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Fotoconductividad

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 , el número de electrones y huecos libres aumenta, lo que resulta en un aumento de la conductividad eléctrica. [2] Para causar excitación, la luz que incide en el 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, 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 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 cámaras, alumbrado público, radios despertadores, detectores de infrarrojos , sistemas nanofotónicos y dispositivos fotosensores de bajas dimensiones. [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 corta y reemplaza estos centros con nuevos centros de recombinación que tienen una vida más larga. Este procedimiento, cuando se realiza correctamente, da como resultado un aumento de 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 al exponerse a la iluminación. [12] Un ejemplo destacado es el silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H) en el que se observa una reducción metaestable en la fotoconductividad [13] (ver Efecto Staebler-Wronski ). Otros materiales que exhiben 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 en función de la frecuencia de CA. [14] Los nanocables de ZnO también muestran una transición metal-aislante impulsada por frecuencia a temperatura ambiente. El mecanismo responsable de ambas transiciones se ha atribuido a una competencia entre la conducción masiva y la conducción superficial. [14] Se espera que la transición de conductividad de masa a superficie impulsada por la frecuencia sea un carácter genérico de las nanoestructuras semiconductoras con una 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 CH 3 NH 3 (Mn:Pb)I 3 . En este material también se demostró una fusión por magnetización inducida por la 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]

Ver también

Referencias

  1. ^ DeWerd, Luisiana; PR Morán (1978). "Electrofotografía en 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.
  2. ^ Saghaei, Jaber; Fallahzadeh, Ali; Saghaei, Tayebeh (junio de 2016). "El 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.
  3. ^ ab Pearsall, Thomas (2010). Fundamentos de fotónica, 2ª edición. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-162935-5.
  4. ^ Ley, Kock Yee (1993). "Materiales fotoconductores orgánicos: tendencias y novedades recientes". Reseñas químicas . 93 : 449–486. doi :10.1021/cr00017a020.
  5. ^ Belev, G.; Kasap, SO (15 de octubre de 2004). "Selenio amorfo como fotoconductor de rayos X". Revista de sólidos no cristalinos . Física de sólidos no cristalinos 10. 345–346: 484–488. Código Bib : 2004JNCS..345..484B. doi :10.1016/j.jnoncrysol.2004.08.070. ISSN  0022-3093.
  6. ^ Weiss, David S.; Abkowitz, Martín (13 de enero de 2010). "Avances en la tecnología de fotoconductores orgánicos". Reseñas químicas . 110 (1): 479–526. doi :10.1021/cr900173r. ISSN  0009-2665. PMID  19848380.
  7. ^ Cai, Wensi; Li, Haiyun; Li, Mengchao; Wang, Meng; Wang, Huaxin; Chen, Jiangzhao; Zang, Zhigang (13 de mayo de 2021). "Oportunidades y desafíos de las perovskitas inorgánicas en fotodetectores de alto rendimiento". Revista de Física D: Física Aplicada . 54 (29): 293002. Código bibliográfico : 2021JPhD...54C3002C. doi :10.1088/1361-6463/abf709. ISSN  0022-3727. S2CID  234883317.
  8. ^ Aragoni, M. Carla; Arca, Massimiliano; Devillanova, Francesco A.; Isaía, Francisco; Lípolis, Vito; Mancini, Annalisa; Pala, Luca; Verani, Gaetano; Agostinelli, Tiziano; Caironi, Mario; Natali, Darío (1 de febrero de 2007). "Primer ejemplo de un fotodetector de infrarrojo cercano basado en complejos metálicos neutros [M (R-dmet) 2] bis (1,2-ditioleno)". Comunicaciones de Química Inorgánica . 10 (2): 191-194. doi :10.1016/j.inoche.2006.10.019. ISSN  1387-7003.
  9. ^ Pinto, Anna; Ambrosio, Lucía; Aragoni, M. Carla; Binda, Magdalena; Coles, Simón J.; Hursthouse, Michael B.; Isaía, Francisco; Lípolis, Vito; Meloni, Giammarco; Natalí, Darío; Orton, James B. (4 de mayo de 2020). "Dispositivos fotoconductores con respuesta en la región visible del infrarrojo cercano basados ​​en complejos neutros de Ni de ligandos de aril-1,2-ditioleno". Química Inorgánica . 59 (9): 6410–6421. doi : 10.1021/acs.inorgchem.0c00491. ISSN  0020-1669. PMID  32302124. S2CID  215809603.
  10. ^ 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 .
  11. ^ Rosa, Alberto (1963). Fotoconductividad y problemas afines. Tratados intercientíficos sobre física y astronomía. Wiley Interciencia. ISBN 0-88275-568-4.
  12. ^ NV Joshi (25 de mayo de 1990). Fotoconductividad: Arte: Ciencia y Tecnología. Prensa CRC. ISBN 978-0-8247-8321-1.
  13. ^ 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.
  14. ^ abc Javadi, Mohammad; Abdi, Yaser (30 de julio de 2018). "Transición de conductividad de masa a superficie impulsada por frecuencia en nanocables de ZnO". Letras de Física Aplicada . 113 (5): 051603. doi : 10.1063/1.5039474. ISSN  0003-6951.
  15. ^ Serpi, A. (1992). "Fotoconductividad negativa en MoS2". Estado físico Solidi A. 133 (2): K73 – K77. Código Bib : 1992PSSAR.133...73S. doi : 10.1002/pssa.2211330248. ISSN  0031-8965.
  16. ^ Heyman, JN; Stein, JD; Kaminski, ZS; Banman, AR; Massari, AM; Robinson, JT (2015). "Calentamiento del portador y fotoconductividad negativa en grafeno". Revista de Física Aplicada . 117 (1): 015101. arXiv : 1410.7495 . Código Bib : 2015JAP...117a5101H. doi :10.1063/1.4905192. ISSN  0021-8979. S2CID  118531249.
  17. ^ Alexander-Webber, Jack A.; Groschner, Catherine K.; Sagade, Abhay A.; Tainter, Gregorio; González-Zalba, M. Fernando; Di Pietro, Ricardo; Wong-Leung, Jennifer; Bronceado, H. Hoe; Jagadish, Chennupati (11 de diciembre de 2017). "Ingeniería de la fotorespuesta de nanocables InAs". Interfaces y materiales aplicados de ACS . 9 (50): 43993–44000. doi : 10.1021/acsami.7b14415 . hdl : 1885/237356 . ISSN  1944-8244. PMID  29171260.
  18. ^ Jiménez-Marín, E.; Villalpando, I.; Trejo-Valdez, M.; Cervantes-Sodi, F.; Vargas-García, JR; Torres-Torres, C. (2017-06-01). "Coexistencia de fotoconductividad positiva y negativa en nanotubos de carbono multipared decorados con óxido de níquel". Ciencia e Ingeniería de Materiales: B . 220 : 22-29. doi :10.1016/j.mseb.2017.03.004. ISSN  0921-5107.
  19. ^ 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 Bib :2009Natur.460..371N. doi : 10.1038/naturaleza08131. ISSN  0028-0836. PMID  19606145. S2CID  4425298.
  20. ^ ab Náfrádi, Bálint (24 de noviembre de 2016). "Magnetismo ópticamente conmutado en perovskita fotovoltaica CH3NH3 (Mn: Pb) I3". Comunicaciones de la naturaleza . 7 (13406): 13406. arXiv : 1611.08205 . Código Bib : 2016NatCo...713406N. doi : 10.1038/ncomms13406. PMC 5123013 . PMID  27882917. 
  21. ^ "Definición de RSC: espectroscopia de fotocorriente". RSC . Consultado el 19 de julio de 2020 .
  22. ^ Lamberti, Carlo; Agostini, Giovanni (2013). "15.3 - Espectroscopia de fotocorriente". Caracterización de heteroestructuras y nanoestructuras de semiconductores (2 ed.). Italia: Elsevier. págs. 652–655. doi :10.1016/B978-0-444-59551-5.00001-7. ISBN 978-0-444-59551-5.