(1) 光敏電阻瓷
①原料
制造光敏電阻時(shí)一般選用 CdS、CdSe 等Ⅱ~Ⅵ族化合物作為原料。原料要有極高的純度,一般要求5個(gè)9 (即99. 999%) 對(duì)有害雜質(zhì)要嚴(yán)加控制,如鐵含量達(dá)0. 001%時(shí),光敏阻的靈敏度將顯著下降。當(dāng)然,使用摻雜劑也必須十分注意純度。
原料的粒度也是一個(gè)重要指標(biāo),應(yīng)該是超細(xì)粉末,以得到好的光導(dǎo)性能,一般粒徑在0.05~1μm范圍內(nèi)。
②摻雜
摻雜物分為兩類。一類是施主摻雜劑,有ⅢA和ⅦA族元素。如Al、Ga, In等三價(jià)金屬的化合物,NH4Cl4及其他鹵化物。另一類敏化劑(活化劑)是受主摻雜劑,有Ⅰ族和Ⅴ族元素如Cu、Ag、Au 的鹵化物、硫酸鹽、硝酸鹽等。
摻Cu量適當(dāng)能提高光電導(dǎo)體的靈敏度,但過量的 Cu 會(huì)使光電導(dǎo)體性能不穩(wěn)定。如Cu 摻雜量超過8X10-4時(shí),光電導(dǎo)體性能不穩(wěn)定。摻CI的 CdS形成的是n型半導(dǎo)體,受主Cu所形成的陷阱中心減小光電導(dǎo)體的電導(dǎo)率。隨摻Cu量的不同,光電導(dǎo)體的光電導(dǎo)率或者說亮電阻也隨之改變。合適的摻Cu量,可以得到大的暗、亮電阻比。
③助熔劑
CdS的熔點(diǎn)為 1750℃, 為了降低燒結(jié)溫度,要加入助熔劑,常用的助熔劑有CdCl2 、ZnCl2、NaCl、CaCl2、LiCI等鹵化物。助熔劑的熔點(diǎn)應(yīng)比 CdS低,能在燒結(jié)溫度熔化,促進(jìn) CdS燒結(jié)。如CdCl2 的熔點(diǎn)為568℃, 燒成溫度高于此溫度就行。但燒成時(shí)殘留的CdCl2 會(huì)慢慢與 CdS及電極材料 In 起化學(xué)反應(yīng),影響CdS光敏電阻的穩(wěn)定性。為此,制造過程中,需要嚴(yán)格控制CdCl2 的用量,并將燒成的光敏片在蒸發(fā)電極之前先在堿水中洗滌。
④分散劑
助熔劑雖然能促進(jìn)燒結(jié),但會(huì)使 CdS形成粗晶。而光敏電阻及其他光導(dǎo)材料都要求獲得細(xì)晶,以使顆粒之間接觸點(diǎn)增加,電阻增加,即暗電阻高,這正是光敏電阻所需要的。微細(xì)的光導(dǎo)電粉末作感光粉也可使感光層均勻。分散劑的熔點(diǎn)要比助熔劑的熔點(diǎn)高,否則起不到分散劑的作用,且要求能溶于水而不與光導(dǎo)電粉末起化學(xué)反應(yīng),以便燒成后洗掉。
常用分散劑有 NaF、Cal2, NaBr, CaBr2, NaCl, CaCl2, Na2SO4、CaCO3, Na2CO3、CaO等。由于不同物質(zhì)的燒結(jié)溫度不同,同一物質(zhì)有時(shí)可作助熔劑有時(shí)亦可作分散劑。
(2) 燒結(jié)膜光敏電阻瓷
①基板的清洗
燒結(jié)膜光敏電阻是把配好的漿料用噴槍噴到基板上,或用絲網(wǎng)印刷的辦法印到基板上,基板表面的物理化學(xué)性質(zhì)、表面平滑程度、清潔程度等等對(duì)燒結(jié)膜的光電導(dǎo)性影響很大,因此要對(duì)基板進(jìn)行清洗。清洗方法是先用鹽酸煮洗。之后用蒸餾水洗凈,再加入洗液煮洗,最后用去離子水反復(fù)煮洗。另外還有在丙酮或乙醇中超聲清洗,干燥后待用。
②漿料的配制
燒結(jié)膜光敏電阻漿料的配制工藝列于下表
原料
純度
配比(g)
配制工藝及作用
CdS
光譜純
2
加入適量去離子水,研細(xì)、烘干
CdSe
光譜純
0.5
改善光譜響應(yīng),使之移向長波段方向,暗、亮電阻比增加,響應(yīng)時(shí)間加快;配方前在N2氣氛中500℃下煅燒,30min取出,加去離子水,研細(xì)、烘干
CaCl2
分析純
0.25
加去離子水
CuNO3
分析純
0.5mL
將上述三種混勻的料加入到此溶液中,研磨均勻
③燒成
將上述混合液用噴槍噴膜,干燥,放入管式爐中進(jìn)行燒成。燒成氣氛為中性氮?dú)夥眨s600℃保溫一段時(shí)間后隨爐冷卻,即得光敏電阻材料。
(3) 光敏電阻用電極
光敏電阻瓷加上電極便可制成光敏電阻器。理想的電極是電極材料與光電導(dǎo)體之間不產(chǎn)生接觸勢(shì)壘,并且要求電極材料不與光電導(dǎo)體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),不受光照、溫度或外加電壓變化的影響。
對(duì)n型半導(dǎo)體,應(yīng)選擇功函數(shù)比半導(dǎo)體功函數(shù)小的金屬材料作電極材料;對(duì)p型半導(dǎo)體則相反。實(shí)驗(yàn)證明,對(duì)于CdS、CdSe光敏電阻器,用金、銀,銅、碳,鉑作電極材料,不能形成歐姆接觸,可利用真空蒸發(fā)的方法,把銦、鎵蒸鍍到CdS、CdSe光電導(dǎo)體上,以達(dá)到歐姆接觸的目的。銦的熔點(diǎn)為155℃, 鎵的熔點(diǎn)僅29. 8C, 都相當(dāng)?shù)停?span style="color:#484D52;font-family:"font-size:16.1px;letter-spacing:0.4025px;white-space:normal;background-color:#FFFFFF;">因此,可用熔融法制作電極。在生產(chǎn)過程中也可利用銦錫合金作歐姆接觸電極。