Fotoconductividad

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

Cuando la luz es absorbida por un material como un semiconductor, la cantidad de electrones libres y huecos aumenta, lo que resulta en una mayor conductividad eléctrica. Para causar la excitación, la luz que golpea el semiconductor debe tener suficiente energía para elevar los electrones a través de la brecha de banda, o para excitar las impurezas dentro de la brecha de banda. Cuando un voltaje de polarización y una resistencia de carga se usan 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:

• película fotográfica: Kodachrome, Fujifilm, Agfachrome, Ilford, etc., basado en sulfuro de plata y bromuro de plata.
• el polímero conductivo polivinilcarbazol, utilizado ampliamente en fotocopia (xerografía);
• sulfuro de plomo, utilizado en aplicaciones de detección de infrarrojos, como los misiles U.S. Sidewinder y Soviet (actualmente rusos) Atoll heat-seeking;
• selenio, empleado en televisión temprana y xerografía.

Los fotoconductores moleculares incluyen compuestos orgánicos, inorgánicos y, más raramente, de coordinación.

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 fotorresistencia (también llamada resistencia 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 a menudo se utilizan fotorresistores incluyen fotómetros de cámara, alumbrado público, radio reloj, detectores infrarrojos, sistemas nanofotónicos y dispositivos fotosensores de baja dimensión.

Sensibilización

La sensibilización es un procedimiento de ingeniería importante para amplificar la respuesta de los materiales fotoconductores. La ganancia fotoconductora es proporcional a la vida útil de los portadores fotoexcitados (ya sean electrones o huecos). La sensibilización implica el dopaje de impurezas intencional 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.

Fotoconductividad negativa

Algunos materiales exhiben deterioro en la fotoconductividad tras la exposición a la iluminación. Un ejemplo destacado es el silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H) en el que se observa una reducción metaestable de la fotoconductividad (ver efecto Staebler-Wronski). Otros materiales que mostraron fotoconductividad negativa incluyen disulfuro de molibdeno, grafeno, nanocables de arseniuro de indio, nanotubos de carbono decorados y nanopartículas metálicas.

Fotoconductividad magnética

En 2016 se demostró que en algún material fotoconductor puede existir un orden magnético. Un ejemplo destacado es CH₃NH₃(Mn:Pb)I₃. En este material también se demostró una fusión de magnetización inducida por la luz, 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 para estudiar las propiedades optoelectrónicas de los semiconductores.