變化：光聚合 、光交聯(lián) 、光降解 物理變化：互變異構(gòu)（顏色改變）、激發(fā)（導(dǎo)電等性能改變）、 發(fā)光 、外

3、觀尺寸的變化等。 在實(shí)際中的應(yīng)用為：光敏涂料、光成像材料和高分子光穩(wěn)定劑評(píng)價(jià)體系以及未來發(fā)展方向評(píng)價(jià)體系以及未來發(fā)展方向半導(dǎo)體光敏器件材料 光敏半導(dǎo)體材料是將光能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體材料。光敏半導(dǎo)體材料是將光能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體材料。 半導(dǎo)體與光之間的相互作用比導(dǎo)體和絕緣體要強(qiáng)，這是半導(dǎo)體可以作為光敏元器件材料的基礎(chǔ)。半導(dǎo)體與光的相互作用可以分為兩種，光伏效應(yīng)和光電導(dǎo)效應(yīng)。 半導(dǎo)體光敏材料光電導(dǎo)效應(yīng) 又稱為光電效應(yīng)、光敏效應(yīng)，是光照變化引起半導(dǎo)體材料電導(dǎo)變化的現(xiàn)象。即光電導(dǎo)效應(yīng)是光照射到某些物體上后，引起其電性能變化的一類光致電改變現(xiàn)象的總稱。當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料時(shí)，材料吸收光子的能量，使非

4、傳導(dǎo)態(tài)電子變?yōu)閭鲗?dǎo)態(tài)電子，引起載流子濃度增大，因而導(dǎo)致材料電導(dǎo)率增大。在光線作用下，對(duì)于半導(dǎo)體材料吸收了入射光子能量， 若光子能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度， 就激發(fā)出電子-空穴對(duì)，使載流子濃度增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性增加，阻值減低，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。 典型的光電導(dǎo)器件是光敏電阻。典型的光電導(dǎo)器件是光敏電阻。光電導(dǎo)器件光敏電阻的基本原理光敏電阻分類： 本征型半導(dǎo)體光敏電阻 摻雜型半導(dǎo)體光敏電阻電子能量導(dǎo)帶價(jià)帶禁帶EvEgEc電子能量導(dǎo)帶價(jià)帶施主能級(jí)EvEdEdEc光敏電阻的光電特性 光敏電阻在黑暗的室溫條件下，由于熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子使它具有的電導(dǎo)，稱為暗電導(dǎo)。暗電導(dǎo)值很小。 當(dāng)有光照射在光敏電阻上時(shí)，它的電導(dǎo)將變大，這時(shí)的電導(dǎo)稱為光電導(dǎo)。 電導(dǎo)隨光照量變化越大的光敏電阻，其靈敏度越高，這個(gè)特性稱為光敏電阻的光電特性。 光敏元件的基本結(jié)構(gòu)圖中比較常見的光電導(dǎo)材料有CdS、ZnS、CdSe、PbS、InSb、GeZn、GeCu、GeAg最為常見的是CdS 當(dāng)入射光照在光電導(dǎo)材料上時(shí)，光電導(dǎo)材料會(huì)吸收一部分光能，如果光的頻率滿足一定的范圍，就可以克服能帶之間的間隙，產(chǎn)生光生載流子，相應(yīng)的光電導(dǎo)材料的電導(dǎo)性能就會(huì)相應(yīng)的發(fā)生改變。在外加電場(chǎng)的作用下，回路中的電流Ip就會(huì)相應(yīng)的改變，根據(jù)電流