光敏陶瓷也稱光敏電阻瓷,屬于半導體陶瓷,它在光的照射下,吸收光能,產生光電導或光生伏特效應,利用光電導效應來制造光敏電阻,可用于各種自動控制系統;利用光生伏特效應可制造光電池或稱太陽能電池,為人類提供了新能源。
半導體中躍遷到導帶的電子和在價帶出現的空穴,在電場的作用下都能定向運動而導電,故稱它們為路它們為載流子。電子的躍遷可以有各種推動力,當光照射到半導體時,只要光子的能量大于半導體禁帶的寬度Eg, 就可以使價帶電子躍遷到導帶,在價帶中產生空穴,即半導體產生光生載流子,使電導增加,這個過程稱光電導。本征半導體的光導稱本征光電導。雜質半導體,在雜質原子未完全電離的情況下,光照也能使這些原子產生電子和空穴,也能使電導增加,稱這個過程為雜質光電導。
本征半導體處于熱平衡狀態時,有確定的載流子濃度,這種處于熱平衡狀態下的載流子,稱平衡載流子。當光注人后,本征半導體則處于非平衡狀態,比平衡狀態多出的載流子稱為非平衡附加載流子,載流子濃度的增加,必然使半導體電導增加,光電導是非平衡載流子造成的。
(1)概述
光敏電阻材料是光電導材料的一種,過去一般把CdS或CdSe粉末摻一定量的Cu、Ag及CdCl2等,在600℃以上的溫度燒結,使CdS、CdSe具有光敏特性。將這種粉末在一定壓力下制成片狀,再將這些光敏片在300~500℃下進行氧化處理。處理后的光敏片靈敏度相當高,但工藝中壓制工序較繁瑣,效率低,近年來已不常采用此工藝。其他制造光敏材料的工藝介紹如下。
①不燒制膜法
首先制出光敏CdS之后用有機樹脂黏合劑,均勻混合,涂布在某種基體上,經過一定時間的熱處理,制成光電導體,利用這種方法可以制出大面積的光電導體薄膜,優越性很大。
②燒結制膜法
將CdS加入適量CuCl2、AgNO3 溶液和助熔劑CdCl2與蒸餾水混合,磨細并烘干、在惰性氣氛中600℃以上合成光敏CdS, 再摻入高純硫2%~8%, 在200一300℃氮氣氣氛中加熱。之后加水磨細,噴涂在陶瓷、石英、玻璃或云母等基板上,干燥之。于600℃氮氣氣氛中燒結。最后放在 NH4OH稀水溶液中浸泡8h, 再用溫蒸餾水充分洗滌,以除去表面的氯化物和堿。
(3) 真空鍍膜法
將CdS加敏化劑CuS與NaCI在含硫的氣氛中燒結,粉碎后作蒸發源,蒸發在基板上形成薄膜。另一種方法是CdS中加適量CuCl2敏化劑放入蒸發舟里蒸發。
由于CdS與摻雜物蒸發溫度不同,不易得到符合要求的光敏薄膜。為解決這個問題,先蒸發CdS, 之后再蒸發一層敏化劑如 Cu、Ag、In、Ga等,然后再于空氣中進行熱處理,使敏化劑向薄膜內擴散,薄膜進行再結晶。或者在含有Ag、Cu、In、Ga等敏化劑的 CdS 粉末中進行熱處理,使它具有良好的光敏特性。
2.光電導材料工藝