Fotoconductividad

La fotoconductividad es un fenómeno óptico y eléctrico en el que un material se vuelve más conductor eléctricamente debido a la absorción de radiación electromagnética como la luz visible , la luz ultravioleta , la luz infrarroja o la radiación gamma . ^{[ 1 ]}

Cuando un material como un semiconductor absorbe luz , aumenta el número de electrones y huecos libres , lo que incrementa su conductividad eléctrica . ^{[ 2 ]} Para producir excitación, la luz que incide sobre el semiconductor debe tener la energía suficiente para elevar los electrones a través de la banda prohibida o para excitar las impurezas dentro de ella. Al utilizar una tensión de polarización y una resistencia de carga en serie con el semiconductor, se puede medir una caída de tensión en las resistencias de carga cuando el cambio en la conductividad eléctrica del material modifica la corriente que circula por el circuito.

Algunos ejemplos clásicos de materiales fotoconductores son:

• Película fotográfica : Kodachrome , Fujifilm , Agfachrome , Ilford , etc. , basadas en sulfuro de plata y bromuro de plata . ^{[ 3 ]}
• el polímero conductor polivinilcarbazol , [ ^{4 ] utilizado} ampliamente en fotocopiado ( xerografía );
• sulfuro de plomo , utilizado en aplicaciones de detección infrarroja, como los misiles estadounidenses Sidewinder y los misiles soviéticos (ahora rusos ) de búsqueda de calor Atoll ;
• selenio , ^{[ 5 ]} empleado en los inicios de la televisión y la xerografía.

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

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 llamada fotorresistencia o fotoconductor ). La aplicación más común de las fotorresistencias es como fotodetectores , es decir, dispositivos que miden la intensidad de la luz. Las fotorresistencias 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 con frecuencia las fotorresistencias incluyen fotómetros para cámaras, alumbrado público, radios-reloj, detectores de infrarrojos , sistemas nanofotónicos y dispositivos fotosensores de baja dimensión. ^{[ 10 ]}

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 (electrones o huecos). La sensibilización implica el dopaje intencional con impurezas que saturan los centros de recombinación nativos con una vida útil característica corta, y la sustitución de estos centros por nuevos centros de recombinación con una vida útil más larga. Este procedimiento, cuando se realiza correctamente, resulta en 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 ]}

Algunos materiales presentan deterioro en 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 de la fotoconductividad ^{[ 13 ]} (véase el efecto Staebler-Wronski ). Otros materiales que han mostrado 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 una tensión de CA aplicada 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 la frecuencia a temperatura ambiente. El mecanismo responsable de ambas transiciones se ha atribuido a una competencia entre la conducción volumétrica y la conducción superficial. ^{[ 14 ]} Se espera que la transición de conductividad volumétrica a superficial impulsada por la frecuencia sea una característica genérica de las nanoestructuras semiconductoras con una gran relación superficie-volumen .

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 de magnetización inducida por luz ^{[ 20 ]} por lo que podría utilizarse en dispositivos magnetoópticos y almacenamiento de datos.

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 ]}

• Fotodiodo
• Fotorresistor (LDR)
• Corriente fotoeléctrica
• Polímero fotoconductor
• Detector de infrarrojos
  • seleniuro de plomo (PbSe)
  • Antimoniuro de indio (InSb)