Modulation de la conductance d'un semi-conducteur par un champ électrique

(1)

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Modulation de la conductance d’un semi-conducteur par

un champ électrique

P. Aigrain, J. Lagrenaudie, G. Liandrat

To cite this version:

(2)

FIGURES DE CROISSANCE DU SULFURE DE CADMIUM DE

SYNTHÈSE

Par Mme A. R.

WEILL,

Ingénieur contractuel

des Constructions et armes navales.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM. TOME

_1:1,

NOVEMBRE

UI;)~,

PAGE ÎÙ17.

L’examen des

_figures

de croissance du sulfure de

cadmium,

préparé

par voie

synthétique

au Labora-toire de

_Physique

du Professeur Léauté à

l’École

Polytechnique

nous a amené à faire des

rapproche-ments entre la

_morphologie

de ces cristaux et ceux

de

_beryllium

ou de titane

_préparés

_{par voie}

électro-lytique.

En

effet,

si nous examinons au

_microscope

_par

Fig.

i. -

Plaquette hexagonale

de sulfure de cadmium portant des pyramides

tronquées

à six pans ( X ~

io80).

réflexion sous de3

_{grossissements}

de 5oo à 1000 ou

i5oo,

soit les faces

_planes

_hexagonales

des cris-taux

_{agglomérés,}

soit les

_plaquettes

de même forme

déposées

sur les

_paillettes,

il

_apparaît

_toujours

une ou

_{plusieurs pyramides}

à six pans terminées par un

plateau

hexagonal

( fig.

i).

On trouve

_également

parmi

les cristaux de

_synthèse

dé

longues

aiguilles

à six _pans,

_parfois

_{perpendiculaires}

aux tablettes

hexagonales.

Pour tenter

_{d’expliquer}

ces formes

_{cristallines,}

on ne

_peut

_{manquer de}

_penser

au _processusde crois-sance fondé sur le rôle des dislocations en

_hélice,

dont

_Burton,

Cabrera et Frank ont donné l’étude

quantitative

[11.

Même si nous _{n’avons pas réussi}

_jusqu’ici

à faire

apparaître

la

_spirale

élémentaire,

les

_{rapprochements}

qui

s’imposent

suffisent à montrer

_{l’application}

de cette théorie au cas

_qui

nous _occupe.

En

effet,

d’une

_{part Jaeger}

_[2]

_{obtient par}

électro-lyse

de chlorures fondus une série de cristaux de

beryllium

dont les

_{aspects :}

_plaquettes

_hexagonales,

aiguilles plus

ou moins

_pyramidales

à six _pans,

pavés

de

_{figures hexagonales,}

sont en bien des

_points

identiques

ou

_analogues

aux cristaux de sulfure de cadmium obtenus _{par réaction à}haute

_température

des vapeurs de soufre et de cadmium.

D’autre

_part,

les travaux de

_{Steinberg [3]}

sur le titane

_{électrolytique}

montrent non seulement des

figures

de croissance

_hexagonales

_{tout à fait} compa-rables aux

_{précédentes,}

mais encore des

_spirales

élémentaires au centre de celles-ci : leur enroule-ment

_{caractéristique}

_{prouve l’intervention}du méca-nisme de Frank dans _{le processus}de croissance. Le

_départ

de la

_{spirale apparaît}

dans ces

_figures

hexagonales

comme _{celui que}nous avons observé dans les

_{plaquettes triangulaires}

de l’alumine

_[4].

La théorie de

Burton,

Cabrera et Frank a

_déjà

fait

l’objet

de très nombreuses confirmations

_{[5], [6], [7], [8]}

par des méthodes variées et à différentes

échelles,

on voit ici un

_exemple

saisissant de la

_parenté

entre la croissance

ménagée

de cristaux

_métalliques

et celle de cristaux

_homopolaires

obtenus dans des conditions bien différentes.

[1]

BURTON _K.,CABRERA N. et FRANK F. C. -

Trans. _{Roy. Soc. A.,} 243, ~99.

[2]

JAEGER G. - ;~. IVIetallkuiide,

19’50, 41, ’)43.

[3]

STEINBERG. 2013 Nature

_{(sous presse).}

[4]

iiiEiLL A. R. - C. 1?. Acad. Sc., rg5.~, 235,

[5]

FRANK F. C. -- Phil. Mag.,

1952,

Suppl. 1, QI.

[6]

VERMA A. R. Phil. _1Bilang., _{1 g5?, 43,} ~

[7]

AMELINCK S. -- C;. R. Acad. Sc.,

1952, 234, Pliil.

Maag., 93 ), 43, 5~) ’.

[81

FORTY A. J. -- Phil.

Mag.,

1902,

43,

Manuscrit reçu 1 c fi septembre

1 0J ).

MODULATION DE LA CONDUCTANCE

D’UN SEMI-CONDUCTEUR PAR UN CHAMP

_ÉLECTRIQUE

Par P.

AIGRAIN,

J. LAGRENAUDIE

et G.

LIANDRAT,

Laboratoire de

_Physique

E. N. S.

En

_1935,

l’un d’entre nous

_[1]

avait

_prévu

que la conductance d’une mince couche semi-conductrice

pouvait

être modulée par un

_{champ électrique}

normal à la surface. En

effet,

la

_{charge électrique}

induite à la surface du semi-conducteur est

_due,

soit à une

augmentation,

soit à une diminution du nombre de

porteurs

libres au

_voisinage

de la

surface,

selon le

signe

de la

charge

de ces

_porteurs

_(-

pour des

(3)

588

électrons,

+ pour des trous

_positifs)

et celui de la

charge

induite.

En

_{Schockley [21}

a retrouvé cet effet

théori-quement

et

_{expérimentalement}

sur des couches minces

_évaporées

de

_{germanium :}

ce sont ces mesures

qui

ont

_permis

de vérifier l’existence d’états de surface dans

_lesquels

s’accumule une

_partie

de la

charge

induite. Il

_apparaît

_{donc que cet effet}est

des

_plus

utile comme _moyend’études des

semi-conducteurs,

en

_général,

et de leurs

_propriétés

de

surface,

en

_particulier.

Cependant,

il est assez difficile à mesurer

quanti-tativement,

surtout si la couche n’est pas très mince : or, les couches minces

évaporées

sont souvent mal

cristallisées,

ce

_qui

retire aux mesures une

_grande

partie

de leur intérêt.

Nous avons donc étudié une méthode de mesure de cet « effet de

_{champ » qui}

_permet

de mesurer des modulations de conductance très faibles. Le

prin-cipe

en est donné _{par la}

_figure

~. Le

_spécimen

est parcouru par un courant alternatif et le

_champ

perpendiculaire

à la surface est aussi

alternatif,

de même

_fréquence.

Du fait de l’effet de

_champ,

la conductance est une fonction linéaire du

_champ

’

Le courant

_qui

traverse le

_spécimen

possède

donc une

_composante

continue

d’ampli-tude -

que l’on mesure

_{indépendamment}

de

_{So qui peut}

être

_grand.

Cette méthode a été

_appliquée

avec succès à la

mesure de l’effet de

_champ

sur des couches minces de tellure

_évaporées

sur du

mica,

le

_champ

étant

appliqué

à travers le mica. La mobilité

_apparente

des

_porteurs

en surface atteint dans ce cas

jus-qu’à

20

_(soit

_cinq

fois

_plus

_quepour le

germanium évaporé),

mais la méthode

_permet

d’appré-cier des mobilités

_apparentes

qoo fois

_plus

faibles. Un

_prochain

article donnera des détails sur de nombreuses mesures effectuées au Laboratoire de

Physique

E. N. S.

Manuscrit reçu le 3 septembre 1952. [1] Li.xxDR,xT G. - Conférences _au

Collège

de _France,

[2]

SCHOCKLEY. - Vofr, par exemple, Electrons and Holes

in Semi-conductors. Van Nostrand, 1951, p. 30.

REMPLISSAGES

HYDROGÈNE-MÉTHYLAL

POUR COMPTEURS DE

GEIGER-MÜLLER

A CATHODES EXTERNES Par Daniel

_BLANC,

Laboratoire de

Physique

atomique et moléculaire du

Collège

de France.

Les

_compteurs

à cathodes externes du

_type

Maze

_[1]

sont

_{beaucoup plus}

faciles à

_fabriquer

_queceux à cathodes internes

_métalliques

_lorsqu’on

y introduit de

_{l’hydrogène, l’adsorption}

n’étant

_plus

_gênante.

Sur de tels

_compte,irs,

lB1M. M. Grenon et R. Viallard ont

_essayé

des

_{mélanges hydrogène-argon-alcool [2].}

Indépendamment

de ces

_auteurs,

nous avons étudié des

_remplissages

_{hydrogène-méthylal,}

cet acétal

étant

un

_{produit beaucoup plus}

facile à

_purifier

que l’alcool.

Les

compteurs

sont construits sur le

_type

Mac

Schéma des _compteursutilisés.

Knight

et R. L. Chasson

_f3],

avec une

_{simplification}

consistant en la

_suppression

du ressort à l’extré-mité du fil

axial,

dont la tension est _{obtenue par}

étirage

du verre.

Nous avons utilisé un

_{procédé déjà}

décrit

[41

pour définir avec

_précision

la

_longueur

efficace de la

cathode.

Sur

chaque compteur

sont

_disposées

deux sections

cylindriques graphitées

de

_longueurs

différentes,

permettant

de vérifier la

proportionnalité

entre la

longueur

efflcace et le fond dû aux _rayons

_cosmiques.

L’hydrogène

n’avait

_été,

_jusqu’ici,

introduit que

sous des

_pressions

relativement faibles

_(quelques

centimètres).

Nous avons constaté _queles

_plateaux

restent- _{excellents pour}une

_{pression d’hydrogène}

de ~ 5 cm de mercure,

particularité

intéressante pour le

dosage

d’échantillons

_{d’hydrogène}

radioactif. Un

_mélange

de 2 5 cm de mercure

_{d’hydrogène}

et fi cm de mercure de

_{méthylal (compteur :}

dia-mètre

_{= ~,8}

cm,

longueur

efflcace = 20

_cm)

donne

un

_plateau

_long

de 400

V,

avec une

_pente

de

_3,75

pour I oo, pour 10o

_V,

et un seuil de 2 00o V.

1,’effi--cacité

_comparée

à celle d’un

_remplissage

_classique

( 1 3

cm

_{d’argon, 4}

cm de

_méthylal)

est de

o,88.

Quelle

que soit la

pression d’hydrogène,

la diminution d’efficacité reste faible. La

_réponse

à une source radioactive est excellente. Dans la zone de

tempé-ratures où nous les avons utilisés

_{(15 à (o° C),}

les

compteurs

restent excellents.

De

_façon

à assurer des résultats

_comparables,

nous avons introduit

_{progressivement}

_{l’hydrogène}

dans les

_{compteurs précédemment}

_remplis

de

_méthylal.

Malgré

l’inconvénient inévitable de seuils

élevés,

les

_compteurs

à fortes

_{proportions d’hydrogène}

sont