x52 Kurz e Originalmit t eilung en

processes should be considered, t h i s is , however, beyond the scope of t h i s communication.

Li terature (1) Gy. GERGELY, J. Phys. Chem. Sol. ( i n p r i n t ) . (2) M. SCHON, Halbleiterprobleme, 4,282, Vieweg, Braunschweig

(3) H.A. KLASENS, J. Phys. Chem. Sol. 2, 165 (1958). (4) A. ROSE, Phys. Rev. Y'J, 322 (1955). (5) R.H. EUBE, J. Phys. Chem. Sol. 'l, 234 (1957). (6) Gy. GERGELY, Acta Phys. Hung. l2, 221 (1960). (7) H. K.ALIM.A" and J. DRESNER, Phys. Rev. 114, 71 (1959): (8) G. DJXMER and W. HOOGENSTRUTZN, J. Phys. Chem.So1. 2,119

(9) Gy. GERGELY, Acta Phys. Hung. l2, 253 (1960).

1958.

(7957)

(10) I. BROShR and R. BROSER-WARMINSKY, J. Phys. Chem. Sol. - 6 , 386 (1958). (11) C.E. BBIL, D.D. SNYDER and Y.T. SIHVONEN, Phys. Rev.

1 3 , 1522 (1958). (12) F. LAPP33, Z. Phys. 'l-54, 267 (19.59). (13) J. AUTH and R. RIDDXR, A n n . der Phys. 2, 351 (1959). (14) J.J. BROPHY, Phys. Rev. Ilq, 59'1 (1960).

Firigagangen am 23.6.1961)

IT. Physikalisches I n s t i t u t der Humboldt-Universicat AU Berlin Photochemische Reaktionen und Tilwr?g a n CdS-binlcristallen

Von W. BORCHARTJT

Vber photochemische Reaktionen an CdS-Kristallen i s t sowohl von m s e r e r Arbeitsgruppe (1-4) als auch von anderen Hutoren (5-8) mehrfach ber ichtet worden. Es handelt s ich da- bei um Realstrukturhderungen, die be i Belichtung der Kristal- l e im Auslauf er- wie auch i m GrundgittergeFiet oberhalb be- stimmter Temperaturen erfolgen. Diese Tmperaturen hiingen von der Kristalldotierung ab.

Die photochernischen Heaktionen bewirlcen u. a. eine s tarke Abnahme der elektrischen Leitfiihigkeit, d i e s ich iiber mehrere GroBenordnungen erstrecken kann. I n einem von uns angegebenen

reaktionskinetischen Model1 (3,LC) wurde diese Leitf Zhigkeits-

Kurze Originalmitteilungen K 5 3

minderung einer Zusafzrekombina-tion zugeschrieben, d ie i n den reaktionskinetischen Bilanzgleichungen i n Form der Bildung eines effektiven Rekombinationszentns beriicksichtigt wurde.

Um Aufschliisse uber den Mechanismus dieser Zusatzrekom- bination zu erhalten, wurden Untersuchungen der T i l p g der Photoleitf3higkeit durch IR-Bestrahlung sowie der spektralen Verteilirng und der IntensitatsabhZngigkeit der Photoleitung i n Zusammenhang m i t photochemischen Reaktionen durchgefiihrt. Hier s o l 1 uber einige experimentelle Ergebnisse der Tilgungs- messungen berichtet werden.

im Bereich zwischen Zimmert-emperatur und -180°C durchgefiihrt , nachdem zuvor

Alle Untersuchungen wurden im Vakuum besser a l s T o r r

entweder durch Temperung bei 3OO0C im Dunlreln d ie vorhande- nen photochemisohen Reaktionsprodukte weitgehend zers tor t worden waren

2 oder durch Belichtung m i t etwa 1 O I 7 Quanten/cm s in diesem Temperaturbereich und snschlieEende moglichst schnell e Ab- W u n g unter Licht auf die MeBtemperatur moglichst v i e l e photochemische Realrtionsprodukte eingefroren waren.

Als MeBobjekte dienten reinste sowie def inier t do t ie r te CdS-Einkristalle, d ie m i t sperrschichtfreien aufgedampf ten 81- bzw. Au-Elektroden versehen waren. Die Photoleitung wurde m i t Licht der Wellenliinge 546 mpangeregt (Lichtquelle Metall- f adenlampe, Selektierung durch ein Yetall-Interferenzf i l t e r ) . E i n Zeiss-Spiegelmonochomator l i e f e r t e den zweiten, tilgenden Lichtstrahl, dessen Wellenlhge im Bereich zwischen 2,uund 700 m p v a r i i e r t wurde.

kannten Ergebnissen (9-11) wurden bei Zhertemperatur zwei TilgungsmaxPma, eines be i 3450 mpentsprechend 0,85 eV Zuergie des tilgenden Lichtes, das andere be i etwa 920 m p entsprechend 1,35 eV !Pilgun@;aenergi6 gefunden.

Kurve 1 i n Fig. 1 zeigt das 2ilgungsspektrum "cines sehr reinen Kristalls be i Zimmertemperatur nach Vernichtung der I) Die Auftragung der Tilgung i n 96 bedeutet Einheiten '100*(IA-IA+2)/Ia , wobei Ia die Stromstbke des durch Auslaufer- anregung erzeugten Photostroms und d ie des durch Auslaufer- anregung plus IR-BestraUung erzeugten Pho-costroms bedeutet.

I n ubereinstimmung m i t den bere i t s aus der Li teratur be-

K 5 4 Kurze Originalmitteilungen

photochemischen Reaktionsprodukte, Kurve 2 das Tilgungsspek- trum nach Einfr ieren moglichst v i e l e r photochemischer Re&- tionsprodukte.

h a l t n i s der In tens i ta ten des anregenden uad des tilgenden Lichtes ab.

Die GroRe der Tilgung h k g t selbstverstiindlich vom Ver-

7 I

Fig. 1. Tilgungsspektrum eines Reins tkr i s ta l l s b e i 2OoC Kurve 1 : Ohne photochemische Reaktionsprodukte Kurve 2: M i t photochemischen Reaktionsprodukten Kurve 3: O h n e photochemische Reaktionsprodukte m i t

verr ingerter Anregungsintensitat (a..Text)

Fiir Kurve I und Kurve 2 der Fig. I besteht d i e gleiche Intes- s i ta t sver te i lung zwischen anregendem und tilgendem Licht.

das anregende Licht eine geringere Lei-t;ungselektronenkonzentra- t i o n ereeugt, kann d ie s tarkere T i l g u n g b e i Kurve 2 moglicher- weise durch diese Verringerung des Photostroms b e i gleicher IR-Intensitat verursacht werden. Daher wurde Kurve 3 der Fig.1 aufgenommen, d ie wie Kumre 1 nach Vernichtung der photochemi- schen Reaktionsprodukte gemessen wurde, be i aer aber d i e Inten-

D a b e i Vorhmden-seiu photochemischer Reaktionsprodukte

955 Kurze Originalnitteilungen

sitat des anregenden Lichtes so weit verringert wurde, daJ3 hier der Ausgangsphotostrom IA den gleichen Wert besaB wie bei Kurve 2, aLso beim Vorhandensein photochemischer Reaktions- produkt e.

minderung des anregenden Lichtes zwar erwartunGsgemiLB die Til- Der Vergleich der Kurven zeigt, daJ3 die Intensitatsver-

Fig. 2. Tilgungsspektrum eines Reinsthistalls bei -'l8OoC Kurve 1 : O h n e photochemische Reaktionsprodukte Kurve 2 : Mit photochemischen Realctionsprodukten Kurve 3 : Ohne photochemische Reaktionsprodukte mit

verringerter Anregungsintensitat (9. Text)

@;un@; zunehmen liiBt, daB aber das Vorhandensein photochemischer Reaktionsproddrte eine nochmalige starke Zunahme der Tilgung mit sich bringt.

Noch deutlicher ist dieses Verhaltea in Fig. 2 zu erken- nen, die fur den gleichen Kristall die entspreehenden Tilgungs- kurven bei -18OoC zeigt. (Bekmtlich tritt bei dieser Tempe- ratur das langwellige Tilgungsmaximum i.a. nicht auf (9,10).)

K56 Kurze Originalmitteilungen

Fig. 3 zeigt das Tilgungsverhalten eines mit Fe dotier- ten Kristalls. Beide Kurven vmrden bei Zimmertemperatur ge- messen, Kurve l nach Vernichtung der photochemischen Reak- tionsprodukta, Kurve 2 nach Einfrieren moglichst vieler Re&- tionsprodukte. Man erkennt als charakteristischen Unterschied zum Tilgungsverhalten von Reinstkristallen, daR die Tilgungs-

Fig. 3. Tilgungsspektrum eines mit Fe dotierten Kristalls bei 2OoC Kurv'e I : Ohne photochemische Reaktionsprodukte Kurve 2 : Mit photocheinischen Reaktionsprodukten

zunahme bei VoEhandensein photochemischer Reaktionsprodukte noch wesentlich grol3er ist a l s bei undotierten Kristallen. Im langwelligen Maximum betragt hier die Tilgung uber 99 8 , a l s o mehr a ls 2 GroBenordnungen.

lrristalls bei -180OC. Das langwellige Tilgungsmaximum f ehlt auch hier vollig, die Tilgung hat sich im gansen vermindert, und das lcuPzwellige TilgungsmEucimum ist bei Vorhandensein photochemisoher Reak$ionsprodul&e (Kurve 2) sehr scharf aus-

Fig. 4 zeip$ die entsprechenden Tilgungskurven dieses

Kurze Originalmitteilungen K57

gepragt, wmend es sich beim Fehlen der Reaktionsprodukte (Kurve 1) nur mehr als Verminderung der Photoernpfindlichkeit f u r das infrarote Licht andeutet.

Die gefundenen Ergebnisse zeigen eine deutliche Paral le l i - tat zwischen Tilgung and photochemischen Reaktionen i n dem Sinne, daB beide d i e LeitfZhigkeit s tark vemindern und photo-

8o t Fig. 4. 'i'il@;ungsspektrum eines m i t Fe dotierten Kristalls

be i -18OoC Kurve I : Ohne photochemisChe Reaktionsprodukte &rve 2: M i t phatochemischen Reaktionsprodukten

chemische Reaktionsprodukte d ie T i l g u n g verstkkken. Dies er- moglicht eine Diskussion und Deutung der ehgangs genamten effektiven Zusatzrekombination i m Rahmen des Modells von Taft und Hebb (II), die jedoch einer ausfuhrlichan Veroffentlichung vorbehalten bleiben soll.

Prof. D r . K.W. BOER. Fiir wertvolle DiskJssionen und Hinweise danke ich Herrn

L i t eratur (1) K.W. BOFZ, E. BORCXARDT und W. B O R C I T , Z.phyS.Chm.

K 5 8 Kurze Originalmitteilungen

203, 145 (1954). (2) K.W. BOER, Physica 20, 1103 (1954). (3) K.W. BOER, W. BORCHARIM! und S. OBERLhNDER, Z.Phys.Chem.

(4) K.W. BOXR und W. BORCKARDT, in Optid aller .Jellenlkgen,

(5) J. WOODS und D.A. WRIGHT, Solid State physics in Slectro-

(6) J. WOODS, J. Electronics 5, 417 (1958). (7) R.H. BUW, J. Ghem. Phys. 2, 266 (1959). (8) X.A. NIEKISCH, Habilitationsschrift, Humboldt-Universi-

(9) R.H. Bum, Phys. Rev. 2, 1105 (1955). (10)s. TUTIHASI, J. Optical SOC. America 5, 443 (1956). (1I)E.A. TPAFT und M.H. HEBB, 5. Optical SOC. America - 42, 249 (1952).

- 210, 218 (1959).

Akad.Verlag, Berlin 1959 (S. 51).

nics and Telecommun. (Tagung Briissel 1958) Bd. 2 (S. 880).

tat 1961.

(Eingegangen am 8.7.1961)

11. Physikalisches Institut der Humboldt-Universitat Berlin Vber das Lumineszenzverhalten von CdS-Einkristallen oberhalb

Zimmert emperatur Von

K. AILBERS

mit Licht, so sinkt die Leitfkihigkeit deutlich ab (1,2). Diese Vorgkge bezeichnet man als photochemische Prozesse. Bei Ab- lauf solcher Prozesse bilden sich Hekombinationszentren fur Klektronen, und die Folge ist die genannte Beeblussung der elektrischen Leitfkhigkeit. 8s ist daher miiglich, durch das Studium der Leitikihigkeit Kenntnisse uber die Suruxtur dar HeKomuinasionszentren und die KineTik der photochemischen Prozesse zu gewinnen. Untersuchungen des Temperaturverhdtens der Lumineszenz ( 3 , 4 ) deuten nun darauf hin, daB auch die Luminesaelzz durch Bildqng von Rekombinationszentren beein- flul3t wird, und zwar derart, daR eine Loschung der Lumines- zenz eintritt. Unsersuchungen dzr Lumineszenz scheinen daher ebenfalls geeignet, Aussagen uber Natur und Kinetik photo- chemischer Prozesse machen zu konnen.

Bestrahlt man CdS-Einkristalle oberhalb Zimmertemperatur