La fotoconductividad es un fenómeno óptico y eléctrico en el que un material se vuelve más conductor de electricidad debido a la absorción de radiación electromagnética , como luz visible , luz ultravioleta , luz infrarroja o radiación gamma . [1]
Cuando la luz es absorbida por un material como un semiconductor , el número de electrones libres y huecos aumenta, lo que resulta en una mayor conductividad eléctrica. [2] Para causar excitación, la luz que incide en el semiconductor debe tener suficiente energía para elevar electrones a través de la banda prohibida o para excitar las impurezas dentro de la banda prohibida. Cuando se utilizan una tensión de polarización y una resistencia de carga en serie con el semiconductor, se puede medir una caída de tensión a través de las resistencias de carga cuando el cambio en la conductividad eléctrica del material varía la corriente a través del circuito.
Los ejemplos clásicos de materiales fotoconductores incluyen:
- Película fotográfica: Kodachrome, Fujifilm, Agfachrome, Ilford, etc. , a base de sulfuro de plata y bromuro de plata. [3]
- el conductor polímero poli vinilcarbazol , [4] utilizado ampliamente en fotocopias ( xerografía );
- sulfuro de plomo , utilizado en aplicaciones de detección infrarroja, como los misiles de búsqueda de calor Sidewinder de EE. UU. y Atolón soviético (ahora ruso) ;
- selenio , empleado en la televisión y la xerografía tempranas .
Aplicaciones
Cuando un material fotoconductor se conecta como parte de un circuito, funciona como una resistencia cuya resistencia depende de la intensidad de la luz . En este contexto, el material se denomina fotorresistencia (también denominada resistencia o fotoconductor dependiente de la luz ). La aplicación más común de los fotorresistores es como fotodetectores , es decir, dispositivos que miden la intensidad de la luz. Los fotorresistores no son el único tipo de fotodetector; otros tipos incluyen dispositivos de carga acoplada (CCD), fotodiodos y fototransistores, pero se encuentran entre los más comunes. Algunas aplicaciones de fotodetectores en las que se utilizan a menudo fotorresistores incluyen fotómetros de cámara, farolas, radios de reloj, detectores de infrarrojos , sistemas nanofotónicos y dispositivos fotosensores de baja dimensión. [5]
Sensibilización
La sensibilización es un procedimiento de ingeniería importante para amplificar la respuesta de los materiales fotoconductores. [3] La ganancia fotoconductora es proporcional a la vida útil de los portadores fotoexcitados (ya sean electrones o huecos). La sensibilización implica el dopaje intencional con impurezas que satura los centros de recombinación nativos que tienen una vida característica corta y reemplaza estos centros por nuevos centros de recombinación que tienen una vida útil más larga. Este procedimiento, cuando se realiza correctamente, da como resultado un aumento en la ganancia fotoconductora de varios órdenes de magnitud y se utiliza en la producción de dispositivos fotoconductores comerciales. El texto de Albert Rose es la obra de referencia para la sensibilización. [6]
Fotoconductividad negativa
Algunos materiales presentan un deterioro de la fotoconductividad tras la exposición a la iluminación. [7] Un ejemplo destacado es el silicio amorfo hidrogenado (a-Si: H) en el que se observa una reducción metaestable de la fotoconductividad [8] (véase el efecto Staebler-Wronski ). Otros materiales que se informó que exhiben fotoconductividad negativa incluyen disulfuro de molibdeno , [9] grafeno , [10] nanocables de arseniuro de indio , [11] y nanopartículas metálicas . [12]
Fotoconductividad magnética
En 2016 se demostró que en algún material fotoconductor puede existir un orden magnético. [13] Un ejemplo destacado es el CH 3 NH 3 (Mn: Pb) I 3 . En este material también se demostró una fusión de magnetización inducida por la luz [13], por lo que podría usarse en dispositivos magneto ópticos y almacenamiento de datos.
Espectroscopia de fotoconductividad
La técnica de caracterización denominada espectroscopia de fotoconductividad (también conocida como espectroscopia de fotocorriente ) se utiliza ampliamente en el estudio de las propiedades optoelectrónicas de los semiconductores. [14] [15]
Ver también
- Fotodiodo
- Fotorresistor (LDR)
- Corriente fotoeléctrica
- Polímeros fotoconductores
- Detector de infrarrojos
- Seleniuro de plomo (PbSe)
- Antimonuro de indio (InSb)
Referencias
- ^ DeWerd, LA; PR Moran (1978). "Electrofotografía de estado sólido con Al 2 O 3 ". Física Médica . 5 (1): 23-26. Código Bibliográfico : 1978MedPh ... 5 ... 23D . doi : 10.1118 / 1.594505 . PMID 634229 .
- ^ Saghaei, Jaber; Fallahzadeh, Ali; Saghaei, Tayebeh (junio de 2016). "Tratamiento con vapor como nuevo método para la mejora de la fotocorriente de fotodetectores UV basados en nanobarras de ZnO". Sensores y actuadores A: Físicos . 247 : 150-155. doi : 10.1016 / j.sna.2016.05.050 .
- ^ a b Pearsall, Thomas (2010). Photonics Essentials, segunda edición . McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-162935-5.
- ^ Law, Kock Yee (1993). "Materiales fotoconductores orgánicos: tendencias y desarrollos recientes". Revisiones químicas . 93 : 449–486. doi : 10.1021 / cr00017a020 .
- ^ Hernández-Acosta, MA; Trejo-Valdez, M; Castro-Chacón, JH; Torres-San Miguel, CR; Martínez-Gutiérrez, H; Torres-Torres, C (23 de febrero de 2018). "Firmas caóticas de nanoestructuras fotoconductoras de Cu ZnSnS exploradas por atractores de Lorenz" . Nueva Revista de Física . 20 (2): 023048. Código Bibliográfico : 2018NJPh ... 20b3048H . doi : 10.1088 / 1367-2630 / aaad41 .
- ^ Rose, Albert (1963). Fotoconductividad y problemas afines . Tratados interesciencia sobre física y astronomía. Wiley Interscience. ISBN 0-88275-568-4.
- ^ NV Joshi (25 de mayo de 1990). Fotoconductividad: Arte: Ciencia y Tecnología . Prensa CRC. ISBN 978-0-8247-8321-1.
- ^ Staebler, DL; Wronski, CR (1977). "Cambios de conductividad reversibles en Si amorfo producido por descarga". Letras de Física Aplicada . 31 (4): 292. Código bibliográfico : 1977ApPhL..31..292S . doi : 10.1063 / 1.89674 . ISSN 0003-6951 .
- ^ Serpi, A. (1992). "Fotoconductividad negativa en MoS2". Physica Status Solidi A . 133 (2): K73 – K77. Código Bibliográfico : 1992PSSAR.133 ... 73S . doi : 10.1002 / pssa.2211330248 . ISSN 0031-8965 .
- ^ Heyman, JN; Stein, JD; Kaminski, ZS; Banman, AR; Massari, AM; Robinson, JT (2015). "Calentamiento de portadores y fotoconductividad negativa en grafeno". Revista de Física Aplicada . 117 (1): 015101. arXiv : 1410.7495 . Código bibliográfico : 2015JAP ... 117a5101H . doi : 10.1063 / 1.4905192 . ISSN 0021-8979 .
- ^ Alexander-Webber, Jack A .; Groschner, Catherine K .; Sagade, Abhay A .; Tainter, Gregory; González-Zalba, M. Fernando; Di Pietro, Riccardo; Wong-Leung, Jennifer; Tan, H. Hoe; Jagadish, Chennupati (11 de diciembre de 2017). "Ingeniería de la fotorrespuesta de los nanocables InAs" . Materiales e interfaces aplicados ACS . 9 (50): 43993–44000. doi : 10.1021 / acsami.7b14415 . ISSN 1944-8244 . PMID 29171260 .
- ^ Nakanishi, Hideyuki; Obispo, Kyle JM; Kowalczyk, Bartlomiej; Nitzan, Abraham; Weiss, Emily A .; Tretiakov, Konstantin V .; Apodaca, Mario M .; Klajn, Rafal; Stoddart, J. Fraser; Grzybowski, Bartosz A. (2009). "Fotoconductancia y fotoconductancia inversa en películas de nanopartículas metálicas funcionalizadas". Naturaleza . 460 (7253): 371–375. Código Bibliográfico : 2009Natur.460..371N . doi : 10.1038 / nature08131 . ISSN 0028-0836 . PMID 19606145 .
- ^ a b Náfrádi, Bálint (24 de noviembre de 2016). "Magnetismo de conmutación óptica en perovskita fotovoltaica CH3NH3 (Mn: Pb) I3" . Comunicaciones de la naturaleza . 7 (13406): 13406. arXiv : 1611.08205 . Código bibliográfico : 2016NatCo ... 713406N . doi : 10.1038 / ncomms13406 . PMC 5123013 . PMID 27882917 .
- ^ "Definición de RSC - Espectroscopia de fotocorriente" . RSC . Consultado el 19 de julio de 2020 .
- ^ Lamberti, Carlo; Agostini, Giovanni (2013). "15.3 - Espectroscopia de fotocorriente". Caracterización de heteroestructuras y nanoestructuras de semiconductores (2 ed.). Italia: Elsevier. pag. 652-655. doi : 10.1016 / B978-0-444-59551-5.00001-7 . ISBN 978-0-444-59551-5.