Quang dẫn

Quang dẫn là một hiện tượng quang - điện trong đó vật liệu trở nên dẫn điện hơn do sự hấp thụ bức xạ điện từ như ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại, tia cực tím hoặc bức xạ gamma.^[1]

Theo hiệu ứng quang điện khi photon được hấp thụ bởi một vật liệu như chất bán dẫn, số lượng electron tự do và lỗ trống điện tử tăng lên, dẫn đến làm tăng tính dẫn điện của nó.^[2]

Điện trở quang

Cảm biến CCD chuyển đổi photon sang điện tích và chuyển tín hiệu theo cơ chế thanh ghi dịch

Để gây ra sự kích thích, ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn phải có đủ năng lượng để nâng các electron vượt qua vùng dải khe (band gap), hoặc để kích thích các pha tạp trong vùng khe của dải. Khi có thiên áp phân cực và điện trở tải được đấu nối tiếp vào mạch chứa linh kiện này, có thể đo được sự sụt giảm điện áp trên các điện trở tải khi sự thay đổi độ dẫn điện của vật liệu thay đổi dòng điện qua mạch.

Các ví dụ cổ điển về vật liệu quang dẫn là Điện trở quang (Photoresistor) dùng PbS. Ngày nay còn có:

• Polymer dẫn điện như N-Vinylcarbazole, được sử dụng rộng rãi trong photocopy (xerography);^[3]
• Chì(II) sulfide, được sử dụng trong các ứng dụng tầm nhiệt hồng ngoại, như trong Sidewinder của Mỹ, và trong tên lửa tầm nhiệt hồng ngoại Vympel K-13 của Liên Xô (nay là Nga);
• Selen, được sử dụng trong truyền hình thời sơ kỳ, và trong xerography.

Ứng dụng

Khi một linh kiện vật liệu quang dẫn được kết nối như một phần của mạch, nó hoạt động như một điện trở có điện trở phụ thuộc vào cường độ ánh sáng. Trong bối cảnh này, vật liệu này được gọi là điện trở quang, còn gọi là "điện trở phụ thuộc ánh sáng" (photoresistor) hoặc chất quang dẫn. Nhóm linh kiện quang dẫn hoạt động theo hiệu ứng quang điện ở vùng cường độ sáng nhỏ, cao hơn lượng photon cực nhỏ thu nhận ở "Đèn quang điện", và thấp hơn lượng ánh sáng thu nhận ở Pin mặt trời để sản xuất điện năng.

Ứng dụng phổ biến nhất của điện trở quang là bộ tách sóng quang (photodetector), tức là các thiết bị đo cường độ ánh sáng. Điện trở quang không phải là loại duy nhất của bộ tách sóng quang. Các loại khác bao gồm Cảm biến CCD (hay "thiết bị ghép điện tích" CCD, Charge Coupled Device), photodiod và phototransistor, nhưng chúng là những loại phổ biến nhất. Một số ứng dụng của bộ tách sóng quang trong đó các bộ phát quang thường được sử dụng bao gồm đồng hồ đo ánh sáng máy ảnh, đèn đường, radio đồng hồ, máy dò hồng ngoại, hệ thống nanophotonic và các thiết bị cảm biến ảnh cỡ nhỏ.^[4]

Quang dẫn âm

Một số vật liệu thể hiện sự suy giảm tính quang dẫn theo lượng thời gian tiếp xúc với ánh sáng ^[5]. Suy giảm rõ nhất là silicon vô định hình ^[6]. Các vật liệu khác được báo cáo cho thấy tính quang dẫn âm bao gồm Molypden disulfide ^[7], graphen ^[8], dây nano indi arsenua ^[9], và hạt nano kim loại.^[10]

Quang từ

Năm 2016 đã xác định rằng trong một số vật liệu quang dẫn có thể tồn tại một trật tự từ tính ^[11] Một ví dụ nổi bật là CH₃NH₃(Mn:Pb)I₃. Trong vật liệu này, sự nóng chảy từ hóa cảm ứng ánh sáng cũng đã được chứng minh do đó có thể được sử dụng trong các thiết bị quang học và lưu trữ dữ liệu.

Tham khảo

1. DeWerd, L. A.; P. R. Moran (1978). “Solid-state electrophotography with Al₂O₃”. Medical Physics. 5 (1): 23–26. Bibcode:1978MedPh...5...23D. doi:10.1118/1.594505. PMID 634229.
2. Saghaei, Jaber; Fallahzadeh, Ali; Saghaei, Tayebeh (tháng 6 năm 2016). “Vapor treatment as a new method for photocurrent enhancement of UV photodetectors based on ZnO nanorods”. Sensors and Actuators A: Physical. 247: 150–155. doi:10.1016/j.sna.2016.05.050.
3. Law, Kock Yee (1993). “Organic photoconductive materials: recent trends and developments”. Chemical Reviews, American Chemical Society. 93: 449–486. doi:10.1021/cr00017a020.
4. Hernández-Acosta, M A; Trejo-Valdez, M; Castro-Chacón, J H; Torres-San Miguel, C R; Martínez-Gutiérrez, H; Torres-Torres, C (ngày 23 tháng 2 năm 2018). “Chaotic signatures of photoconductive Cu ZnSnS nanostructures explored by Lorenz attractors”. New Journal of Physics. 20 (2): 023048. doi:10.1088/1367-2630/aaad41.
5. N V Joshi (ngày 25 tháng 5 năm 1990). =lv-Nb5-H3pQC&pg =PA272 Photoconductivity: Art: Science & Technology Kiểm tra giá trị |url= (trợ giúp). CRC Press. ISBN 978-0-8247-8321-1.
6. 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.
7. 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.
8. 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. arXiv:1410.7495. Bibcode:2015JAP...117a5101H. doi:10.1063/1.4905192. ISSN 0021-8979.
9. 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 (ngày 11 tháng 12 năm 2017). “Engineering the Photoresponse of InAs Nanowires”. ACS Applied Materials & Interfaces (bằng tiếng Anh). 9 (50): 43993–44000. doi:10.1021/acsami.7b14415. ISSN 1944-8244. PMID 29171260.
10. 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.
11. Náfrádi, Bálint (ngày 24 tháng 11 năm 2016). “Optically switched magnetism in photovoltaic perovskite CH3NH3(Mn:Pb)I3”. Nature Communications. 7 (13406): 13406. arXiv:1611.08205. Bibcode:2016NatCo...713406N. doi:10.1038/ncomms13406. PMC 5123013. PMID 27882917.

Liên kết ngoài