stringtranslate.com

Фотопроводимость

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 материалом, таким как полупроводник , число свободных электронов и дырок увеличивается, что приводит к увеличению электропроводности. [2] Чтобы вызвать возбуждение, свет, который падает 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 через цепь.

Классические примеры фотопроводящих материалов включают в себя:

Молекулярные фотопроводники включают органические, [6] неорганические [7] и – реже – координационные соединения. [8] [9]

Приложения

Когда фотопроводящий материал подключается как часть цепи, он функционирует как резистор , сопротивление которого зависит от интенсивности света . В этом контексте материал называется фоторезистором (также называемым светозависимым резистором или фотопроводником ). Наиболее распространенное применение фоторезисторов — в качестве фотодетекторов , т. е. устройств, измеряющих интенсивность света. Фоторезисторы — не единственный тип фотодетекторов — другие типы включают приборы 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 камер, уличные фонари, радиочасы, инфракрасные детекторы , нанофотонные системы и низкоразмерные фотосенсорные устройства. [10]

Сенсибилизация

Сенсибилизация является важной инженерной процедурой для усиления реакции фотопроводящих материалов. [3] Фотопроводящее усиление пропорционально времени жизни фотовозбужденных носителей (электронов или дырок). Сенсибилизация включает в себя преднамеренное легирование примесями, которое насыщает собственные рекомбинационные центры с коротким характерным временем жизни, и замену этих центров новыми рекомбинационными центрами с более длительным временем жизни. Эта процедура, если она выполнена правильно, приводит к увеличению фотопроводящего усиления на несколько порядков и используется в производстве коммерческих фотопроводящих устройств. Текст Альберта Роуза является справочной работой по сенсибилизации. [11]

Отрицательная фотопроводимость

Некоторые материалы демонстрируют ухудшение фотопроводимости при воздействии освещения. [12] Одним из ярких примеров является гидрогенизированный аморфный кремний (a-Si:H), в котором наблюдается метастабильное снижение фотопроводимости [13] (см. эффект Стеблера-Вронского ). Другие материалы, которые, как сообщалось, демонстрируют отрицательную фотопроводимость, включают нанопроволоки ZnO , [14] дисульфид молибдена , [15] графен , [16] нанопроволоки арсенида индия , [17] декорированные углеродные нанотрубки, [18] и металлические наночастицы . [19]

При приложении переменного напряжения и при УФ-освещении нанопроволоки ZnO демонстрируют непрерывный переход от положительной к отрицательной фотопроводимости в зависимости от частоты переменного тока. [14] Нанопроволоки ZnO также демонстрируют частотно-управляемый переход металл-изолятор при комнатной температуре. Механизм, ответственный за оба перехода, был приписан конкуренции между объемной проводимостью и поверхностной проводимостью. [14] Ожидается, что частотно-управляемый переход проводимости от объема к поверхности будет характерным признаком полупроводниковых наноструктур с большим отношением поверхности к объему .

Магнитная фотопроводимость

В 2016 году было продемонстрировано, что в некоторых фотопроводящих материалах может существовать магнитный порядок. [20] Одним из ярких примеров является CH 3 NH 3 (Mn:Pb)I 3 . В этом материале также было продемонстрировано плавление намагниченности под действием света [20], что позволяет использовать его в магнитооптических устройствах и хранилищах данных.

Спектроскопия фотопроводимости

Метод характеризации, называемый спектроскопией фотопроводимости (также известный как спектроскопия фототока ), широко используется при изучении оптоэлектронных свойств полупроводников. [21] [22]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ DeWerd, LA; PR Moran (1978). "Твердотельная электрофотография с Al 2 O 3 ". Медицинская физика . 5 (1): 23–26. Bibcode :1978MedPh...5...23D. doi :10.1118/1.594505. PMID  634229.
  2. ^ Saghaei, Jaber; Fallahzadeh, Ali; Saghaei, Tayebeh (июнь 2016 г.). «Обработка паром как новый метод улучшения фототока УФ-фотодетекторов на основе наностержней ZnO». Датчики и приводы A: Физические . 247 : 150–155. doi :10.1016/j.sna.2016.05.050.
  3. ^ ab Pearsall, Thomas (2010). Основы фотоники, 2-е издание. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-162935-5.
  4. ^ Лоу, Кок Йи (1993). «Органические фотопроводящие материалы: последние тенденции и разработки». Chemical Reviews . 93 : 449–486. doi :10.1021/cr00017a020.
  5. ^ Белев, Г.; Касап, СО (2004-10-15). "Аморфный селен как рентгеновский фотопроводник". Журнал некристаллических твердых тел . Физика некристаллических твердых тел 10. 345–346: 484–488. Bibcode :2004JNCS..345..484B. doi :10.1016/j.jnoncrysol.2004.08.070. ISSN  0022-3093.
  6. ^ Вайс, Дэвид С.; Абковиц, Мартин (13.01.2010). «Достижения в технологии органических фотопроводников». Chemical Reviews . 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 (2021-05-13). «Возможности и проблемы неорганических перовскитов в высокопроизводительных фотодетекторах». Journal of Physics D: Applied Physics . 54 (29): 293002. Bibcode : 2021JPhD...54C3002C. doi : 10.1088/1361-6463/abf709. ISSN  0022-3727. S2CID  234883317.
  8. ^ Арагони, М. Карла; Арка, Массимилиано; Девиланова, Франческо А.; Исайя, Франческо; Липполис, Вито; Манчини, Анналиса; Пала, Лука; Верани, Гаэтано; Агостинелли, Тициано; Кайрони, Марио; Натали, Дарио (01 февраля 2007 г.). «Первый пример фотодетектора ближнего ИК-диапазона на основе нейтральных металлокомплексов [M(R-dmet)2]-бис(1,2-дитиолен)». Неорганическая химия . 10 (2): 191–194. дои :10.1016/j.inoche.2006.10.019. ISSN  1387-7003.
  9. ^ Pintus, Anna; Ambrosio, Lucia; Aragoni, M. Carla; Binda, Maddalena; Coles, Simon J.; Hursthouse, Michael B.; Isaia, Francesco; Lippolis, Vito; Meloni, Giammarco; Natali, Dario; Orton, James B. (2020-05-04). "Фотопроводящие устройства с откликом в видимой–ближней инфракрасной области на основе нейтральных комплексов Ni лигандов арил-1,2-дитиолена". Неорганическая химия . 59 (9): 6410–6421. doi :10.1021/acs.inorgchem.0c00491. hdl : 11311/1146329 . ISSN  0020-1669. PMID  32302124. S2CID  215809603.
  10. ^ Эрнандес-Акоста, Массачусетс; Трехо-Вальдес, М; Кастро-Чакон, Дж. Х.; Торрес-Сан-Мигель, ЧР; Мартинес-Гутьеррес, Х; Торрес-Торрес, Ц (23 февраля 2018 г.). «Хаотические характеристики фотопроводящих наноструктур Cu ZnSnS, исследованные аттракторами Лоренца». Новый журнал физики . 20 (2): 023048. Бибкод : 2018NJPh...20b3048H. дои : 10.1088/1367-2630/aaad41 .
  11. ^ Роуз, Альберт (1963). Фотопроводимость и смежные проблемы. Interscience трактаты по физике и астрономии. Wiley Interscience. ISBN 0-88275-568-4.
  12. ↑ NV Joshi (25 мая 1990 г.). Фотопроводимость: Искусство: Наука и технологии. CRC Press. ISBN 978-0-8247-8321-1.
  13. ^ Staebler, DL; Wronski, CR (1977). "Обратимые изменения проводимости в аморфном Si, полученном разрядом". Applied Physics Letters . 31 (4): 292. Bibcode : 1977ApPhL..31..292S. doi : 10.1063/1.89674. ISSN  0003-6951.
  14. ^ abc Джавади, Мохаммад; Абди, Ясер (2018-07-30). "Частотно-управляемый переход проводимости от объема к поверхности в нанопроводах ZnO". Applied Physics Letters . 113 (5): 051603. doi :10.1063/1.5039474. ISSN  0003-6951.
  15. ^ Serpi, A. (1992). "Отрицательная фотопроводимость в MoS2". Physica Status Solidi A. 133 ( 2): K73–K77. Bibcode : 1992PSSAR.133...73S. doi : 10.1002/pssa.2211330248. ISSN  0031-8965.
  16. ^ Хейман, Дж. Н.; Стайн, Дж. Д.; Камински, З. С.; Банман, АР; Массари, АМ; Робинсон, Дж. Т. (2015). «Нагрев носителей заряда 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. S2CID  118531249.
  17. ^ Александр-Уэббер, Джек А.; Грошнер, Кэтрин К.; Сагаде, Абхай А.; Тейнтер, Грегори; Гонсалес-Сальба, М. Фернандо; Ди Пьетро, ​​Риккардо; Вонг-Люнг, Дженнифер; Тан, Х. Хо; Джагадиш, Ченнупати (11 декабря 2017 г.). «Разработка фотоответа нанопроволок InAs». Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 9 (50): 43993–44000. дои : 10.1021/acsami.7b14415 . hdl : 1885/237356 . ISSN  1944-8244. ПМИД  29171260.
  18. ^ Хименес-Марин, Э.; Вильяльпандо, И.; Трехо-Вальдес, М.; Сервантес-Соди, Ф.; Варгас-Гарсия, Дж. Р.; Торрес-Торрес, К. (2017-06-01). «Сосуществование положительной и отрицательной фотопроводимости в многослойных углеродных нанотрубках, декорированных оксидом никеля». Материаловедение и инженерия: B . 220 : 22–29. doi :10.1016/j.mseb.2017.03.004. ISSN  0921-5107.
  19. ^ Nakanishi, Hideyuki; Bishop, Kyle JM; Kowalczyk, Bartlomiej; Nitzan, Abraham; Weiss, Emily A.; Tretiakov, Konstantin V.; Apodaca, Mario M.; Klajn, Rafal; Stoddart, J. Fraser; Grzybowski, Bartosz A. (2009). "Фотопроводимость и обратная фотопроводимость в пленках функционализированных металлических наночастиц". Nature . 460 (7253): 371–375. Bibcode :2009Natur.460..371N. doi :10.1038/nature08131. ISSN  0028-0836. PMID  19606145. S2CID  4425298.
  20. ^ ab Náfrádi, Bálint (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. 
  21. ^ "Определение RSC - Фототоковая спектроскопия". RSC . Получено 2020-07-19 .
  22. ^ Ламберти, Карло; Агостини, Джованни (2013). "15.3 - Спектроскопия фототока". Характеристика полупроводниковых гетероструктур и наноструктур (2-е изд.). Италия: Elsevier. стр. 652–655. doi :10.1016/B978-0-444-59551-5.00001-7. ISBN 978-0-444-59551-5.