פוטו-מוליכות

פוטו-מוליכות (באנגלית: Photoconductivity; לפי האקדמיה ללשון העברית: מוליכות אורית) 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:
 סרטי צילום: , פוג'יפילם, אגפאכרום וכו', המבוססים על  ו.
 ה פולי, המשמש באופן נרחב בצילום מסמכים (קסרוגרפיה ).
 , המשמשת ביישומי גילוי תת-אדום, כגון בטילי הסיידוויינדר האמריקאים ובטילי האטול הסובייטיים (כיום רוסיים) מתבייתי החום;
 סלניום, שהיה בשימוש בטלוויזיה מוקדמת ובצילום מסמכים.

פוטו-מוליכים מולקולריים כוללים תרכובות אורגניות, אי-אורגניות ולעיתים רחוקות יותר קומפלקסים.

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 כ, 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, , מערכות ננו-פוטוניות והתקני חיישני-אור בממדים נמוכים.

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  הוא עבודת הייחוס לסנסיטיזציה.

פוטו-מוליכות שלילית
חומרים מסוימים מציגים ירידה בפוטו-מוליכות בעת חשיפה להארה. דוגמה בולטת אחת היא  ממומן (כלומר מכיל מימן) (a-Si:H) שבו ניתן לצפות בהפחתה מטסטבילית בפוטו-מוליכות (ראו ). חומרים אחרים שדווח כי הם מציגים פוטו-מוליכות שלילית כוללים ננו-חוטים של  (ZnO), , גרפן, ננו-חוטים של , ננו-צינוריות פחמן מעוטרות, וננו-חלקיקים מתכתיים.

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. ננו-חוטים של ZnO מציגים גם  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. דוגמה בולטת אחת היא CH3NH3(Mn:Pb)I3. בחומר זה הודגמה גם התכת מגנוט מושרית-אור, 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.

הערות שוליים

קטגוריה:פיזיקה של חומר מעובה
קטגוריה:תופעות אופטיות