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Variation Optique Du Potentiel De Contact Du Sulfure De Cadmium
SINGLE CRYSTALS O F C d S F R O M
20-700°K
1099
process• T h e t w o t e r m s in (5) c o r r e s p o n d t o t h e s c a t t e r i n g of e l e c t r o n s h a v i n g a k i n e t i c e n e r g y w h i c h is g r e a t e r or s m a l l e r t h a n ~m 0. I n s e r t i n g t h e n u m e r i c a l v a l u e s of t h e c o n s t a n t s i n t o (5) a n d p u t t i n g
~mo/k = O 0 a n d ~OJo/kT = Oo/T = we o b t a i n I•20" 1013 (m--k*~-3/2 ¢e°0/T - - l).
Ppol
O0
x mo/
• {1.17. 10 - 8 e~foCZS/2e-" dz + 7 . 8 . 1 0 - 9 [T~/(e°o/r + 1 ) ] f ~ z 2 e - ' dz}
(6)
C o m b i n a t i o n of t h e v a l u e s o f / 2 6 a n d / z p a f r o m (4) a n d (6) a c c o r d i n g t o (3) l e a d s t o q u a n t i t a t i v e a g r e e m e n t w i t h e x p e r i m e n t (fig. 4) for c o m b i n a t i o n s of values of t h e c o n s t a n t s 00, m* a n d b l y i n g b e t w e e n t h o s e of t h e t w o following sets : TABLE I
@o
m*/mo
b
300°K 250°K
0.27 0.20
7.6" 10s 3.1" 10G
T h a n k s are d u e t o H. J. G. M e y e r for h e l p f u l suggestions. Received 3-7-54. REFERENCES 1) K r 6 g e r , F. A., V i n k , H. J. and V a n d e n B o o m g a a r d , J.,Z. physik. Chem. B 203 (1954) I. 2) K r S g e r , F.A., V i n k , H . J . and V o l g e r , J.,PhilipsRes. Rep.,in the press. 3) H u n g , C. S., Phys. Rev. 79 (1950) 727. 4) J o h n s o n , V. A. and L a r k - H o r o w i t z , H•, Phys. Rev. 69 (1946) 259; 9 ° (1953) 226. 5) P e k a r, S., J. Phys. USSR 10 (1946) 341; J. exp. theoret. Phys. 18 (1948) 481. 6) S i m p s o n , J. H., Proc. roy. Soc. A197 (1949) 269• 7) C o n w e l l , E. and W e i s s k o p f , V . F . , P h y s . Rev. 77(1950) 388. 8) S e i t z, F•, Phys. Rev. 73 (1948) 549. 9) M e y e r , H. J. G. and P o l d e r , D., Physica 19 (1953) 255; C a l l e n , H.B.,Technical Report Lab. Insul. Res. M.I•T. No. 13 (Oct 1948).
Wl6rick, G. 1954
Physica XX No. 11 A m s t e r d a m Conference Semiconductors
VARIATION OPTIQUE DU POTENTIEL DE CONTACT DU SULFURE DE CADMIUM par Gt~RARD WL]~RICK Laboratoire de physique astronomique de l'Observatoire de Paris 61, Avenue de l'Observatoire, Paris (14~me), France
Introduction. L e CdS activ6 a v e c Cu est u n semiconducteux; n tr~s p h o t o c o n d u c t e u r . De ce fair, le n i v e a u de q u a s i - F e r m i E l ,, des 61ectrons fibres, qui est situ6 d a n s la b a n d e i n t e r d i t e , e s t d6plac~ s e n s i b l e m e n t p a r la lumi~re vers la b a n d e de c o n d u c t i o n •
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G~RARD WL1~RICK
P a r d6finition, si.n L e t n o s o n t ies c o n c e n t r a t i o n s des 61ectrons libres en pr6sence de lumi~re et g l'obscurit6, on a: Et~ -
E l = k T log~ ( n d n 0 ) ,
E ! 6 r a n t le n i v e a u de F e r m i A l'obscurit& J ' a i m o n t r 6 que, si l ' o n 6claire d i s s y m 6 t r i q u e m e n t une cellule au CdS (Cu) poss~dant des 61ectrodes en or sym6triques, on o b t i e n t u n redresseur 1). D a n s le s c h 6 m a 6nerg6t i q u e c o r r e s p o n d a n t ~ ce cas, on observe ~ la limite des zones ~clair6e et obscure, une barri~re i n t e r n e qui emp~che les 61ectrons de diffuser. Sa h a u t e u r Snerg6tique est ~gale ~ Etn -- E t, si l ' o n a PL ~ nL, PL ~ t a n t la c o n c e n t r a t i o n des trous. Cette barri~re 6 r a n t i m p o r t a n t e sous divers rapports, il m ' a sembl6 int~ressant de m e s u r e r d i r e c t e m e n t sa h a u t e u r , et j ' a i pens6 que c e t t e m e s u r e p o u v a i t etre o b t e n u e p a r la m ~ t h o d e des p o t e n t i e l s de c o n t a c t , ~ condition toute]ois de disposer d'une sur]ace de CdS (Cu) su]]isamment propre p o u r que l'effet ne soit pas c o m p l i q u ~ p a r d ' a u t r e s factehrs. E n effet, les exp6riences de v a r i a t i o n o p t i q u e de la diff6rence de p o t e n t i e l de c o n t a c t (notre D P C p a r la suite), faites sur du Ge v o l o n t a i r e m e n t c o n t a m i n $ z) c o n d u i s e n t ~. des r~sultats q u i ne s ' e ~ p l i q u e n t pas p a r la v a r i a t i o n de conductibilit6 du sp6cimen mais p l u t 6 t pax F a c t i o n de la lumi~re s u r une charge d ' e s p a c e situ6e ~ la limite s e m i c o n d u c t e u r - v i d e . Variation du potentiel de contact. Si, dans un semicondu.cteur n, les brats de surface n ' i n t e r v i e n n e n t pas, la v a r i a t i o n o p t i q u e zl V/; de la D P C a les propri6t6s s u i v a n t e s : 1°) A V L d6pend u n i q u e m e n t de la c o n c e n t r a t i o n des p o r t e u r s fibres au voisinage de la surface et ne d6pend pas du coefficient & a b s o r p t i o n de la lumi~re. 2 °) T a n t que le s e m i c o n d u c t e u r reste t y p i q u e m e n l ; n c'est-g-dire r a n t que lapp ~ lann, (lan et lap mobilit6 des 61ectrons et des trous), A V L est donn6 p a r la formule : e~ vL = (El. - ~t)s-,t~, e 6rant la charge de l'61ectron. 3 °) Si, p o u r les forts 6clairements p a r une lumi~re cr~ant des paires 61ectronstrous, on a lapp N lann, une s a t u r a t i o n a p p a r a i t :
eAvL < (El.
-
Et)s..,,
1R e m a r q u e : P o u r un s e m i c o n d u c t e u r t y p i q u e m e n t n, il y a p r a t i q u e m e n t i d e n t i t 6 e n t r e la v a r i a t i o n o p t i q u e de p o t e n t i e l de c o n t a c t et la v a r i a t i o n o p t i q u e A W L du t r a v a i l d ' e x t r a c t i o n ; on a en effet: eA V L = -- A W L mais ceci ne serait plus v r a i p o u r un s e m i c o n d u c t e u r de t y p e p. Dispositi] expdrimental. 1) P r i n c i p e. J ' a i utilis6 une m 6 t h o d e d ' o p t i q u e ~lect r o n i q u e originale c o m m e s), plus difficile ~ m e t t r e en o e u v r e que la m ~ t h o d e de K e l v i n mais p e r m e t t a n t d ' o b t e n i r plus d ' i n f o r m a t i o n s . D a n s un t u b e r i d 6 se t r o u v e une couche de CdS-Cu, 6paisse de 10 la et q u i re~oit un faisceau d'61ectrons lents issus d ' u n c a n o n 61ectrons. Si la lumi~re modifie la D P C de A V L, les caract6ristiques (V, i) trac6es l'obscurit6 et en pr6sence de lumi~re s o n t d6caMes de A VL p a r a l l ~ l e m e n t A l ' a x e des V. 2) O p t i q u e 61ectronique et pr6paration de la couche. J'ai d~crit dans 8) Ie dispositif d ' o p t i q u e 61ectronique; celui-ci utilise un faisceau d'61ectrons tr~s o u v e r t d o n t la section au n i v e a u de la couche est de 4 A I0 c m 2. J ' a i pu
VARIATION OPTI~UE DU-POTENTIEL D E C O N T A C T D U C d S
l I01
v~rifier que le faisceau a r r i v a i t bien p e r p e n d i c u l a i r e m e n t ~ la couche. J ' a i i n d i q u 6 ~galem e n t la fa~on de p r 6 p a r e r dans le t u b e une co~¢cheaussi psu contami~de que t~ossible. 3) V i d e. P o u r o b t e n i r des r6sultats nets et stables, j ' a i cherch6 ~ o b t e n i r de tr~s bons rides. Les mesures o n t ~t6 faites: a) a v e c le t u b e sur p o m p e , j u s t e apr~s la pr6paration, b) a v e c le t u b e ferm6 et des getters, c) en associant le t u b e ~ une j a u g e tL ionisation f o n c t i o n n a n t c o m m e p o m p e t~ ions. Le dessin de c e t t e j a u g e m ' a ~t6 donn~ p a r W. B. N o t t i n g h a m du M.I.T. J ' a i o b t e n u ainsi des pressions comprises e n t r e 10 - 6 et I0 - 9 Torr.
20~
,%
I n p~,,~2.2 'o-IOA
~750 @
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81oo.
f
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// J
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.
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•
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avec
Jm/ere
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-
/ 7 2 tenslon plaque en volts
Fig. 1. V a r i a t i o n o p t i q u e de la d.d.p, de c o n t a c t tL 20°C.
Mesures. U n disque de verre d6poli ~clair6 u n i f o r m 6 m e n t sert d ' o b j e t l u m i n e u x . On forme son i m a g e sur la couche du c6t4 du vide. L o r s q u e le t u b e fonctionne, la couche est d ' a u t r e p a r t f a i b l e m e n t 6clair6e par la lumi~re.,6mise p a r le f i l a m e n t de tungst~ne qui sert de cathode. On ne p e u t donc mesurer la couche dans l'obscurit6
G]~RARDW'L]~RICK
1102
totale. C e p e n d a n t CdS est s u f f i s a m m e n t photosensible, au moins a v e c la lumi~re rouge, p o u r q u e le r a p p o r t des conductibilit6s a v e c et sans source de lumi~re ext6rieure soit grand. U n e p a r t i e de la couche de CdS est am6nag6e sous f o r m e de cellule p o u r p e r m e t t r e la m e s u r e de la v a r i a t i o n de conductibilit~ en f o n c t i o n de l'~clairement. Rds~lta~s. J ' a p p e l l e p s e u d o - o b s c u r e (not~ p.o. dans la suite) la caract~ristique o b t e n u e q u a n d la couche est s e u l e m e n t ~clair~e p a r la c a t h o d e . 1) S t a b i l i t ~ de la caract~ristique. Lacourbeentrait pleindela figure 1 repr~sente une c a r a c t ~ r i s t i q u e p.o. ; sur 10 t u b e s ~tudi~s, 7 o n t m o n t r ~ une c a r a c t ~ r i s t i q u e t o u t ~ fair s t a b l e ; les 3 autres t u b e s au c o n t r a i r e p r ~ s e n t e n t une ~volut i o n de la caract~ristique dfie au c o u r a n t d'~lectrons du faisceau. Cette ~ v o l u t i o n est reproductible, mais elle r e n d la m e s u r e de A Vr. difficile. J e pr~sente s e u l e m e n t ici les r~sultats des t u b e s stables. 2) V a r i a t i o n optique de la DPC. Lacourbeenpointill~delafigurel repc~sente une caract~ristique a v e c lumi~re. O n v o i t qu'elle est t o u t ~ f a i r parall~le la caract~ristique p.o. L a m ~ t h o d e est donc correcte et p e u t fournir sans a m b i g u i t ~
AVL. 3) C a s d ' u n e lumi~re ionisant les impuret~s. L a c o u r b e de droite de la figure 2 repr~sente la v a r i a t i o n de A V~ en f o n c t i o n de la v a r i a t i o n de la conductibilit~ g de la couche p o u r la lumi~re rouge.
vq~. _ v6m~J ;ur~ 18°e. IoA'
EdaircM,~ mmlm~,j,
oAe
F.xJair,me~ m#~;mum
~
o.~
'~.
,
/ia. /
te-t
I
,#O*e
Fig. 2. A V L en f o n c t i o n de la conductibilit6 a. L o r s q u e a est grand, on observe la v a r i a t i o n a t t e n d u e ; p a r c o n t r e lorsque a est petit, A VL varie moins r a p i d e m e n t que k T / e log a. Ceci p e u t t e n i r ~ diverses causes: a) la lumi~re rouge 6 t a n t peu absorb6e, la v a l e u r de a ne p e r m e t p e u t ~tre pas d ' o b t e n i r la vraie v a l e u r de n L ~ la surface, la conductibilit~ ~ la surface pour a n t ~tre plus faible que celle du volume. b) la couche p e u t ne pas etre homog~ne. 4) C a s d ' u n e lumi~re cr6ant des paires 61ectrons-trous. L a p a r t i e gauche de la figure 2 est r e l a t i v e k la lumi~re bleue. Darts ce cas, la lumi~re est absorb~e dans une zone tr~s mince k la surface de la douche. Mais CdS-Cu ~ t a n t b e a u c o u p moins p h o t o c o n d u c t e u r dans le bleu que dans le rouge, les mesures de a s e r a i e n t t o u t ~ fait fauss6es par la lumi~re rifle k la cathode. D a n s ce cas a a donc ~t~
VARIATION OPTI{}UE DU POTENTIEL DE CONTACT DU
CdS
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m e s u r ~ a v e c la c a t h o d e n o n e n f o n c t i o n n e m e n t . O n v o l t q u ' o n o b t i e n t la v a r i a t i o n a t t e n d u e s a u f a u x tr~s faibles 6 c l a i r e m e n t s . L e fair q u ' a u x f o r t s ~ c l a i r e m e n t s fl n ' y a p a s s a t u r a t i o n i n d i q u e q u e l ' o n a e n c o r e
Conclusion. P o u r les f o r t s 6 c l a i r e m e n t s , e n l u m i ~ r e r o u g e e t e n l u m i ~ r e bleue, les r 6 s u l t a t s s ' e x p l i q u e n t b i e n p a r la v a r i a t i o n du n i v e a u de q u a s i - F e r m i E#z, s a n s qu'fl soit n~cessaire de faire i n t e r v e n i r des 6 t a t s de s u r f a c e 4). Regu 1-7-54. BIBLIOGRAPHIE 1) 2) 3) 4)
Wl6rick, G.,C. R. Acad. Sci. Paris 232(1951) 2199. Brattain, W. et B a r d e e n , J.,BelISyst. techn. J. 3 '~(1953) 1. V e i t h , W. et W 1 6 r i c k , G.,C. R. Acad. Sci. Paris 233 ¢1951) 1097. On trouvera une analyse plus d6taille6 dans W 16 r i c k, G., Th~se 1954, Paris.
Physica XX No. I1 Amsterdam Conference Semiconductors
BSer, K. W. 1954
U B E R P H O T O C H E M I S C H E R E A K T I O N E N IN CdS-EINKRISTALLEN yon
K. W. B O E R
II. Physikalisches lnstitut der Humboldt Universitiit, Berlin, Deutschland E s soll fiber P h o t o l e i t u n g s u n t e r s u c h u n g e n i n CdS bei h S h e r e n T e m p e r a t u r e n berichtet werden. Bisher zeigten Messungen der Leitf/ihigkeit yon CdS-Einkristallen bei h 6 h e r e n T e m p e r a t u r e n ein w e n i g r e p r o d u z i e r b a r e s V e r h a l t e n . B e s o n d e r s d e u t l i c h zeigen dies M e s s u n g e n d e r P h o t o l e i t u n g , i n s b e s o n d e r e , w e n n bei h 6 h e r e n T e m p e r a t u r e n die L i c h t a n r e g u n g ge~.ndert wird. E s s c h e i n e n d e m n a c h bei T e m p e r a t u r e n fiber 100°C V e r ~ n d e r u n g e n i m K r i s t a l l v o r z u g e h e n , die n i c h t als r e i n e E l e k t r o n e n a n r e g u n g s - o d e r B e w e g u n g s v o r g ~ . n g e v e r s t a n d e n w e r d e n k 6 n n e n . E s m u B sich h i e r b e i v i e l m e h r d a t u m h a n d e l n , d a b B e s t a n d teile des R e a l k r i s t a l l g i t t e r s *) i h r e L a g e ~indern, e t w a in d e r F o r m d e r S c h a f f u n g e i n e r g r 6 B e r e n F e h l o r d n u n g . Diese L a g e ~ i n d e r u n g v o n R e a l g i t t e r e l e m e n t e n w i r d zweifellos d u r c h eine o p t i s c h e A n r e g u n g v e r u r s a c h t wie eine R e i h e y o n E x p e r i m e n t e n zeigt, die g e m e i n s a m m i t E. u n d W . B o r c h a r d t a u s g e f f i h r t w u r d e n **). Bei d i e s e n E x p e r i m e n t e n h a n d e l t es sich u m die U n t e r s u c h u n g des n i c h t s t a t i o n ~ r e n Teiles d e r P h 0 t o l e i t u n g y o u C d S - E i n k r i s t a l l e n n a c h d e m E i n - o d e r A b s c h a l t e n d e r o p t i s c h e n A n r e g u n g . N u r bei T e m p e r a t u r e n u n t e r h a l b y o n 50°C zeigen z.B. die K u r v e n des A n k l i n g e n s d e r e l e k t r i s c h e n L e i t f ~ h i g k e i t d e n b e k a n n t e n V e r l a u f eines *) Es soll noch often bleiben, ob es sich hier um Gitter- oder Fremdatome handelt, resp. ob eine solehe Lage~inderung bevorzugt an Hiiufungsstellen nattirlicher Fehlordnung z.B. inneren Oberfl~ichen geschieht. **) B S e r , K. W., B o r e h a r d t , E. und B o r c h a r d t . , W., Z. phys. Chem. 203 (1954) 145.
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process• T h e t w o t e r m s in (5) c o r r e s p o n d t o t h e s c a t t e r i n g of e l e c t r o n s h a v i n g a k i n e t i c e n e r g y w h i c h is g r e a t e r or s m a l l e r t h a n ~m 0. I n s e r t i n g t h e n u m e r i c a l v a l u e s of t h e c o n s t a n t s i n t o (5) a n d p u t t i n g
~mo/k = O 0 a n d ~OJo/kT = Oo/T = we o b t a i n I•20" 1013 (m--k*~-3/2 ¢e°0/T - - l).
Ppol
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x mo/
• {1.17. 10 - 8 e~foCZS/2e-" dz + 7 . 8 . 1 0 - 9 [T~/(e°o/r + 1 ) ] f ~ z 2 e - ' dz}
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C o m b i n a t i o n of t h e v a l u e s o f / 2 6 a n d / z p a f r o m (4) a n d (6) a c c o r d i n g t o (3) l e a d s t o q u a n t i t a t i v e a g r e e m e n t w i t h e x p e r i m e n t (fig. 4) for c o m b i n a t i o n s of values of t h e c o n s t a n t s 00, m* a n d b l y i n g b e t w e e n t h o s e of t h e t w o following sets : TABLE I
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T h a n k s are d u e t o H. J. G. M e y e r for h e l p f u l suggestions. Received 3-7-54. REFERENCES 1) K r 6 g e r , F. A., V i n k , H. J. and V a n d e n B o o m g a a r d , J.,Z. physik. Chem. B 203 (1954) I. 2) K r S g e r , F.A., V i n k , H . J . and V o l g e r , J.,PhilipsRes. Rep.,in the press. 3) H u n g , C. S., Phys. Rev. 79 (1950) 727. 4) J o h n s o n , V. A. and L a r k - H o r o w i t z , H•, Phys. Rev. 69 (1946) 259; 9 ° (1953) 226. 5) P e k a r, S., J. Phys. USSR 10 (1946) 341; J. exp. theoret. Phys. 18 (1948) 481. 6) S i m p s o n , J. H., Proc. roy. Soc. A197 (1949) 269• 7) C o n w e l l , E. and W e i s s k o p f , V . F . , P h y s . Rev. 77(1950) 388. 8) S e i t z, F•, Phys. Rev. 73 (1948) 549. 9) M e y e r , H. J. G. and P o l d e r , D., Physica 19 (1953) 255; C a l l e n , H.B.,Technical Report Lab. Insul. Res. M.I•T. No. 13 (Oct 1948).
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Introduction. L e CdS activ6 a v e c Cu est u n semiconducteux; n tr~s p h o t o c o n d u c t e u r . De ce fair, le n i v e a u de q u a s i - F e r m i E l ,, des 61ectrons fibres, qui est situ6 d a n s la b a n d e i n t e r d i t e , e s t d6plac~ s e n s i b l e m e n t p a r la lumi~re vers la b a n d e de c o n d u c t i o n •
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P a r d6finition, si.n L e t n o s o n t ies c o n c e n t r a t i o n s des 61ectrons libres en pr6sence de lumi~re et g l'obscurit6, on a: Et~ -
E l = k T log~ ( n d n 0 ) ,
E ! 6 r a n t le n i v e a u de F e r m i A l'obscurit& J ' a i m o n t r 6 que, si l ' o n 6claire d i s s y m 6 t r i q u e m e n t une cellule au CdS (Cu) poss~dant des 61ectrodes en or sym6triques, on o b t i e n t u n redresseur 1). D a n s le s c h 6 m a 6nerg6t i q u e c o r r e s p o n d a n t ~ ce cas, on observe ~ la limite des zones ~clair6e et obscure, une barri~re i n t e r n e qui emp~che les 61ectrons de diffuser. Sa h a u t e u r Snerg6tique est ~gale ~ Etn -- E t, si l ' o n a PL ~ nL, PL ~ t a n t la c o n c e n t r a t i o n des trous. Cette barri~re 6 r a n t i m p o r t a n t e sous divers rapports, il m ' a sembl6 int~ressant de m e s u r e r d i r e c t e m e n t sa h a u t e u r , et j ' a i pens6 que c e t t e m e s u r e p o u v a i t etre o b t e n u e p a r la m ~ t h o d e des p o t e n t i e l s de c o n t a c t , ~ condition toute]ois de disposer d'une sur]ace de CdS (Cu) su]]isamment propre p o u r que l'effet ne soit pas c o m p l i q u ~ p a r d ' a u t r e s factehrs. E n effet, les exp6riences de v a r i a t i o n o p t i q u e de la diff6rence de p o t e n t i e l de c o n t a c t (notre D P C p a r la suite), faites sur du Ge v o l o n t a i r e m e n t c o n t a m i n $ z) c o n d u i s e n t ~. des r~sultats q u i ne s ' e ~ p l i q u e n t pas p a r la v a r i a t i o n de conductibilit6 du sp6cimen mais p l u t 6 t pax F a c t i o n de la lumi~re s u r une charge d ' e s p a c e situ6e ~ la limite s e m i c o n d u c t e u r - v i d e . Variation du potentiel de contact. Si, dans un semicondu.cteur n, les brats de surface n ' i n t e r v i e n n e n t pas, la v a r i a t i o n o p t i q u e zl V/; de la D P C a les propri6t6s s u i v a n t e s : 1°) A V L d6pend u n i q u e m e n t de la c o n c e n t r a t i o n des p o r t e u r s fibres au voisinage de la surface et ne d6pend pas du coefficient & a b s o r p t i o n de la lumi~re. 2 °) T a n t que le s e m i c o n d u c t e u r reste t y p i q u e m e n l ; n c'est-g-dire r a n t que lapp ~ lann, (lan et lap mobilit6 des 61ectrons et des trous), A V L est donn6 p a r la formule : e~ vL = (El. - ~t)s-,t~, e 6rant la charge de l'61ectron. 3 °) Si, p o u r les forts 6clairements p a r une lumi~re cr~ant des paires 61ectronstrous, on a lapp N lann, une s a t u r a t i o n a p p a r a i t :
eAvL < (El.
-
Et)s..,,
1R e m a r q u e : P o u r un s e m i c o n d u c t e u r t y p i q u e m e n t n, il y a p r a t i q u e m e n t i d e n t i t 6 e n t r e la v a r i a t i o n o p t i q u e de p o t e n t i e l de c o n t a c t et la v a r i a t i o n o p t i q u e A W L du t r a v a i l d ' e x t r a c t i o n ; on a en effet: eA V L = -- A W L mais ceci ne serait plus v r a i p o u r un s e m i c o n d u c t e u r de t y p e p. Dispositi] expdrimental. 1) P r i n c i p e. J ' a i utilis6 une m 6 t h o d e d ' o p t i q u e ~lect r o n i q u e originale c o m m e s), plus difficile ~ m e t t r e en o e u v r e que la m ~ t h o d e de K e l v i n mais p e r m e t t a n t d ' o b t e n i r plus d ' i n f o r m a t i o n s . D a n s un t u b e r i d 6 se t r o u v e une couche de CdS-Cu, 6paisse de 10 la et q u i re~oit un faisceau d'61ectrons lents issus d ' u n c a n o n 61ectrons. Si la lumi~re modifie la D P C de A V L, les caract6ristiques (V, i) trac6es l'obscurit6 et en pr6sence de lumi~re s o n t d6caMes de A VL p a r a l l ~ l e m e n t A l ' a x e des V. 2) O p t i q u e 61ectronique et pr6paration de la couche. J'ai d~crit dans 8) Ie dispositif d ' o p t i q u e 61ectronique; celui-ci utilise un faisceau d'61ectrons tr~s o u v e r t d o n t la section au n i v e a u de la couche est de 4 A I0 c m 2. J ' a i pu
VARIATION OPTI~UE DU-POTENTIEL D E C O N T A C T D U C d S
l I01
v~rifier que le faisceau a r r i v a i t bien p e r p e n d i c u l a i r e m e n t ~ la couche. J ' a i i n d i q u 6 ~galem e n t la fa~on de p r 6 p a r e r dans le t u b e une co~¢cheaussi psu contami~de que t~ossible. 3) V i d e. P o u r o b t e n i r des r6sultats nets et stables, j ' a i cherch6 ~ o b t e n i r de tr~s bons rides. Les mesures o n t ~t6 faites: a) a v e c le t u b e sur p o m p e , j u s t e apr~s la pr6paration, b) a v e c le t u b e ferm6 et des getters, c) en associant le t u b e ~ une j a u g e tL ionisation f o n c t i o n n a n t c o m m e p o m p e t~ ions. Le dessin de c e t t e j a u g e m ' a ~t6 donn~ p a r W. B. N o t t i n g h a m du M.I.T. J ' a i o b t e n u ainsi des pressions comprises e n t r e 10 - 6 et I0 - 9 Torr.
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Fig. 1. V a r i a t i o n o p t i q u e de la d.d.p, de c o n t a c t tL 20°C.
Mesures. U n disque de verre d6poli ~clair6 u n i f o r m 6 m e n t sert d ' o b j e t l u m i n e u x . On forme son i m a g e sur la couche du c6t4 du vide. L o r s q u e le t u b e fonctionne, la couche est d ' a u t r e p a r t f a i b l e m e n t 6clair6e par la lumi~re.,6mise p a r le f i l a m e n t de tungst~ne qui sert de cathode. On ne p e u t donc mesurer la couche dans l'obscurit6
G]~RARDW'L]~RICK
1102
totale. C e p e n d a n t CdS est s u f f i s a m m e n t photosensible, au moins a v e c la lumi~re rouge, p o u r q u e le r a p p o r t des conductibilit6s a v e c et sans source de lumi~re ext6rieure soit grand. U n e p a r t i e de la couche de CdS est am6nag6e sous f o r m e de cellule p o u r p e r m e t t r e la m e s u r e de la v a r i a t i o n de conductibilit~ en f o n c t i o n de l'~clairement. Rds~lta~s. J ' a p p e l l e p s e u d o - o b s c u r e (not~ p.o. dans la suite) la caract~ristique o b t e n u e q u a n d la couche est s e u l e m e n t ~clair~e p a r la c a t h o d e . 1) S t a b i l i t ~ de la caract~ristique. Lacourbeentrait pleindela figure 1 repr~sente une c a r a c t ~ r i s t i q u e p.o. ; sur 10 t u b e s ~tudi~s, 7 o n t m o n t r ~ une c a r a c t ~ r i s t i q u e t o u t ~ fair s t a b l e ; les 3 autres t u b e s au c o n t r a i r e p r ~ s e n t e n t une ~volut i o n de la caract~ristique dfie au c o u r a n t d'~lectrons du faisceau. Cette ~ v o l u t i o n est reproductible, mais elle r e n d la m e s u r e de A Vr. difficile. J e pr~sente s e u l e m e n t ici les r~sultats des t u b e s stables. 2) V a r i a t i o n optique de la DPC. Lacourbeenpointill~delafigurel repc~sente une caract~ristique a v e c lumi~re. O n v o i t qu'elle est t o u t ~ f a i r parall~le la caract~ristique p.o. L a m ~ t h o d e est donc correcte et p e u t fournir sans a m b i g u i t ~
AVL. 3) C a s d ' u n e lumi~re ionisant les impuret~s. L a c o u r b e de droite de la figure 2 repr~sente la v a r i a t i o n de A V~ en f o n c t i o n de la v a r i a t i o n de la conductibilit~ g de la couche p o u r la lumi~re rouge.
vq~. _ v6m~J ;ur~ 18°e. IoA'
EdaircM,~ mmlm~,j,
oAe
F.xJair,me~ m#~;mum
~
o.~
'~.
,
/ia. /
te-t
I
,#O*e
Fig. 2. A V L en f o n c t i o n de la conductibilit6 a. L o r s q u e a est grand, on observe la v a r i a t i o n a t t e n d u e ; p a r c o n t r e lorsque a est petit, A VL varie moins r a p i d e m e n t que k T / e log a. Ceci p e u t t e n i r ~ diverses causes: a) la lumi~re rouge 6 t a n t peu absorb6e, la v a l e u r de a ne p e r m e t p e u t ~tre pas d ' o b t e n i r la vraie v a l e u r de n L ~ la surface, la conductibilit~ ~ la surface pour a n t ~tre plus faible que celle du volume. b) la couche p e u t ne pas etre homog~ne. 4) C a s d ' u n e lumi~re cr6ant des paires 61ectrons-trous. L a p a r t i e gauche de la figure 2 est r e l a t i v e k la lumi~re bleue. Darts ce cas, la lumi~re est absorb~e dans une zone tr~s mince k la surface de la douche. Mais CdS-Cu ~ t a n t b e a u c o u p moins p h o t o c o n d u c t e u r dans le bleu que dans le rouge, les mesures de a s e r a i e n t t o u t ~ fait fauss6es par la lumi~re rifle k la cathode. D a n s ce cas a a donc ~t~
VARIATION OPTI{}UE DU POTENTIEL DE CONTACT DU
CdS
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m e s u r ~ a v e c la c a t h o d e n o n e n f o n c t i o n n e m e n t . O n v o l t q u ' o n o b t i e n t la v a r i a t i o n a t t e n d u e s a u f a u x tr~s faibles 6 c l a i r e m e n t s . L e fair q u ' a u x f o r t s ~ c l a i r e m e n t s fl n ' y a p a s s a t u r a t i o n i n d i q u e q u e l ' o n a e n c o r e
Conclusion. P o u r les f o r t s 6 c l a i r e m e n t s , e n l u m i ~ r e r o u g e e t e n l u m i ~ r e bleue, les r 6 s u l t a t s s ' e x p l i q u e n t b i e n p a r la v a r i a t i o n du n i v e a u de q u a s i - F e r m i E#z, s a n s qu'fl soit n~cessaire de faire i n t e r v e n i r des 6 t a t s de s u r f a c e 4). Regu 1-7-54. BIBLIOGRAPHIE 1) 2) 3) 4)
Wl6rick, G.,C. R. Acad. Sci. Paris 232(1951) 2199. Brattain, W. et B a r d e e n , J.,BelISyst. techn. J. 3 '~(1953) 1. V e i t h , W. et W 1 6 r i c k , G.,C. R. Acad. Sci. Paris 233 ¢1951) 1097. On trouvera une analyse plus d6taille6 dans W 16 r i c k, G., Th~se 1954, Paris.
Physica XX No. I1 Amsterdam Conference Semiconductors
BSer, K. W. 1954
U B E R P H O T O C H E M I S C H E R E A K T I O N E N IN CdS-EINKRISTALLEN yon
K. W. B O E R
II. Physikalisches lnstitut der Humboldt Universitiit, Berlin, Deutschland E s soll fiber P h o t o l e i t u n g s u n t e r s u c h u n g e n i n CdS bei h S h e r e n T e m p e r a t u r e n berichtet werden. Bisher zeigten Messungen der Leitf/ihigkeit yon CdS-Einkristallen bei h 6 h e r e n T e m p e r a t u r e n ein w e n i g r e p r o d u z i e r b a r e s V e r h a l t e n . B e s o n d e r s d e u t l i c h zeigen dies M e s s u n g e n d e r P h o t o l e i t u n g , i n s b e s o n d e r e , w e n n bei h 6 h e r e n T e m p e r a t u r e n die L i c h t a n r e g u n g ge~.ndert wird. E s s c h e i n e n d e m n a c h bei T e m p e r a t u r e n fiber 100°C V e r ~ n d e r u n g e n i m K r i s t a l l v o r z u g e h e n , die n i c h t als r e i n e E l e k t r o n e n a n r e g u n g s - o d e r B e w e g u n g s v o r g ~ . n g e v e r s t a n d e n w e r d e n k 6 n n e n . E s m u B sich h i e r b e i v i e l m e h r d a t u m h a n d e l n , d a b B e s t a n d teile des R e a l k r i s t a l l g i t t e r s *) i h r e L a g e ~indern, e t w a in d e r F o r m d e r S c h a f f u n g e i n e r g r 6 B e r e n F e h l o r d n u n g . Diese L a g e ~ i n d e r u n g v o n R e a l g i t t e r e l e m e n t e n w i r d zweifellos d u r c h eine o p t i s c h e A n r e g u n g v e r u r s a c h t wie eine R e i h e y o n E x p e r i m e n t e n zeigt, die g e m e i n s a m m i t E. u n d W . B o r c h a r d t a u s g e f f i h r t w u r d e n **). Bei d i e s e n E x p e r i m e n t e n h a n d e l t es sich u m die U n t e r s u c h u n g des n i c h t s t a t i o n ~ r e n Teiles d e r P h 0 t o l e i t u n g y o u C d S - E i n k r i s t a l l e n n a c h d e m E i n - o d e r A b s c h a l t e n d e r o p t i s c h e n A n r e g u n g . N u r bei T e m p e r a t u r e n u n t e r h a l b y o n 50°C zeigen z.B. die K u r v e n des A n k l i n g e n s d e r e l e k t r i s c h e n L e i t f ~ h i g k e i t d e n b e k a n n t e n V e r l a u f eines *) Es soll noch often bleiben, ob es sich hier um Gitter- oder Fremdatome handelt, resp. ob eine solehe Lage~inderung bevorzugt an Hiiufungsstellen nattirlicher Fehlordnung z.B. inneren Oberfl~ichen geschieht. **) B S e r , K. W., B o r e h a r d t , E. und B o r c h a r d t . , W., Z. phys. Chem. 203 (1954) 145.