Фотопроводимость - это оптическое и электрическое явление, при котором материал становится более электропроводным из-за поглощения электромагнитного излучения, такого как видимый свет , ультрафиолетовый свет, инфракрасный свет или гамма-излучение . [1]
Когда свет поглощается таким материалом, как полупроводник , количество свободных электронов и дырок увеличивается, что приводит к увеличению электропроводности. [2] Чтобы вызвать возбуждение, свет, падающий на полупроводник, должен иметь достаточно энергии, чтобы поднять электроны через запрещенную зону или возбудить примеси внутри запрещенной зоны. Когда напряжение смещения и нагрузочный резистор используются последовательно с полупроводником, падение напряжения на нагрузочных резисторах может быть измерено, когда изменение электропроводности материала изменяет ток в цепи.
К классическим примерам фотопроводящих материалов относятся:
- фотопленка: Kodachrome, Fujifilm, Agfachrome, Ilford и др. на основе сульфида серебра и бромида серебра. [3]
- проводящий полимер поли винилкарбазол , [4] широко используется в фотокопировальных ( ксерографии );
- сульфид свинца , используемый в инфракрасных системах обнаружения, таких как американские ракеты Sidewinder и советские (ныне российские) ракеты с тепловым наведением Atoll ;
- селен , используемый в раннем телевидении и ксерографии .
Приложения
Когда фотопроводящий материал подключен как часть цепи, он действует как резистор , сопротивление которого зависит от интенсивности света . В этом контексте материал называется фоторезистором (также называемым светозависимым резистором или фотопроводником ). Наиболее распространенное применение фоторезисторов - это фотодетекторы , то есть устройства для измерения силы света. Фоторезисторы - не единственный тип фотодетекторов - к другим типам относятся устройства с зарядовой связью (ПЗС), фотодиоды и фототранзисторы - но они являются одними из самых распространенных. Некоторые приложения фотодетекторов, в которых часто используются фоторезисторы, включают в себя экспонометры камеры, уличные фонари, радиочасы, инфракрасные детекторы , нанофотонные системы и низкоразмерные фотодатчики. [5]
Сенсибилизация
Сенсибилизация - важная инженерная процедура для усиления реакции фотопроводящих материалов. [3] Коэффициент усиления фотопроводимости пропорционален времени жизни фотовозбужденных носителей (электронов или дырок). Сенсибилизация включает намеренное примесное легирование, которое насыщает собственные центры рекомбинации, имеющие короткое характеристическое время жизни, и замену этих центров новыми центрами рекомбинации, имеющими более длительный срок службы. При правильном выполнении эта процедура приводит к увеличению коэффициента усиления фотопроводимости на несколько порядков и используется в производстве коммерческих фотопроводящих устройств. Текст Альберта Роуза является справочным материалом для повышения осведомленности. [6]
Отрицательная фотопроводимость
Некоторые материалы демонстрируют ухудшение фотопроводимости при воздействии света. [7] Одним из ярких примеров является гидрированный аморфный кремний (a-Si: H), в котором наблюдается метастабильное снижение фотопроводимости [8] (см. Эффект Стаблера-Вронски ). Другие материалы , которые , как сообщалось, обладают отрицательной фотопроводимости включают дисульфид молибдена , [9] графен , [10] индий арсенид нанопроводов , [11] и металлических наночастиц . [12]
Магнитная фотопроводимость
В 2016 году было продемонстрировано, что в некоторых фотопроводящих материалах может существовать магнитный порядок. [13] Ярким примером является CH 3 NH 3 (Mn: Pb) I 3 . В этом материале также было продемонстрировано индуцированное светом плавление намагниченности [13], поэтому его можно использовать в магнитооптических устройствах и хранилищах данных.
Спектроскопия фотопроводимости
Метод определения характеристик, называемый спектроскопией фотопроводимости (также известный как спектроскопия фототока ), широко используется при изучении оптоэлектронных свойств полупроводников. [14] [15]
Смотрите также
- Фотодиод
- Фоторезистор (LDR)
- Фототок
- Фотопроводящие полимеры
- Инфракрасный детектор
- Селенид свинца (PbSe)
- Антимонид индия (InSb)
Рекомендации
- ^ DeWerd, LA; П. Р. Моран (1978). «Электрофотография твердого тела с Al 2 O 3 ». Медицинская физика . 5 (1): 23–26. Bibcode : 1978MedPh ... 5 ... 23D . DOI : 10.1118 / 1.594505 . PMID 634229 .
- ^ Сагай, Джабер; Фаллахзаде, Али; Сагаеи, Тайебех (июнь 2016 г.). «Обработка паром как новый метод усиления фототока УФ-фотоприемников на основе наностержней ZnO». Датчики и исполнительные механизмы A: Физические . 247 : 150–155. DOI : 10.1016 / j.sna.2016.05.050 .
- ^ а б Пирсолл, Томас (2010). Основы фотоники, 2-е издание . Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-162935-5.
- ^ Закон, Кок Йи (1993). «Органические фотопроводящие материалы: последние тенденции и разработки». Химические обзоры . 93 : 449–486. DOI : 10.1021 / cr00017a020 .
- ^ Эрнандес-Акоста, Массачусетс; Трехо-Вальдес, М; Кастро-Чакон, JH; Торрес-Сан-Мигель, ЧР; Мартинес-Гутьеррес, H; Торрес-Торрес, К. (23 февраля 2018 г.). «Хаотические сигнатуры фотопроводящих наноструктур Cu ZnSnS, исследованные аттракторами Лоренца» . Новый журнал физики . 20 (2): 023048. Bibcode : 2018NJPh ... 20b3048H . DOI : 10.1088 / 1367-2630 / aaad41 .
- ^ Роза, Альберт (1963). Фотопроводимость и смежные проблемы . Международные трактаты по физике и астрономии. Wiley Interscience. ISBN 0-88275-568-4.
- ^ Н.В. Джоши (25 мая 1990 г.). Фотопроводимость: Искусство: Наука и технологии . CRC Press. ISBN 978-0-8247-8321-1.
- ^ Staebler, DL; Вронски, CR (1977). «Обратимые изменения проводимости аморфного Si, образующегося при разряде». Письма по прикладной физике . 31 (4): 292. Bibcode : 1977ApPhL..31..292S . DOI : 10.1063 / 1.89674 . ISSN 0003-6951 .
- ^ Серпи, А. (1992). «Отрицательная фотопроводимость в MoS2». Physica Status Solidi . 133 (2): K73 – K77. Bibcode : 1992PSSAR.133 ... 73S . DOI : 10.1002 / pssa.2211330248 . ISSN 0031-8965 .
- ^ Хейман, JN; Stein, JD; Камински, З.С.; Банман, Арканзас; Massari, AM; Робинсон, Дж. Т. (2015). «Нагрев носителей и отрицательная фотопроводимость в графене». Журнал прикладной физики . 117 (1): 015101. arXiv : 1410.7495 . Bibcode : 2015JAP ... 117a5101H . DOI : 10.1063 / 1.4905192 . ISSN 0021-8979 .
- ^ Александр-Уэббер, Джек А .; Грошнер, Кэтрин К .; Sagade, Abhay A .; Тейнтер, Грегори; Гонсалес-Залба, М. Фернандо; Ди Пьетро, Риккардо; Вонг-Люнг, Дженнифер; Tan, H. Hoe; Джагадиш, Ченнупати (11 декабря 2017 г.). «Разработка фотоответа нанопроволок InAs» . Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 9 (50): 43993–44000. DOI : 10.1021 / acsami.7b14415 . ISSN 1944-8244 . PMID 29171260 .
- ^ Наканиши, Хидеюки; Бишоп, Кайл Дж. М.; Ковальчик, Бартломей; Ницан, Авраам; Вайс, Эмили А .; Третьяков, Константин В .; Apodaca, Mario M .; Клайн, Рафаль; Стоддарт, Дж. Фрейзер; Гжибовски, Бартош А. (2009). «Фотопроводимость и обратная фотопроводимость в пленках функционализированных металлических наночастиц». Природа . 460 (7253): 371–375. Bibcode : 2009Natur.460..371N . DOI : 10,1038 / природа08131 . ISSN 0028-0836 . PMID 19606145 .
- ^ а б Нафради, Балинт (24 ноября 2016 г.). «Оптически переключаемый магнетизм в фотоэлектрическом перовските CH3NH3 (Mn: Pb) I3» . Nature Communications . 7 (13406): 13406. arXiv : 1611.08205 . Bibcode : 2016NatCo ... 713406N . DOI : 10.1038 / ncomms13406 . PMC 5123013 . PMID 27882917 .
- ^ «Определение RSC - спектроскопия фототока» . RSC . Проверено 19 июля 2020 .
- ^ Ламберти, Карло; Агостини, Джованни (2013). «15.3 - Спектроскопия фототока». Характеристика полупроводниковых гетероструктур и наноструктур (2-е изд.). Италия: Эльзевир. п. 652-655. DOI : 10.1016 / B978-0-444-59551-5.00001-7 . ISBN 978-0-444-59551-5.