Fotoconductividad
Propiedad del material en la que la absorción de radiación electromagnética aumenta la conductividad eléctrica.

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 la luz visible , la luz ultravioleta , la luz infrarroja o la radiación gamma . [1]

Cuando la luz es absorbida por un material como un semiconductor , aumenta la cantidad de electrones libres y huecos , lo que resulta en una mayor conductividad eléctrica. [2] Para causar excitación, la luz que llega al semiconductor debe tener suficiente energía para elevar los electrones a través de la banda prohibida , o para excitar las impurezas dentro de la banda prohibida. Cuando se utilizan un voltaje de polarización y una resistencia de carga en serie con el semiconductor, se puede medir una caída de voltaje 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:

Los fotoconductores moleculares incluyen compuestos orgánicos, [6] inorgánicos, [7] y, más raramente, compuestos de coordinación. [8] [9]

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 fotorresistor (también llamado resistor dependiente de la luz o fotoconductor ). 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 acoplados a carga (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 despertadores, detectores infrarrojos , sistemas nanofotónicos y dispositivos fotosensores de baja dimensión. [10]

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 un dopaje intencional con impurezas que satura los centros de recombinación nativos con una vida útil característica corta y reemplaza estos centros con 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. [11]

Fotoconductividad negativa

Algunos materiales presentan un deterioro de la fotoconductividad tras la exposición a la iluminación. [12] Un ejemplo destacado es el silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H) en el que se observa una reducción metaestable de la fotoconductividad [13] (véase el efecto Staebler-Wronski ). Otros materiales que se ha informado que presentan una fotoconductividad negativa incluyen nanocables de ZnO , [14] disulfuro de molibdeno , [15] grafeno , [16] nanocables de arseniuro de indio , [17] nanotubos de carbono decorados, [18] y nanopartículas metálicas . [19]

Bajo un voltaje de CA aplicado y bajo iluminación UV, los nanocables de ZnO exhiben una transición continua de fotoconductividad positiva a negativa como una función de la frecuencia de CA. [14] Los nanocables de ZnO también muestran una transición metal-aislante impulsada por la frecuencia a temperatura ambiente. El mecanismo responsable de ambas transiciones se ha atribuido a una competencia entre la conducción en masa y la conducción superficial. [14] Se espera que la transición de conductividad de masa a superficie impulsada por la frecuencia sea una característica genérica de las nanoestructuras semiconductoras con la gran relación superficie-volumen .

Fotoconductividad magnética

En 2016 se demostró que en algunos materiales fotoconductores puede existir un orden magnético. [20] Un ejemplo destacado es el CH 3 NH 3 (Mn:Pb)I 3 . En este material también se demostró una fusión por magnetización inducida por luz [20], por lo que podría usarse en dispositivos magnetoópticos 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. [21] [22]

Véase también

Referencias

  1. ^ DeWerd, LA; PR Moran (1978). "Electrofotografía de estado sólido con Al2O3 " . Física Médica . 5 ( 1): 23–26. Bibcode :1978MedPh...5...23D. doi :10.1118/1.594505. PMID  634229.
  2. ^ Saghaei, Jaber; Fallahzadeh, Ali; Saghaei, Tayebeh (junio de 2016). "Tratamiento con vapor como un nuevo método para la mejora de la fotocorriente de fotodetectores UV basados ​​en nanobarras de ZnO". Sensores y actuadores A: Física . 247 : 150–155. doi :10.1016/j.sna.2016.05.050.
  3. ^ de Pearsall, Thomas (2010). Fundamentos de fotónica, 2.ª edición. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-162935-5.
  4. ^ Law, Kock Yee (1993). "Materiales fotoconductores orgánicos: tendencias y desarrollos recientes". Chemical Reviews . 93 : 449–486. doi :10.1021/cr00017a020.
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  6. ^ Weiss, David S.; Abkowitz, Martin (13 de enero de 2010). "Avances en la tecnología de fotoconductores orgánicos". Chemical Reviews . 110 (1): 479–526. doi :10.1021/cr900173r. ISSN  0009-2665. PMID  19848380.
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