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광전도

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1. 개요

광전도는 빛을 쬘 때 물질의 전기 전도도가 증가하는 현상이다. 광전도성 물질은 회로의 저항으로 사용되며, 빛의 세기에 따라 전기 저항이 변한다. 이러한 물질을 광저항이라고 부르며, 광검출기에 가장 많이 사용된다. 광검출기는 빛의 세기를 측정하는 장치로, 카메라 노출계, 가로등, 적외선 감지기 등에 활용된다. 광전도 재료의 응답을 증폭시키는 감광 기술이 있으며, 일부 재료는 빛에 노출되면 광전도성이 감소하는 음의 광전도성을 보이기도 한다. 또한, 자기적 정렬이 존재하는 자기 광전도성 물질도 연구되고 있으며, 광전도 분광법은 반도체의 광전자 특성을 연구하는 데 사용되는 기술이다.

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광전도
일반 정보
광전도 현상
광전도 현상
정의전자기 복사를 흡수할 때 재료의 전기 전도도가 증가하는 현상
관련 용어광전 효과
응용 분야광 검출기
광 센서
광 스위치
태양 전지
복사 감지기
상세 정보
설명광자가 재료에 부딪혀 전자를 여기시켜 자유 전자를 증가시키고 따라서 전기 전도도를 증가시킨다.
재료무기 반도체 (예: 실리콘, 황화카드뮴)
유기 반도체
비정질 셀레늄
페로브스카이트
활용복사 감지
전자 사진
역사1873년: 윌러비 스미스에 의해 셀레늄에서 처음 관찰됨
응용 분야
장치광전도 셀
포토레지스터
활용 예시카메라의 노출계
가로등 제어

2. 응용 분야

광전도 현상은 다양한 분야에서 응용된다. 대표적인 예로 광저항이 있으며, 이는 광전도성 물질을 이용하여 빛의 세기에 따라 전기 저항이 변하는 소자이다. 광저항은 광검출기로 널리 사용된다.[10]

2. 1. 광검출기

광전도성 물질이 회로의 일부로 연결되면, 이는 저항으로서 기능하며, 전기 저항은 빛의 강도에 따라 달라진다. 이러한 맥락에서, 그 물질은 광저항(광 의존 저항 또는 광전도체라고도 함)이라고 불린다. 광저항의 가장 일반적인 적용 분야는 광검출기로, 즉 빛의 강도를 측정하는 장치이다. 광저항이 광검출기의 "유일한" 유형은 아니며, 다른 유형으로는 전하 결합 소자(CCD), 포토다이오드 및 포토트랜지스터가 있지만, 가장 일반적인 유형에 속한다. 광저항이 자주 사용되는 몇 가지 광검출기 응용 분야에는 카메라 노출계, 가로등, 시계 라디오, 적외선 감지기, 나노 광학 시스템 및 저차원 광 센서 장치가 있다.[10]

2. 2. 기타 응용 분야

광전도성 물질이 회로의 일부로 연결되면, 이는 저항으로서 기능하며, 전기 저항은 빛의 강도에 따라 달라진다. 이러한 맥락에서, 그 물질은 광저항 (''광 의존 저항'' 또는 ''광전도체''라고도 함)이라고 불린다. 광저항의 가장 일반적인 적용 분야는 광검출기로, 즉 빛의 강도를 측정하는 장치이다. 광저항이 광검출기의 "유일한" 유형은 아니며, 다른 유형으로는 전하 결합 소자(CCD), 포토다이오드 및 포토트랜지스터가 있지만, 가장 일반적인 유형에 속한다. 광저항이 자주 사용되는 몇 가지 광검출기 응용 분야에는 카메라 노출계, 가로등, 시계 라디오, 적외선 감지기, 나노 광학 시스템 및 저차원 광 센서 장치가 있다.[10]

3. 감광 (Sensitization)

감광은 광전도 재료의 반응을 증폭시키는 중요한 공학적 과정이다.[3] 광전도 이득은 빛에 의해 생성된 운반자(전자 또는 정공)의 수명에 비례한다. 감광은 짧은 수명을 가진 고유 재결합 중심을 포화시키고, 이를 더 긴 수명을 가진 새로운 재결합 중심으로 대체하기 위해 의도적으로 불순물을 첨가하는 과정을 포함한다. 이 과정이 올바르게 수행되면 광전도 이득이 수십 배 증가하며, 상업용 광전도 장치 생산에 사용된다. 앨버트 로즈의 저서는 감광에 대한 참고 자료이다.[11]

4. 음의 광전도성 (Negative photoconductivity)

일부 재료는 빛에 노출되면 광전도성이 낮아지는 현상을 보인다.[12] 대표적인 예로 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)에서 광전도성의 준안정적 감소가 관찰된다 (Staebler–Wronski 효과 참조). 음의 광전도성을 나타내는 것으로 보고된 다른 재료로는 ZnO 나노와이어,[14] 이황화 몰리브덴,[15] 그래핀,[16] 비소화 인듐 나노와이어,[17] 장식된 탄소 나노튜브,[18] 및 금속 나노입자가 있다.[19]

교류 전압을 가하고 자외선을 비추면, ZnO 나노와이어는 교류 주파수에 따라 양의 광전도성에서 음의 광전도성으로 연속적인 전이를 나타낸다.[14] ZnO 나노와이어는 또한 실온에서 주파수 구동 금속-절연체 전이를 보인다. 두 전이 모두 벌크 전도와 표면 전도 간의 경쟁 때문에 일어나는 것으로 여겨진다.[14] 전도성의 주파수 구동 벌크 대 표면 전이는 표면 대 부피 비율이 큰 반도체 나노구조에서 일반적으로 나타나는 특성으로 예상된다.

5. 자기 광전도성 (Magnetic photoconductivity)

2016년에는 일부 광전도성 물질에서 자기적 정렬이 존재할 수 있다는 것이 입증되었다.[20] 대표적인 예로는 CH3NH3(Mn:Pb)I3|CH3NH3(Mn:Pb)I3영어가 있다. 이 물질에서는 빛에 의해 유도되는 자화 용융 현상 또한 입증되었으며,[20] 이를 통해 자기 광학 장치 및 데이터 저장 장치에 활용할 수 있다.

6. 광전도 분광법 (Photoconductivity spectroscopy)

'''광전도 분광법'''(또는 '''광전류 분광법''')은 반도체의 광전자 특성을 연구하는 데 널리 사용되는 특성 분석 기술이다.[21][22]

참조

[1] 논문 Solid-state electrophotography with Al2O3
[2] 논문 Vapor treatment as a new method for photocurrent enhancement of UV photodetectors based on ZnO nanorods 2016-06
[3] 서적 Photonics Essentials, 2nd edition https://www.mheducat[...] McGraw-Hill 2010
[4] 논문 Organic photoconductive materials: recent trends and developments
[5] 논문 Amorphous selenium as an X-ray photoconductor https://www.scienced[...] 2004-10-15
[6] 논문 Advances in Organic Photoconductor Technology https://doi.org/10.1[...] 2010-01-13
[7] 논문 Opportunities and challenges of inorganic perovskites in high-performance photodetectors https://iopscience.i[...] 2021-05-13
[8] 논문 First example of a near-IR photodetector based on neutral [M(R-dmet)2] bis(1,2-dithiolene) metal complexes https://www.scienced[...] 2007-02-01
[9] 논문 Photoconducting Devices with Response in the Visible–Near-Infrared Region Based on Neutral Ni Complexes of Aryl-1,2-dithiolene Ligands https://doi.org/10.1[...] 2020-05-04
[10] 논문 Chaotic signatures of photoconductive Cu ZnSnS nanostructures explored by Lorenz attractors 2018-02-23
[11] 서적 Photoconductivity and Allied Problems https://www.amazon.c[...] Wiley Interscience 1963
[12] 서적 Photoconductivity: Art: Science & Technology https://books.google[...] CRC Press 1990-05-25
[13] 논문 Reversible conductivity changes in discharge-produced amorphous Si
[14] 논문 Frequency-driven bulk-to-surface transition of conductivity in ZnO nanowires https://aip.scitatio[...] 2018-07-30
[15] 논문 Negative Photoconductivity in MoS2
[16] 논문 Carrier heating and negative photoconductivity in graphene
[17] 논문 Engineering the Photoresponse of InAs Nanowires 2017-12-11
[18] 논문 Coexistence of positive and negative photoconductivity in nickel oxide decorated multiwall carbon nanotubes https://www.scienced[...] 2017-06-01
[19] 논문 Photoconductance and inverse photoconductance in films of functionalized metal nanoparticles
[20] 논문 Optically switched magnetism in photovoltaic perovskite CH3NH3(Mn:Pb)I3 2016-11-24
[21] 웹사이트 RSC Definition - Photocurrent spectroscopy https://www.rsc.org/[...] 2020-07-19
[22] 서적 Characterization of Semiconductor Heterostructures and Nanostructures Elsevier 2013
[23] 논문 Solid-state electrophotography with Al2O3
[24] 논문 Vapor treatment as a new method for photocurrent enhancement of UV photodetectors based on ZnO nanorods 2016-06



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