光伝導性

光伝導性は、可視光線、紫外線、赤外線、ガンマ線などの電磁放射線を吸収することで物質の電気伝導性が高まる光学的・電気的現象である。^[1]

光が半導体などの材料に吸収されると、自由電子と正孔の数が増加し、電気伝導率が増加します。^[2]励起を引き起こすには、半導体に当たる光がバンドギャップを越えて電子を上げるか、バンドギャップ内の不純物を励起するのに十分なエネルギーを持っている必要があります。バイアス 電圧と負荷抵抗器を半導体と直列に使用すると、材料の電気伝導率の変化によって回路を流れる電流が変化すると、負荷抵抗器の両端の 電圧降下を測定できます。

光導電性材料の典型的な例としては、以下のものがあります。

• 写真フィルム：コダクローム、富士フイルム、アグファクローム、イルフォードなど、硫化銀や臭化銀をベースにしたフィルム。[ ^3]
• 導電性ポリマーポリビニルカルバゾール^[4]は、複写機（ゼログラフィー）に広く使用されています。
• 硫化鉛。米国のサイドワインダーやソ連（現ロシア）のアトール熱追尾ミサイルなどの赤外線検出用途に使用される。
• セレン^[5]は初期のテレビや電子写真法に使用されていました。

分子光伝導体には、有機、^[6]無機、^[7]そして稀に配位化合物^{[8] [9]が含まれる。}

光伝導性材料が回路の一部として接続されると、抵抗が光の強度に依存する抵抗器として機能する。この文脈では、この材料はフォトレジスタ（光依存抵抗器または光伝導体とも呼ばれる）と呼ばれる。フォトレジスタの最も一般的な用途は光検出器、つまり光の強度を測定するデバイスである。フォトレジスタは光検出器の唯一のタイプではなく、他のタイプには電荷結合素子（CCD）、フォトダイオード、フォトトランジスタがあるが、最も一般的なものの1つである。フォトレジスタがよく使用される光検出器の用途には、カメラの露出計、街灯、時計付きラジオ、赤外線検出器、ナノフォトニックシステム、低次元光センサーデバイスなどがある。^[10]

増感は、光伝導性材料の応答を増幅するための重要な工学的手順です。^[3]光伝導ゲインは、光励起キャリア（電子または正孔）の寿命に比例します。増感には、意図的な不純物ドーピングが含まれ、短い特性寿命を持つネイティブ再結合中心を飽和させ、これらの中心をより長い寿命を持つ新しい再結合中心に置き換えます。この手順は、正しく行われると、光伝導ゲインが数桁増加し、市販の光伝導デバイスの製造に使用されます。アルバート・ローズのテキストは、増感の参考文献です。^[11]

材料によっては、光にさらすと光伝導性が劣化するものがあります。^[12]顕著な例としては、光伝導性の準安定な低下が見られる水素化アモルファスシリコン（a-Si:H）があります^[13]（シュテーブラー・ロンスキー効果を参照）。 負の光伝導性を示すことが報告されている他の材料には、ZnOナノワイヤ、^[14] 二硫化モリブデン、^[15] グラフェン、^[16] インジウムヒ素 ナノワイヤ、^[17]装飾カーボンナノチューブ、^[18]金属ナノ粒子などがあります。^[19]

交流電圧を印加し紫外線を照射すると、ZnO ナノワイヤは交流周波数の関数として正から負の光伝導性への連続的な遷移を示す。^[14] ZnOナノワイヤは室温で周波数駆動の金属-絶縁体遷移も示す。両方の遷移の原因となるメカニズムは、バルク伝導と表面伝導の競合に起因する。 ^{[14]周波数駆動のバルクから表面への伝導性遷移は、}表面積と体積の比が大きい半導体ナノ構造の一般的な特性であると予想される。

2016年には、いくつかの光伝導性材料に磁気秩序が存在することが実証されました。^[20]顕著な例の1つはCH ₃ NH ₃ (Mn:Pb)I ₃です。この材料では光誘起磁化融解も実証されており^[20]、磁気光学デバイスやデータストレージに使用できる可能性があります。

光伝導分光法（光電流分光法とも呼ばれる）と呼ばれる特性評価技術は、半導体の光電子特性の研究に広く使用されています。^{[21] [22]}

• フォトダイオード
• フォトレジスタ（LDR）
• 光電流
• 光導電性ポリマー
• 赤外線検出器
  • セレン化鉛(PbSe)
  • インジウムアンチモン(InSb)