לדלג לתוכן

פוטו-מוליכות

מתוך המכלול, האנציקלופדיה היהודית

פוטו-מוליכות (באנגלית: Photoconductivity; לפי האקדמיה ללשון העברית: מוליכות אורית)[1] היא תופעה אופטית וחשמלית שבה חומר הופך לבעל מוליכות חשמלית גבוהה יותר כתוצאה מבליעת קרינה אלקטרומגנטית כגון אור נראה, אור על-סגול, אור תת-אדום או קרינת גמא.

כאשר אור נבלע בחומר כגון מוליך למחצה, מספר האלקטרונים החופשיים והחורים גדל, מה שמוביל לעלייה במוליכות החשמלית. כדי לגרום לעירור, על האור הפוגע במוליך למחצה להיות בעל אנרגיה מספקת כדי להעלות אלקטרונים מעבר לפער אסור, או לעורר את הזיהומים בתוך הפער האסור. כאשר משתמשים בממתח מתח ונגד עומס בטור למוליך למחצה, ניתן למדוד מפל מתח על פני נגדי העומס כאשר השינוי במוליכות החשמלית של החומר משנה את הזרם במעגל.

דוגמאות קלאסיות לחומרים פוטו-מוליכים כוללות:

פוטו-מוליכים מולקולריים כוללים תרכובות אורגניות,[3] אי-אורגניות[4] ולעיתים רחוקות יותר קומפלקסים.[5][6]

יישומים

כאשר חומר פוטו-מוליך מחובר כחלק ממעגל, הוא מתפקד כנגד שההתנגדות שלו תלויה בעוצמת האור. בהקשר זה, החומר נקרא נגד רגיש לאור (נגד תלוי-אור או פוטו-מוליך). היישום הנפוץ ביותר של נגדים כאלו הוא כגלאי אור (אנ'), כלומר התקנים המודדים את עוצמת האור. נגדים אינם הסוג ה"יחיד" של גלאי אור – סוגים אחרים כוללים CCD (התקני צימוד טעינה), פוטודיודות ופוטוטרנזיסטורים – אך הם נמנים עם הנפוצים ביותר. יישומי גלאי אור מסוימים שבהם נעשה שימוש תכוף בנגדים רגישים לאור כוללים מדי אור במצלמות, תאורת רחוב, מכשירי רדיו-שעון, גלאי תת-אדום (אנ'), מערכות ננו-פוטוניות והתקני חיישני-אור בממדים נמוכים.[7]

סנסיטיזציה

סנסיטיזציה (ריגוש) היא הליך הנדסי חשוב להגברת התגובה של חומרים פוטו-מוליכים. יש קשר ישיר (יחס ישר) בין משך הזמן שבו האלקטרון (או החור) נשאר "חופשי" ומסוגל להוליך חשמל, לבין עוצמת הזרם (ההגבר) שמתקבלת מההתקן. סנסיטיזציה כוללת אילוח מכוון בזיהומים המרווה מרכזי רקומבינציה טבעיים בעלי זמן חיים אופייני קצר, והחלפת מרכזים אלה במרכזי רקומבינציה חדשים בעלי זמן חיים ארוך יותר. הליך זה, כשהוא נעשה כהלכה, מביא לעלייה בהגבר הפוטו-מוליך בסדרי גודל של מספר דרגות ומשמש בייצור התקנים פוטו-מוליכים מסחריים. הטקסט מאת אלברט רוז (אנ') הוא עבודת הייחוס לסנסיטיזציה.[8]

פוטו-מוליכות שלילית

חומרים מסוימים מציגים ירידה בפוטו-מוליכות בעת חשיפה להארה.[9] דוגמה בולטת אחת היא סיליקון אמורפי (אנ') ממומן (כלומר מכיל מימן) (a-Si:H) שבו ניתן לצפות בהפחתה מטסטבילית בפוטו-מוליכות[10] (ראו אפקט סטבלר-ורונסקי (אנ')). חומרים אחרים שדווח כי הם מציגים פוטו-מוליכות שלילית כוללים ננו-חוטים של תחמוצת האבץ (אנ') (ZnO),[11] מוליבדן דיסולפיד (אנ'),[12] גרפן,[13] ננו-חוטים של אינדיום ארסניד (אנ'),[14] ננו-צינוריות פחמן מעוטרות,[15] וננו-חלקיקים מתכתיים.[16]

תחת מתח חילופין (AC) מופעל ובעת הארת על-סגול, ננו-חוטים של ZnO מציגים מעבר רציף מפוטו-מוליכות חיובית לשלילית כפונקציה של תדירות ה-AC.[11] ננו-חוטים של ZnO מציגים גם מעבר מתכת-מבודד (אנ') מונע-תדר בטמפרטורת החדר. המנגנון האחראי לשני המעברים יוחס לתחרות בין הולכה בנפח (Bulk) לבין הולכה משטחית. המעבר המונע על ידי התדר מהולכת נפח להולכת משטח צפוי להיות מאפיין גנרי של מבני מוליכים למחצה ננומטריים בעלי יחס שטח-פנים לנפח גדול.

פוטו-מוליכות מגנטית

בשנת 2016 הודגם כי בחומרים פוטו-מוליכים מסוימים יכול להתקיים סדר מגנטי.[17] דוגמה בולטת אחת היא CH3NH3(Mn:Pb)I3. בחומר זה הודגמה גם התכת מגנוט מושרית-אור,[17] ולכן ניתן להשתמש בו בהתקנים מגנטו-אופטיים ובאחסון נתונים.

ספקטרוסקופיית פוטו-מוליכות

טכניקת האפיון הנקראת ספקטרוסקופיית פוטו-מוליכות (הידועה גם כספקטרוסקופיית פוטו-זרם) נמצאת בשימוש נרחב בחקר התכונות האופטו-אלקטרוניות של מוליכים למחצה.[18]

הערות שוליים

  1. ↑ מוליכות אורית במילון פיזיקה מודרנית (תשנ"ג), באתר האקדמיה ללשון העברית
  2. ↑ Belev, G.; Kasap, S. O. (2004-10-15). "Amorphous selenium as an X-ray photoconductor". Journal of Non-Crystalline Solids. Physics of Non-Crystalline Solids 10 (באנגלית). 345–346: 484–488. Bibcode:2004JNCS..345..484B. doi:10.1016/j.jnoncrysol.2004.08.070. ISSN 0022-3093.
  3. ↑ Weiss, David S.; Abkowitz, Martin (2010-01-13). "Advances in Organic Photoconductor Technology". Chemical Reviews. 110 (1): 479–526. doi:10.1021/cr900173r. ISSN 0009-2665. PMID 19848380.
  4. ↑ Cai, Wensi; Li, Haiyun; Li, Mengchao; Wang, Meng; Wang, Huaxin; Chen, Jiangzhao; Zang, Zhigang (2021-05-13). "Opportunities and challenges of inorganic perovskites in high-performance photodetectors". Journal of Physics D: Applied Physics (באנגלית). 54 (29): 293002. Bibcode:2021JPhD...54C3002C. doi:10.1088/1361-6463/abf709. ISSN 0022-3727. S2CID 234883317.
  5. ↑ Aragoni, M. Carla; Arca, Massimiliano; Devillanova, Francesco A.; Isaia, Francesco; Lippolis, Vito; Mancini, Annalisa; Pala, Luca; Verani, Gaetano; Agostinelli, Tiziano; Caironi, Mario; Natali, Dario (2007-02-01). "First example of a near-IR photodetector based on neutral [M(R-dmet)2] bis(1,2-dithiolene) metal complexes". Inorganic Chemistry Communications (באנגלית). 10 (2): 191–194. doi:10.1016/j.inoche.2006.10.019. ISSN 1387-7003.
  6. ↑ 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). "Photoconducting Devices with Response in the Visible–Near-Infrared Region Based on Neutral Ni Complexes of Aryl-1,2-dithiolene Ligands". Inorganic Chemistry. 59 (9): 6410–6421. doi:10.1021/acs.inorgchem.0c00491. ISSN 0020-1669. PMID 32302124. S2CID 215809603.
  7. ↑ Hernández-Acosta, M A; Trejo-Valdez, M; Castro-Chacón, J H; Torres-San Miguel, C R; Martínez-Gutiérrez, H; Torres-Torres, C (23 בפברואר 2018). "Chaotic signatures of photoconductive Cu ZnSnS nanostructures explored by Lorenz attractors". New Journal of Physics. 20 (2): 023048. Bibcode:2018NJPh...20b3048H. doi:10.1088/1367-2630/aaad41. {{cite journal}}: (עזרה)
  8. ↑ Rose, Albert (1963). Photoconductivity and Allied Problems. Interscience tracts on physics and astronomy. Wiley Interscience. ISBN 0-88275-568-4.
  9. ↑ N V Joshi (25 במאי 1990). Photoconductivity: Art: Science & Technology. CRC Press. ISBN 978-0-8247-8321-1. {{cite book}}: (עזרה)
  10. ↑ Staebler, D. L.; Wronski, C. R. (1977). "Reversible conductivity changes in discharge-produced amorphous Si". Applied Physics Letters. 31 (4): 292. Bibcode:1977ApPhL..31..292S. doi:10.1063/1.89674. ISSN 0003-6951.
  11. ^ 11.0 11.1 Javadi, Mohammad; Abdi, Yaser (2018-07-30). "Frequency-driven bulk-to-surface transition of conductivity in ZnO nanowires". Applied Physics Letters. 113 (5): 051603. Bibcode:2018ApPhL.113e1603J. doi:10.1063/1.5039474. ISSN 0003-6951.
  12. ↑ Serpi, A. (1992). "Negative Photoconductivity in MoS2". Physica Status Solidi A. 133 (2): K73–K77. Bibcode:1992PSSAR.133...73S. doi:10.1002/pssa.2211330248. ISSN 0031-8965.
  13. ↑ Heyman, J. N.; Stein, J. D.; Kaminski, Z. S.; Banman, A. R.; Massari, A. M.; Robinson, J. T. (2015). "Carrier heating and negative photoconductivity in graphene". Journal of Applied Physics. 117 (1): 015101. Bibcode:2015JAP...117a5101H. doi:10.1063/1.4905192. ISSN 0021-8979. S2CID 118531249.
  14. ↑ Alexander-Webber, Jack A.; Groschner, Catherine K.; Sagade, Abhay A.; Tainter, Gregory; Gonzalez-Zalba, M. Fernando; Di Pietro, Riccardo; Wong-Leung, Jennifer; Tan, H. Hoe; Jagadish, Chennupati (2017-12-11). "Engineering the Photoresponse of InAs Nanowires". ACS Applied Materials & Interfaces (באנגלית). 9 (50): 43993–44000. doi:10.1021/acsami.7b14415. ISSN 1944-8244. PMID 29171260.
  15. ↑ Jiménez-Marín, E.; Villalpando, I.; Trejo-Valdez, M.; Cervantes-Sodi, F.; Vargas-García, J. R.; Torres-Torres, C. (2017-06-01). "Coexistence of positive and negative photoconductivity in nickel oxide decorated multiwall carbon nanotubes". Materials Science and Engineering: B (באנגלית). 220: 22–29. doi:10.1016/j.mseb.2017.03.004. ISSN 0921-5107.
  16. ↑ Nakanishi, Hideyuki; Bishop, Kyle J. M.; Kowalczyk, Bartlomiej; Nitzan, Abraham; Weiss, Emily A.; Tretiakov, Konstantin V.; Apodaca, Mario M.; Klajn, Rafal; Stoddart, J. Fraser; Grzybowski, Bartosz A. (2009). "Photoconductance and inverse photoconductance in films of functionalized metal nanoparticles". Nature. 460 (7253): 371–375. Bibcode:2009Natur.460..371N. doi:10.1038/nature08131. ISSN 0028-0836. PMID 19606145. S2CID 4425298.
  17. ^ 17.0 17.1 Náfrádi, Bálint (24 בנובמבר 2016). "Optically switched magnetism in photovoltaic perovskite CH3NH3(Mn:Pb)I3". Nature Communications. 7. Bibcode:2016NatCo...713406N. doi:10.1038/ncomms13406. PMC 5123013. PMID 27882917. {{cite journal}}: (עזרה)
  18. ↑ Lamberti, Carlo; Agostini, Giovanni (2013). "15.3 - Photocurrent spectroscopy". Characterization of Semiconductor Heterostructures and Nanostructures (2 ed.). Italy: Elsevier. pp. 652–655. doi:10.1016/B978-0-444-59551-5.00001-7. ISBN 978-0-444-59551-5.

פוטו-מוליכות42637929Q2601129

אוחזר מתוך "https://www.hamichlol.org.il/w/index.php?title=פוטו-מוליכות&oldid=3720849"