Nature et origine du rayonnement des cellules semi-conductrices

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Nature et origine du rayonnement des cellules

semi-conductrices

G. Déchêne

To cite this version:

LE

JOURNAL

DE

_PHYSIQUE

ET

LE

RADIUM

NATURE ET ORIGINE DU RAYONNEMENT DES CELLULES SEMI-CONDUCTRICES

Par G.

DÉCHÊNE.

Laboratoire de

_Physique

de la Faculté des Sciences de

_Montpellier.

Sommaire. 2014 1. Dans la _{première partie} de l’article sont décrites des expériences qui confirment l’émission d’un _{rayonnement électromagnétique} absorbable par les substances semi-conductrices.

L’étude de l’absorption du rayonnement par l’air et son _analyse à pression réduite par la méthode du réseau _tangent conduisent à des résultats concordants : Les cellules semi-conductrices émettent des radiations ionisantes situées dans le domaine intermédiaire (une dizaine _{d’angströmes} à _quelques centaines

d’angstroms).

2. La deuxième partie contient des arguments en faveur d’une _hypothèse qui situe _l’origine du

rayoanement dans une couche mince d’air au contact de la substance semi-conductrice.

SÉRIE

VII.

---

TOME V.

N° 11.

’

NOVEMBRE 193~.

Introduction. - Les travaux de MM. Rcbonl et

Bodin ont établi les faits

_généraux

suivants

_{(1) :}

Lorsqu’une

substance semi-conductrice est traversée par un courant

_électrique,

des discontinuités du

potentiel

se

_produisent

en

_général

aux électrodes. Si l’une des électrodes est constituée par une

_grille,

elle

est~le

_siège

de l’émission d’un

_rayonnement

électroma-gnétique

absorbable et l’air avoisinant est fortement ionisé.

Dans des travaux récents

_(2),

_{j’ai complété}

sur divers

points

les résultats antérieurs.

L’existence d’un

_rayonnement

ionisant

_ayant

été contestée par i~. Dauvillier

(1),

j’indiquerai,

dans la

première partie

de cet

_article,

un certain nombre

d’ex-périences quime paraissent

mettre hors de doute l’émis-sion de radiations situées dans le domaine intermé-diaire. Dans la deuxième

_partie,

_je

_présenterai

des

hy-pothèses

relatives à

_l’origine

de ce

_rayonnement.

I. Nature du

_rayonnement

des cellules semi-conductrices.

A;~

Étude

du

_rayonnement

par la méthode

d’io-nisation. -

_a)

Procédés de mesure. - La

_figure

1

représente

le

_dispositif

utilisé. La substance semi

con-ductrice a été

_comprimée

dans un moule d’ébonite sous

(1) REBOUL. Journal de _Physique, 1931, 2, p 86. Production de

rayons X sans tube focus.

(2) G’. _{R., 1933, 196, p.} 15î-i. C. _{R., 1933, 196, p. 1989.} C. R ,

1934, 198, p. 1021. Thèse de doctorat. Paris, mai 1934.

(3) Journal de _{Physique, i93~, 5, p. 184.}

une

_pression

de

_quelques

milliers de

_kilogrammes

par cm’. La cellule est

_placée

devant une chambre

d’ioni-sation dont la

_{profondeur (environ}

1

_cm)

est suffisante

Fig, i.

pour que le

rayonnement

soit presque

complètement

absorbé. La distance de la cellule à la chambre d’ioni-sation

_peut

être

modifiée;

l’index

i,

mobile devant une

règle graduée, permet

de connaître cette distance.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM. - SÉRIE

VII. - _{T. V.} i- N° Il. -- _NOVEMBRE »~~~. 37.

La

_{figure 2 représente}

l’ensemble du

_montage

_qui

permet

de déterminer la tension

utilisée,

la disconti-nuité du

potentiel

sur la

_grille,

l’intensité du courant à

travers la

substance,

l’intensité du

_rayonnement

émis et son coefficient

_{d’absorption}

_{par l’air.}

_L’aiguille

de

Fig. 2.

l’électromètre est à un

_potentiel

positif

ou

_négatif

de

88

_{volts ;}

une des

_paires

de

_quadrants

est constamment

au

_{sol ;}

l’autre,

reliée au

_plateau

collecteur de la chambre

_{d’ionisation, peut}

être mise en communication

avec le sol au _{moyen de}

_{l’interrupteur}

I. Une

protec-tion

_{électrostatique}

convenable est réalisée.

b)

Emission simultanée par la cellule d’un

rayon-nement ionisant et de centres

_{électriques chargés.}

- Pour _mesurer l’intensité totale du

rayonnement

émis,

la cellule est

_placée

directement devant la chambre

d’ionisation,

les deux

_grilles

G et G’

_{(figure 1)}

étant confondues en une seule.

On constate alors que l’intensité du courant mesuré à l’électromètre

_dépend

du sens du

_{champ électrique}

dans la chambre d’ionisation. Par

_{exemple, lorsque}

la

grille

est

_anode,

le courant mesuré a sa

_{plus grande}

valeur

_lorsque

le

_plateau

collecteur est

_{positif ;}

on

_peut

interpréter

ce _{résultat par l’émission de centres}

char-gés

négatifs ;

si la

_grille

est

_cathode,

les

_charges

émises par la cellule sont au contraire

_positives.

La

_figure

3

représente

la variation du courant reçu au

_plateau

col-lecteur en fonction du

_champ

_extracteur;

on voit que,

même

_lorsque

le

_{champ électrique}

est nul dans la chambre

d’ionisation,

les

_charges

émises diffusent vers

le

_plateau

collecteur.

Lorsque

la cellule fonctionne à haute

tension,

l’air

se

_charge

fortement au

_voisinage

de la

_grille

et des corps

légers

sont attirés. De

même,

une lame isolante

se

_charge

si on la

_place

au

_voisinage

d’une cellule en

fonctionnement

_(’).

Dans l’article

_déjà

_signalé,

M. _{Dauvillier propose}

l’explication

suivante : -. le fonctionnement de la cellule

(1) REBOUL. Journal de

_Physique,

1933, 7, p. ’I3.

est

_accompagné

de la

_production

_{de gros ions de}

Lan-gevin qui

diffusent dans l’air. A l’intérieur de la chambre

d’ionisation

_{parviendraient}

_donc,

non un

_rayonnement

Fig. 3.

ionisant,

mais des centres

_chargés

des deux

_signes.

M. Reboul

₍₁₎

a

déjà

fait observer que cette

_explication

ne

_peut

_convenir,

_puisque

l’ionisation s’observe au delà

d’une feuille très mince de celluloïd

_{2);

_il

a d’ailleurs utilisé autrefois un

_dispositif

dans

_lequel

on est assuré

de ne _{pas recueillir} à l’électromètre des

_charges

para-sites

_(3).

Fig. 4.

c)

Influence

de

la discontinuité

du

_potentiel.

-L’émission des cellules

_(rayonnement

électromagné-(1) Journal de _{Physique, 1934, 5, p.} 287..

(~) BODIN. Thèse de doctorat, Paris, 492’1. Annales de

Physique.

1927, 7, chapitre V.

(3) Journal de

_Physique,

555

tique

et centres

_chargés)

est corrélative de

_{la production}

d’une discontinuité de

_potentiel

sur la

_grille;

_lorsque

cette discontinuité n’atteint pas une valeur suffisante

(quelques

centaines de

_volts),

l’émission est

inappré-ciable. La

_figure

4

_représente

la variation du courant

reçu

par le plateau

collecteur de la chambre d’ionisation

en fonction de la tension

_appliquée,

les

_charges

élec-triques

émises petr la cellule étant ou non extraites

(courbes

a et

_b).

d)

Influence du contact de la

_grille

avec

la

subs-tance semi-conductrice. - Le

_rayonnement

s’observe

lorque

la

_grille

de la cellule est fortement serrée sur la

substance

semi-conductrice,

mais il devient

_beaucoup

plus

intense

₍₁₀₀

fois

_plus

_par

_{exemple) lorsqu’on}

réalise

un contact

_imparfait,

bien que l’intensité du courant

à travers la substance soit alors

_{faible ;}

ce résultat sera

interprété plus

loin

_{(page 560)}

en faisant

_jouer

un rôle

important

dans l’émission du

rayonnement

à l’air

_qui

avoisine la

_grille.

e)

Absorption

du

_rayonnement

_{par l’air.} Détermi-nation des

_longueurs

d’onde. - PRINCIPE _{DE LA} MÉTHODE

CARACTÈRES GENERAUX DES RÉSULTATS. - On étudie les

variations du courant d’ionisation _{mesuré par}

l’électro-mètre,

lorsqu’on

déplace

la cellule devant la chambre

d’ionisation,

le sens du

_champ

extracteur étant _{tel que} les

_charges

émises ne soient pas entraînées vers le

pla-teau collecteur.

-Fig. 5.

Si le coefficient

_{d’absorption}

du

_rayonnement

_par l’air a la valeur u., l’intensité du courant d’ionisation passe de la valeur

Io

à la valeur I ~

Io

_lorsqu’on

éloigne

la cellule de la distance d.

On en tire

Il est souvent

nécessaire,

pour appliquer cette:méthode,

de faire des mesures

_croisées;

l’intensité du rayonne-ment subit en effet au cours du

temps

des variations

qui

sont eu relation avec les modifications de la dis-continuité du

_potentiel

sur la

_{grille (1).}

Si le

_rayonnement

étudié était

_homogène,

le coeffi-cient

_{d’absorption}

_{par l’air serait}

bien

déterminé. En

réalité,

le

_rayonnement

est

_complexe

et la formule

donne un _{coefficient moyen}

_{d’absorption.}

_Lorsqu’on

éloigne

la

cellule,

les radiations les

_plus

absorbables étant arrêtées les

_premières,

le

_rayonnement

_qui

par-vient à la chambre d’ionisation est de

_plus

en

_plus

pé-nétrant ;

pour une distance suffisante de la

_cellule,

le

rayonnement

filtré par l’air est presque

homogène ;

la courbe

_log

I =

f (c~)

est alors une droite

_{(figure 5),}

dont la

_pente

_permet

de déterminer le coefficient

d’ab-d’absorption

des radiations les

_{pénétrantes}

_{émises par} la

cellule.

Fig. 6.

PASSAGE DES COEFFICIENTS D’ABSORPTION AUX LONGUEURS

D’ONDE. - Les _mesures

d’absorption

des rayons X de

grande

longueur

d’onde sont _{peu nombreuses} et _peu

précises.

Sur la

_figure

6,

la courbe 1 a été obtenue en

utilisant les formules suivantes

_qui,

selon Glocker

_(~),

(1) DÉCHÈNE. Thèse de doctorat, p. 69.

représentent

mieux que la formule

classique

de

Bragg

et Pierce les résultats

_{expérimentaux}

au

_voisinage

de la discontinuité li

_{d’absorption}

de l’élément

pour

pour

~ = masse

_spécifique

de l’élément. A _-_ masse

_atomique

Z .- nombre

_atomique

Vr =

_{nombred’Avogadro.}

La courbe

2,

sur la même

_figure,

a été obtenue en

utilisant les mesures

_{d’absorption}

de Holweck

_(1),

_pour

l’oxygène

et

_l’azote,

des radiations

_comprises

entre 44

et 88 À Hewlett

_(’)

a étudié

l’absorption

_par

_l’oxygène

et l’azote entre

_0,~1~~

et

_0,812

_1;

la courbe 3 est

obte-nue en

_extrapolant

ses résultats vers les

_grandes

lon-gueurs d’onde.

Enfin,

les

_signes

₍₊₎

_{représentent}

deux mesures

d’absorption

par l’air faites par

Spencer (2)

avec les

_

radiations ;

(4,145 1)

et

_{W M}

_{(b, 9 i 3 ~) ;}

Woernle

₍₃₎

a

"

obtenu pour les mêmes radiations des résultats

concor-dants.

La

_figure

6

_permet

de déterminer une _valeur

appro-chée de la

_longueur

d’onde des radiations les

_plus

pénétrantes

émises par une

_cellule,

du moins

_lorsque

l’existence des discontinuités

_{d’absorption}

n’introduit pas une indétermination.

Résultats.

Parmi les nombreuses mesures _que

_j’ai

_effectuées,

celles dont les résultats viennent d’être

_indiqués

sont les

plus

précises;

on obtient des résultats

_imprécis

_lorsque

le

_{rayonnement émis}

est instable ou

_lorsqu’il

est

_{trop peu}

intense pour

qu’on puisse

réaliser un

_filtrage

suffisant.

Conclusions relatives aux radiations les moins absorbables du

_{rayonnement. -}

Le coefficient

d’ab-sorption

par l’air

atmosphérique

des radiations les moins absorbables est en

_général

voisin de 3 ou 4

cm-1 ,

la

_figure

6 montre _{que la}

_longueur

d’onde de ces radia-tions est voisine de 10 A ou de

30 1

suivant

_qu’on

utilise la

_partie

ab ou la

_paitie

ef de la courbe 1.

_Parfois,

le

coefficient

_{d’absorption}

est

_{plus faible,}

voisin de

2;

l’indétermination

_disparait

alors et la

_longueur

d’onde

correspondante

est un _{peu inférieure à 10} ~.

Lorsque,

pour une même

_cellule,

on

_augmente

la

discontinuité du

_potentiel,

le coefficient

_{d’absorption}

de la

_partie

pénétrante

du

rayonnement

diminue,

mais

assez _{peu; même pour des discontinuités du}

poten-tiel

_atteignant

8000

volts,

les radiations ionisantes des cellules semi-conductrices restent dans le domaine

inter-médiaire.

(1) HOLWECK. Ue LI lumière aux _{rayons s1, p. 64 à 6 i.}

Conclusions relatives à la

_partie

absorbable du

rayonnement. -

Le coefficient moyen

d’absorption

du

rayonnement

par le

premier

millimètre d’air est de l’ordre de

_grandeur

de 10 cm-1. Au

_contact

immédiat

1

de la

_cellule,

dans une couche de

1

de millimètre par 10

exemple,

le coefficient

_{d’absorption}

doit être

_beaucoup

plus

élevé;

mais le

_dispositif

utilisé ne

_permet

_pas cette

étude.

M. Reboul

_(4),

en

_opérant

sous une

_pressionde

quelques

cm de mercure, a mis en _{évidence la}

pro-duction de radiations extrêmement

_absorbables,

dont les coefficients

_{d’absorption}

_par

l’air,

ramenés à la

pres-sion atmosphérique, atteignent 400 ou 5ùO cm-’,

les lon-gueurs d’onde

correspondantes

sont de

_plusieurs

cen-taines

_{d’angstrôms.}

L’étuâe de

_{l’absorption}

_du

rayon-nement _par

_{l’hydrogène}

et _{le gaz}

_carbonique

à basse

pression

a donné des résultats du même ordre de gran-deur.

(1) HEWLETT. _{Phys. Rev., 1921, 17,} p. ‘?8~.

Phys. Rev., 1931, 38, p. 1932.

Ann. der _{~.930, 5, p. 415.}

557

Si

_j’ajoute

_{que les} mesures de M.

_Bodin,

relatives à

l’absorption

du

_rayonnement

_{par des lames très minces}

de

_celluloïd,

confirment les conclusions

_{précédentes,}

l’émission par les cellules

semi-conductrices,

à _la pres-sion

_{atmosphérique,}

de radiations ionisantes et absor-bables dont les

_longueurs

d’onde s’échelonnent entre

une dizaine et

_plusieurs

centaines

_{d’augstrüms}

appa-raît indiscutable. Du

moins,

une

_hypothèse

nouvelle ne

peut

être

_prise

en _{considération que si elle} se montre

capable

d’expliquer

tous les résultats

_{expérimentaux}

qu’on

vient d

_indiquer.

B. Etude dans un

_{spectrographe}

à vide du

rayonnement

des cellules semi conductrices.

-a) Description

de la méthode utilisée. - La méthode

utilisée est celle du réseau

_tangent

_(1).

La cellule semi-conductrice est

_placée

dans un

_{spectrographe}

à vide

Fig. -i.

représenté

sur la

_figure

7. La

_grille

due la cellule est

re-liée au _{corps du}

spectrographe.

Pour éviter les

_décharges

dans l’air raréfié de

_{l’appareil,}

la tension est amenée à

(1) Pour le principe de cette méthode, voir: TniBBuD, Revue

d’Optique,

49?6, 5, p. 91.

l’autre électrode par un fil

_{métallique qui}

traverse un

tube en verre

_rempli

de

_paraffine.

Le

_rayonnement

émis

_{par la}

cellule tombe sur le ré-seau

_après

avoir traversé les fentes

fl

et

f2,

de

_largeur

réglable,

éloignées

de 8 cm.

Le réseau est tracé sur verre et

_porte

100 traits ait

millimètre;

la

_largeur

de la

_partie

utile est 6 mm; il

est

_porté

_par une

_plate-forme

dont la

_position

est

réglable.

Le

_{porte-châssis,}

mobile sur des

_glissières,

_permet

de

_placer

la

_{plaque photographique}

à une distance

connue du réseau.

Le corps de

l’appareil

est en

_{laiton ;}

les

rodages plans

Ri, R2,

R3,

en

bronze,

permettent

l’ouverture du

spec-trographe

pour les

réglages

et pour l’introduction de la

plaque

photographique.

Pour faire le

_vide,

on a utilisé une _{pompe moléculaire}

Holweck fonctionnant sur le vide

_{préparatoire}

d’une pompe à huile. Le tube à

décharges

t,

relié à une

bo-bine

_{d’induction, permet}

de se rendre

_compte

de la

pression

dans

_{l’appareil.}

b)

Difficultés rencontrées. - J’ai rencontré. dans

l’application

de la

_méthode,

de nombreuses difficultés.

Aussi,

bien que de nombreux essais aient été effectués

pendant

plusieurs

années,

les résultats satisfaisants sont peu nombreux.

La

_principale

difficulté

_provient

de la

_présence

d’un voile sur la

_plaque

_{photographique.}

Les radiations

_qui

produisent

ce voile sont vraisemblablement émises par

l’air résiduel du

_{spectrographe qui,}

ionisé sur le

_trajet

des faisceaux, émet les radiations d’ionisation et de

ré-sonance ; le noircissement de la

plaque

est

_parfois

beau-coup

plus

accusé au

_voisinage

des traces des faisceaux direct et réfléchi

_(cliché

_{1) ;}

le voile

_disparaît

si on

rem-place

la _{cellule par} une source de lumière visible.

Si on réalise un bon

vide 1

mm de

mer«ure) ,

1 le

voile est

_supprimé,

mais on fait

_disparaitre

du même

coup

l’impression

des faisceaux

_direct,

réfléchi et dif-fractés sur la

_plaque

_{photographique ;}

l’émission des

cellules semi-conductrices ne se

_produit

_{pas dans le}

vide. D’autre

_part

on n’obtient pas de résultats satisfai-sants si la

_pression

atteint

_quelques

mm de mercure;

les radiations ionisantes sont en effet

_absorbées,

dans

ce cas, avant d’atteindre la

_{plaque photographique.}

Une

_pression

de l’ordre d’une fraction de mm de mer-cure convient bien.

Les

_impressions

des faisceaux direct et réfléchi sur

la

_{plaque photographique}

se détachent en

_général

très

nettement sur le fond

_voilé;

_mais,

très

souvent,

l’im-pression

des _{faisceaux diffractés n’est pas sensible. Les}

quelques

résultats satisfaisants obtenus l’ont été en

réalisant les conditions suivantes :

a)

Li tension doit être assez élevée

_(quelques

milliers

de

_volts)

b)

Il est

_préférable

de ne pas serrer fortement la

grille

sur la substance

semi-conductrice;

on a

_déjà

c)

Il faut choisir convenablement le

_temps

de pose. S’il est

_{trop faible,}

_{l’impression}

_{n’est pas}

sensible ;

s’il est

_trop

_long,

la

_plaque

est considérablement

_{voilée ;}

une durée de 10 à 20 heures convient bien en

_général

pour les

plaques

sensibles utilisées

_{(Lumière Opta).}

d)

Enfin,

on a dû limiter le faisceau

_qui

tombe sur le

réseau par des fentes assez

_larges

_{(i mm).}

On a utilisé toute la

_partie

_rayée

du _{réseau alors que, pour les} me-sures

_précises,

il faut limiter la

_partie

utile à une bande étroite,

_Aussi,

_{l’approximation}

des résultats est _peu

satisfaisante;

la discussion montre que l’erreur

possible

est _{environ 3 A pour i,} = 12 Á et 15 À

pour X ~ 600 À

c)

Résultats obtenus. - Les meilleurs clichés ont été obtenus avec les cellules à

_{l’oxyde jaune}

de

mer-, cure,

qui

donnent un

rayonnement intense,

ou les

cel-lules au carbonate de sodium

_effleuri,

_pour

_lesquelles

le

_rayonnement

a une valeur initiale

_plus

_faible,

mais ne diminue _{que lentement} au cours du

_temps.

On n’observe en

_{général qu’une}

seule bande

dif-fractée dont les

limites,

un _peu

_imprécises

et variant

un _{peu d’un cliché à}

_l’autre,

sont environ 50 et 170

À ;

cette _{bande étant peu visible} sur le voile continu de la

plaque photographique,

le cliché 1 n’a pu être repro-duit

_qu’après

deux

_tirages

successifs sur

_plaques

à très

grand

contraste

_{(Guilleminot Collodium).}

Une autre bande très étroites est

_parfois

visible aux enviruns de 20 À

_(peut-être

Ka 0 =

23,8

1).

Dans deux cas

_seulement,

_{l’impression}

des faisceaux

diffractés a été vraiment accusée

_{(cliché 2).}

La

_première

bande A

_s’élargit

_alors;

elle atteint environ 2001 du côté des

_{grandes longueurs}

d’onde ;

du côté des faibles

_longueurs

d’onde,

sa

_{limite, imprécise}

_{par suite}

de l’irradiation des faisceaux direct et

_réfléchi,

_paraît

inférieure à 8 ~. On voit en

_{même temps apparaître}

une

autre bande

B,

moins

intense,

dont les limites sont

environ 250 et ’7001.

Vraisemblablement,

l’interruption

observée entre

les bandes A et B

_provient

d’une

_absorption

considé-rable de l’air. En

_extrapolant

les résultats d’Holweck

(figure 6),

on obtient en effet un coefficient de

_plusieurs

centaines à la

_{pression atmosphérique}

et,

par

suite,

de

quelques

dixièmes à la

_pression

utilisée

_(une

fraction

de millimètre de

_mercure);

_{pour N.} =

0,1,

l’intensité

est _{divisée par 400}

_après

un _{parcours de 60} cm.

On a admis dans les calculs des

_longueurs

d’onde que les

spectres

diffractés

_{correspondent}

au 1. er

_ordre;

il

est très

_possible

_{que la}

_{superposition}

du

_spectre

du ~e ordre

_élargisse

les bandes

_observées,

en

_particulier,

la limite

_supérieure

_(?00

_{.1) indiquée}

_{pour la bande A} est

_{peut-être trop}

élevée.

En l’étude

_{spectrographique}

_du

rayonne-ment des cellules semi-conductrices dans un _vide

par-tiel confirme les résultats obtenus à la

_pression

atmos-phérique

par la méthode d’ionisation. Le

rayonnement

est

_{complexe :}

il contient des radiations dont les lar-geurs d’onde sont

comprises

entre une dizaine et

quel-ques centaines

II.

_Origine

du

_rayonnement

des cellules

semi-conductrices .

A. Examen d’une

_hypothèse

situant

_l’origine

du

_rayonnement

dans la substance semi-conduc-trice. --

L’expérience

ayant

montré que l’émission

d’un

_rayonnement

_{absorbable par} une cellule

semi-conductrice est en corrélation avec l’existence d’une discontinuité du

_potentiel

sur la

_grille

de la

_cellule,

on

a d’abord

_pensé

à situer

_l’origine

du

_rayonnement

dans la couche mince de la substance où se

_produit

la varia-tion

_rapide

du

_potentiel.

L’explication

est la suivante : I)ans le

_champ

élec-trique

intense

_qui

existe au

_voisinage

de

l’électrode,

les centres

_électriques

_{qui transportent}

le courant

acquièrent

de très

_grandes

vitesses ;

leur choc contre

les ions du réseau _{cristallin provoque l’émission} du

rayonnement

électromagnétique.

Certains centres

559

la

_{grille qui}

sert

d’électrode;

les autres

_pénètrent

dans l’air et diffusent au

_voisinage

de la cellule.

Objections

à cette

_hypothèse:

_{L’hypothèse}

_qu’on

vient

d’exposer,

et

_qui

ne fait

_jouer

aucun rôle à l’air

atmos-phérique,

ne

_paraît

_pas

_{susceptible d’expliquer}

la

dis-parition

du

_rayonnement

dans un vide

_poussé.

On

_peut

faire encore

_{l’objection}

suivante :

Les radiations

_{pénétrantes}

du

rayonnement

nécessi-tent,

pour leur

production,

une différence de

_potentiel

toujours plus

faible,

mais souvent du même ordre de

grandeur

que la discontinuité du

potentiel

sur la

_grille

de la cellule. Prenons

l’exemple b (page 556) ;

pour

une discontinuité de 1000

volts,

le coefficient

d’absorp-tion par l’air de la

partie pénétrante

du

rayonnement

est

6,9 cm- t ;

la

_figure

6

_permet

de fixer la

_longueur

d’onde de ces radiations vers 15 À ou vers 35 Â suivant

qu’on

utilise la

_partie

ab ou la

_partie

ef de la courbe

1;

les

_{quanta correspondants}

sont voisins de 800 volts

(pour

15

₁₎

ou de 350 volts

_(pour

35

_Â).

Il faut donc

ad-mettre que la couche où se

_produit

la variation

_rapide

du

_potentiel

est assez _{étroite pour que} certains centres

chargés puissent

en traverser sans choc une notable

partie.

Or, la mesure des

_capacités

au contact d’une substance semi-conductrice et d’une électrode

métal-lique

m’a

_permis

de déterminer l’ordre de

_grandeur

de cette couche

_{(~) ;}

les résultats sont voisins de 10-2 ou

~ 0-3 cm. Il

_paraît

invraisemblable _{que des centres}

chargés puissent

parcourir

sans choc une distance

aussi

_grande

dans un milieu

_{cristallin ;}

les théories

électroniques

de la conductibilité

_{métallique qui}

font

intervenir un _{libre parcours moyen des électrons}

ad-mettent une valeur de l’ordre de 10-6 cm.

B.

_Arguments

en faveur

d’une

_hypothèse

si-tuant

_l’origine

du

_rayonnement

dans une couche

mince d’air au contact de la cellule. -

_a)

_Exposé

de

_{l’hypothèse.}

-- La

figure

8

_représente

la forme des

Fig, 8.

lignes

de courant

_(en

traits

_pleins)

et des surfaces

équi-potentielles

(en pointillés)

dans une cellule

semi-con-ductrice au

_voisinage

de la

_grille.

Le

_potentiel

de la (1) C. R~, 1933, i96, p. 1 517.

Thèse de _{doctorat, p.} 36à

grille

étant

_pris

_{égal à}

_zéro,

celui du

_point

A,

situé dans la substance semi-conductrice très

_près

du

_métal,

re-présente

la discontinuité du

_{potentiel ;}

le

_potentiel

du

point

B est

_plus

élevé.

Dans la

_région

hachurée sur la

_figure,

le

_champ

élec-trique

a donc une

_{grande valeur ;}

_{l’hypothèse}

consiste

à admettre que c’est dans cette

_région,

_{traversée par}

une effluve, que se

_produit

le

_rayonnement

observé. Dans cette

_hypothèse,

le rôle de la cellule est donc

seulement de créer une différence de

_potentiel

élevée

entre deux surfaces

_séparées

_par une couche d’air de

faible

_épaisseur.

b)

Arguments

en faveur de

_{l’hypothèse}

_proposée.

-1- Une

_{f raction}

_appréciable

du courant

_{électrique qui}

traverse la substance est réellement

_transportée

_par une

effluve

dans l’air au

_voisinage

de la

_grille.

- On

cons-tate en

_effet,

en

_plaçant

la cellule dans le

spectro-graphe

décrit

_{précédemment,}

_que l’intensité du

cou-rant à travers la substance semi-conductrice

_dépend

de la

_pression

de l’air. L’influence de cette

_pression

est

_{particulièrement grande lorsque}

le contact de la

grille

est très

_imparfait;

l’intensité du

_courant,

négli-geable

alors à la

_pression

_{atmosphérique}

ou dans le

vide

_{cathodique, prend}

une valeur

_appréciable

_pour

une

_pression

de

_quelques

cm ou

_quelques

mm de

mer-cure.

Le passage de l’effluve est d’ailleurs

_accompagné

d’une luminosité

violacée,

dont l’intensité s’accroît d’abord

_quand

on diminue la

_pression,

_puis

_disparaît

dans le vide

_{cathodique (1).}

Le cliché 3 été obtenu en

_plaçant

une

_plaque

photo-graphique

à faible distance d’une cellule au carbonate de sodium en fonctionnement

_{(tension :}

1500

_{volts) ;}

devant la

_plaque

était

_disposée

une lame

_métallique

percée

d’une fenêtre _que recouvraient en

_partie

une

bande de

_{cellophane (épaisseur :}

0,02

mm)

et une

bande de mica

_{(0,05 mm).}

_{On voit que}

_{l’absorption}

_par le mica et la

_cellophane

a été

_notable,

mais non

_totale;

l’impression photographique

doit donc être attribuée à la fois à des radiations absorbables et à des radiations

(t) L’accroissement de la luminosité par diminution de la

pression a été indiqué par Sclsr.owsm, Bulletin de l’Académie

situées dans le domaine visible et le

_proche

ultra-violet

_{1’ )}

Toute action

_{photographique disparaît}

dans le vide

cathodique.

2° Le passage d’un courant

_électrique

_{dans l’air par}

une étincelle ou une

_aigrette

est

_toujours

_acconlpagné

de l’émission d’un

_rayonnenlent

absorbable.

On a établi

_depuis

_longtemps

qu’une décharge

élec-trique

dans l’air à

_{pression atmosphérique}

ou sous

pression

réduite était

_accompagnée

de l’émission d’un

rayonnement

ionisant

_absorbables

M. Dauvillier

₍₃₎

conteste cette émission dans les

me-sures faites à la

_{pression atmosphérique;}

à son

_avis,

il y aurait

seulement,

comme dans le cas des cellules

semi-conductrices,

diffusion dans l’air avoisinant de gros ions de

Langevin. Cependant,

J.-J.

_{Thomson (4)}

affirme _{que, si l’on}

_prend

les

_précautions

nécessaires,

l’émission des « _{rayons de}

_décharge

»

_peut

être mise

en évidence à la

_{pression atmosphérique.}

30

_Influence

du contact de la

_grille

avec la substance

semi-conductrice.

_Lorsque

le contact est

_imparfait,

l’in-tensité du courant à travers la cellule est assez

_faible,

mais ce courant est _{presque entièrement}

_transporté,

de la

_grille

à la substance

semi-conductrice,

par une

effluve dans

_{l’air ;}

on

_comprend

_qu’alors

_le

rayonne-ment émis

_puisse

devenir

_{particulièrement}

intense. L’émission de radiations absorbables reste même

ap-préciable lorsqu’il n’y

a contact en aucun

_point

t entre la

_grille

et la substance semi-conductrice et leur coef-ficient

_{d’absorption}

est _{alors du même ordre de} gran-deur que

lorsque

la

_grille

est serrée sur la substance.

4°

_Disparition

du

_rayonnement

dans le vide.

L’hypo-thèse

_{proposée explique}

immédiatement cette

dispari-tion.

3° Ernission de centres

_{électriques claargés}

_{par la}

cellule. Montrons enfin que 1 émission de centres

élec-triques

d’un seul

_{signe s’explique}

aisément. La

_figure

9

indique

la forme des

_lignes

de force du

_champ

élec-trique

dans

l’air,

au

_voisinage

de la

cellule,

lorsque

la

_grille

est cathode. Ce

_{champ électrique}

entraîne,

dans le cas

_considéré,

des

_{charges positives ;}

elles

peu-vent,

dans le

_{dispositif représenté}

par la

figure

1,

être entraînées vers le

_plateau

_collecteur,

mais seulement

si le

_{champ électrique}

dans la chambre d’ionisation a un sens convenable. Les

_charges

entraînées

provien-nent _{par diffusion de la}

_région

_{traversée par}

_l’effluve,

ou sont dues à l’ionisation très intense de l’air entre

(1) IsAy. A. BALiNKi. _qui a aussi étudié cette action

photo-graphique des cellules semi-conductrices, estime _que, dans certains cas, le _rayonnement contient seulement des radiations absorbables _(Phil maq., 19.’,1, lt. p. 315).

(2) WiEDEMAN. Z. Electrochemie, 1b95, p. 159. HOFFMA;N. llied. Ann , 1897, 60, p. 269

J.-J. THomso; _{Phil. mag., 9925, 49, p. î6 et 1926,2, p. 674.} DAUVILLIER Journal de _{Physique, 1926, 7, p.} 369. Phic. 1926 29, p. 1046. C. Il., 1926, 182, p. 575.

(3) Journal de _{Physique, 1934, 5, p. 18’~.}

(’) Proc. Phil., 1899, 10, p. i4

les mailles de la

_grille

par les radiations les

plus

absorbables du

_rayonnement

émis.

Fig. 9.

C. Examen d’une

_hypothèse

_proposée

par

Iasy

A. Balinkin. -

_IsayA.

Balinkin

₍₁₎

a

_proposé

une

_{hypothèse qui}

fait

_également

intervenir l’air dans

l’émission du

_rayonnement.

_D’après

cet

auteur,

il

reste un _{peu d’air entre les}

_grains

de la substance

semi-conductrice;

pour des tensions

suffisantes,

cet air intervient dans la conduction du

courant;

certaines molécules d’air activées

_{s’échappent}

dans l’air ambiant et émettent le

_rayonnement

_{observé par retour à l’état} normal. Cette

_explication,

_qui

fait _{intervenir l’état}

gra-nulaire de la substance

semi-conductrice,

paraît

peu

acceptable lorsque

la masse

_comprimée

est très

com-pacte ;

l’émission d’un

_rayonnement

_peut

d’ailleurs s’observer en utilisant un cristal

_homogène,

_{d’alun par}

exemple.

La différence de

_potentiel

entre deux

_grains

consécutifs d’une matière

_qui

a été finement

_pulvérisée

est d’ailleurs nécessairement assez

_faible;

_j’ai

montré

qu’au

contraire,

il se

_produit

une

_grande

différence

de

_potentiel

dans une couche mince d’air au contact de la

_{grille (page 559).}

Pour

_justifier

son

_{hypothèse, Isay}

A. Balinkin

_signale

que l’air

|aspiré

au

_voisinage

d’une cellule en

fonction-nement’

est

_capable

_{d’impressionner}

la

_plaque

photo-graphique.

M.

Dauvillier,

s’appuyant

sur cette

expé-rience,

estime que le

rayonnement

des cellules semi-conductrices est formé de radiations voisines de 3 000 à

_provenant

_{de la neutralisation des gros ions}

de Langevin

dont il admet la

_production;

l’émission de radiations voisines de 3 000 ~~ est très

_possible,

mais elle ne contredit pas l’existence d’un

_rayonnement

absorbable et ionisant situé dans le domaine intermé-diaire. M.

Reboul,

qui

a

_repris

_{l’expérience}

de

Balin-kin,

a _{effectivement observé que les gaz}

_aspirés

au

contact de la

_grille

d’une _{cellule restent actifs pour la}

plaque photographique pendant

un

_temps

voisin de deux

secondes,

mais le

_rayonnement

_{émis n’est pas} ionisant

_(2).

On

_pourrait

_{penser à attribuer le courant} d’ionisa-tion mesuré à l’électromètre à l’effet

_{photoélectrique}

produit,

sur la

_grille

ou le

_plateau

collecteur de la chambre

d’ionisation,

par ces radiations voisines de

3 COO 1. Mais l’air _{n’est pas absorbant dans} cette

ré-gion ;

comment

_expliquer

_{alors que,}

_lorsqu’on

_éloigne

la cellule de la chambre

_{d’ioni·alion,}

le courant d’ioni-(1) Phil. 1’nag.. 1931, 1f, p. 315.

561

sation diminue très

_{rapidement jusqu’à}

devenir nul pour une distance de l’ordre du centimètre?

D.

_{Expériences complémentaires. -}

J’ai

_pensé

que l’étude

expérimentale

du passage du courant dans

une mince couche d’air entre une électrode

métallique

et une substance semi-conductrice

_{pouvait permettre}

de

_préciser

le mécanisme de l’émission des cellules semi-conductrices.

ire

_{expérience. -}

Une substance

semi-conductrice,

dont une face

_plane

_{repose d’abord} sur une électrode

métallique,

peut

être soulevée d’une

_quantité

mesu-rable ;

le

_dispositif

utilisé est

_représenté

sur la

_figure

10;

on _{constate que le} courant

_électrique,

aux tensions

élevées, continue à passer tant _{que la distance reste}

assez faible.

Fig 10.

Exp,mple:

Substance :

_{oxyde jaune}

de mercure. ; tension : 3 000

_volts;

la lame

_métallique

est la

ca-thode

Pour une tension de

_quelques

milliers de

volts,

la distance de la lame

_métallique

à la substance étant

une fraction de

_millimètre,

_{le passage du courant est}

accompagné

d’un bruit d’effluve et d’une luminosité violacée visible dans l’obscurité.

Qnand

on diminue la tension ou

_{qu’on éloigne}

suf-fisamment la

substance,

le bruit d’effluve et la lumi-nosité deviennent

insensibles ;

il passe

cependant

en-core un courant très faible

_(par

_exemple

de l’ordre de 10-1e ou 10-9

_ampères).

2e

_{expérience :}

_Répartition

des

_potentiels

dans la

couche d’air. --La

_figure

1 t

_représente

le

_montage

em-ployé. L’extrémité 1)

d’une

_aiguille

fine

_peut

se

_déplacer

entre la substance semi-conductrice et l’électrode

métal-lique

M;

cette

_aiguille

est

_portée

_{par le}

_{levier p}

01 et

l’index 1

_permet

de mesurer son

_{déplacement.}

Un mètre

_{électrostatique}

_permet

de mesurer la différence de

_potentiel

_{entre p}

et

M,

ou

_{entre p}

et la sonde S voi-sine de l’extrémité de la cellule.

Fig.il.

Si la tension est assez _peu

_élevée,

on _{constate que}

le voltmètre relié

_{entre p}

et M ne se

_charge

_{pas ;} au

contraire,

il se

_{décharge rapidement}

en donnant une

indication bien déterminée si on l’a

_chargé

au

préa-Fig. 12.

lable en

_mettantp

en contact avec la substance semi-conductrice. Si le voltmètre est monté entre S

_{et p,}

il

se

_charge

bien, mais ne se

_décharge

_{pas si la}

_pointe

_p,

On

observe des

_phénomènes

_analogues

dans le cas

d’une

_aigrette

entre une

_pointe

et une lame

métal-lique ;

on les

_interprète

en disant que le courant n’est

transporté

que par des ions d’un seul

_signe.

Il faut

admettre,

dans

_{l’expérience}

_qu’on

vient de

décrire,

que les centres

chargés qui transportent

le

courant vont de l’électrode

_{métallique vers}

la substance. Par

_exemple,

_{supposons que l’électrode M étant la}

cathode,

le voltmètre soit relié entre M et _{p ; pour que} le voltmètre se

_charge,

la

_{pointe p}

doit

_capter

des ions

positifs ;

la

_charge

ne se

_produit

_{pas parce que les ions}

négatifs

transportent

seuls le courant.

La

_figure

12

_représente

la

_répartition

du

_potentiel

dans la couche

d’air ;

on voit que le

champ électrique

a une valeur élevée au contact de la substance semi-conductrice et surtout au contact de l’électrode

métal-lique.

Le sens de la concavité de la courbe

_indique

le

signe

de la

_{charge spatiale}

_{p ;}

_si,

_par

_exemple,

M est

d2 V

cathode,

l’équation

q de Poisson

d

montre

dx2 P

que la valeur de p est

négative (sauf

au contact de

_{M) ;}

c’est bien le résultat

_auquel

on devait s’attendre

_d’après

les conclusions du

_{paragraphe précédent.}

Pour une tension

_plus

_élevée,

la courbe

_{représentant}

la variation du

_potentiel

_garde

une forme

_analogue,

mais le voltmètre

_{électrostatique}

se

_charge

ou se

dé-charge rapidement, quel

que soit son

_montage;

le

cou-rant est alors

_transporté

_{par des} ions des deux

_signes.

Si la tension est

_trop

_grande,

une

_{décharge électrique}

se

_produit

entre M

_{et p ;}

les mesures deviennent

im-possibles.

Conclusions :

_origine

du

_rayonnement

absorbable. On a

_{déjà indiqué}

_que,

_lorsqu’une

cellule semi-conduc-trice

_fonctionne,

une

_partie

du courant

_qui

la traverse est

_transportée

_par un effluve à travers l’air. Les

ex-périences

précédentes

montrent que, dans cet

effluve,

le

_{champ électrique}

a une valeur intense au contact de la

_{grille métallique}

et au contact de la substance

semi-conductrice. Dans ces

_régions,

les électrons libres

prennent

de très

_grandes

vitesses et l’ionisation est

intense. Certains électrons

acquièrent

une

_énergie

considérable de

_plusieurs

centaines de

_{volts ;}

leur choc

contre les atomes

_d’oxygène

et d’azote

_peut

_provoquer

l’expulsion

d’un électron dans la couche interne K et l’émission des radiations

_{caractéristiques}

de ces

atomes,

lesquelles

sont situées dans le domaine inter-médiaire.

_Enfin,

le choc des électrons

_rapides

contre la surface de l’électrode ou celle de la substance

semi-conductrice _provoque l’émission d’un

_rayonnement

continu;

les résultats

_{expérimentaux}

contenus dans cet article montrent que ce mode d’émission des radiations ionisantes observées doit être

_{prépondérant.}