Quang dẫn

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

Theo hiệu ứng quang điện, khi photon bị vật liệu như chất bán dẫn hấp thụ, số lượng electron tự do và lỗ trống điện tử tăng lên, làm cho vật liệu trở nên dẫn điện hơn.

Để tạo ra sự kích thích, ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn cần có đủ năng lượng để làm cho các electron vượt qua khoảng dải khe (band gap) hoặc kích thích các pha tạp trong khoảng dải. Khi một điện áp phân cực và một điện trở tải được nối tiếp vào mạch chứa linh kiện này, ta có thể đo sự giảm điện áp trên các điện trở tải khi độ dẫn điện của vật liệu thay đổi, từ đó làm thay đổi dòng điện qua mạch.

Một số ví dụ cổ điển về vật liệu quang dẫn bao gồm Điện trở quang (Photoresistor) làm từ PbS. Hiện nay, các vật liệu khác cũng được sử dụng như:

• Polymer dẫn điện như N-Vinylcarbazole, thường được dùng trong photocopy (xerography);
• Sulfide chì(II), ứng dụng trong các thiết bị cảm biến hồng ngoại, ví dụ như trong tên lửa Sidewinder của Mỹ và tên lửa Vympel K-13 của Liên Xô (hiện nay là Nga);
• Selen, được áp dụng trong truyền hình thời kỳ đầu và xerography.

Ứng dụng

Khi một linh kiện quang dẫn được tích hợp vào mạch, nó hoạt động như một điện trở với giá trị điện trở phụ thuộc vào cường độ ánh sáng. Trong ngữ cảnh này, linh kiện này được gọi là điện trở quang, hay còn gọi là 'điện trở phụ thuộc ánh sáng' (photoresistor) hoặc chất quang dẫn. Nhóm linh kiện quang dẫn hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện ở mức cường độ ánh sáng thấp hơn so với lượng photon cực nhỏ thu được từ 'Đèn quang điện', và thấp hơn so với lượng ánh sáng thu được từ Pin mặt trời để tạo ra điện năng.

Điện trở quang chủ yếu được sử dụng trong các bộ tách sóng quang (photodetector), thiết bị đo cường độ ánh sáng. Tuy nhiên, không chỉ có điện trở quang, còn nhiều loại bộ tách sóng quang khác như Cảm biến CCD (thiết bị ghép điện tích), photodiode và phototransistor, mặc dù chúng là những loại phổ biến nhất. Các ứng dụng của bộ tách sóng quang 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 nhỏ.

Quang dẫn âm

Một số vật liệu cho thấy sự suy giảm trong tính quang dẫn theo thời gian tiếp xúc với ánh sáng. Silicon vô định hình là một ví dụ điển hình về sự suy giảm này. Các vật liệu khác như Molybdenum disulfide, graphene, dây nano indium arsenide và hạt nano kim loại cũng đã được ghi nhận có tính quang dẫn âm.

Quang từ

Năm 2016 đã phát hiện rằng một số vật liệu quang dẫn có thể có trật tự từ tính. Một ví dụ nổi bật là CH₃NH₃(Mn:Pb)I₃. Trong vật liệu này, hiện tượng từ hóa cảm ứng ánh sáng cũng đã được chứng minh, mở ra khả năng ứng dụng trong các thiết bị quang học và lưu trữ dữ liệu.

Các liên kết bên ngoài