L'effet photodiélectrique obtenu avec Zns(Cu, Co) et Zns(Cu. Ni)

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L’effet photodiélectrique obtenu avec Zns(Cu, Co) et Zns(Cu. Ni)

Jean Roux

To cite this version:

Jean Roux. L’effet photodiélectrique obtenu avec Zns(Cu, Co) et Zns(Cu. Ni). J. Phys. Radium,

1956, 17 (8-9), pp.813-814. �10.1051/jphysrad:01956001708-9081300�. �jpa-00235555�

813

L’EFFET PHOTODIÉLECTRIQUE ^{OBTENU AVEC} ZnS(Cu, Co) ^ET ZnS(Cu. Ni)

Par JEAN ROUX,

Laboratoire de Luminescence, ^{Faculté des} Sciences, ^Paris.

Summary. 2014 ^In

previous ^extensive study, ^it

pointed ^{out that the} dispersion ^{of the} complex dielectric constant of excited phosphors powders could result from three processes : the first kind process due to the dispersion ^of crystal dielectric constant, the second and the third kind _processes

being ^{two kinds of} peculiar Maxwell-Wagner dispersions. ^The experiments described here

concerned with ZnS(Cu), ZnS(Cu, Ni), ^and ZnS(Cu, Co). ^At

given frequency, ^the measurements of the real and imaginary part ^{of the} complex dielectric constant of the powder, ^show

killing

effect

the dielectric change, parallel ^{to the} quenching ^of phosphorescence. ^For

equal quantity ^of killer, ^the killing effect is much

important with Ni. Further experiments

with ZnS(Cu, Co) show that the main phenomenon impelled by introduction of Co, ^is

^decrease

of the critical frequency ^{in the first kind effect} dispersion region, while the static dielectric constant related to this region ^is hardly disturbed. ^{In terms} of a theory published ^elsewhere [1], ^this implies

^{increase of} the barrier height inside the two-well-traps concerned. On the other hand, photoconductivity ^is increased, ^so that the second kind effect dispersion region overlaps ^{the first one.}

LE

PHYSIQUE

LE

17, AOUT-SEPTEMBRE 1956,

^813.

I.

Les expériences décrites dans ce mémoire ont été faites dans l’intention de mettre en évi- dence l’in fluence de quelques activateurs et poisons

sur l’effet photodiélectrique auquel donne lieu le sulfure de zinc.

On utilisait des condensateurs plans ; ^{le diélec-} trique était constitué par le phosphore ^{enrobé de} paraffine (épaisseur voisine de 0,3 mm) ; ^{l’une des}

armatures était en aluminium ; ^la phosphores-

cence était excitée par des rayons X (3 ^{mA sous}

80 kV) à travers cette armature, ^dans des conditions

identiques pour ^toutes les expériences. ^{Les mesures}

de la capacité ^{CM et de la} conductance lm qui,

mises en parallèle, équivalent ^au condensateur

photosensible ^{à un instant} donné, pour ^une fré- quence donnée, ^ont été faites aux fréquences ^de

50 Hz, 10, 100, ^{et 1 000} kHz, ^{suivant une tech-} nique ^{décrite dans un mémoire antérieur} [1]. ^Nos

essais ont porté principalement ^{sur trois ZnS cal-}

cinés dans des conditions identiques par N. Arpia-

rian (que ^nous remercions vivement), et contenant tous la même proportion ^{de cuivre} (7 ^{X 10--b} g jg) ;

deux d’entre eux contenaient en outre une propor- tion dix fois plus ^{faible de} poison, ^du nickel pour

l’un, ^{du cobalt} pour l’autre.

II.1.

AUX FRÉQUENCES SUPÉRIEURES A

IkHz, ^le ZnS(Cu) ^se comportait normalement : : un seul domaine de dispersion pour ci ^et ci ^en

fonction de la fréquence ^{de mesure, dû à un effet}

de première espèce (c’est-à-dire que les variations de F-M ^et de ^em consécutives à l’excitation de la

phosphorescence ^{sont le reflet des} modifications de

c) et ^de c) (1), ^{comme nous l’avons} montré anté- (1) L’indice inférieur C correspond

cristal de phos- phore, tandis que l’indice inférieur M

rapporte

mélange phosphore-enrobant. ^{Les indices} supérieurs

et

désignent ^les paramètres

rapportant respecti-

vement à la poudre

d’excitation (équilibre atteint)

et à la poudre ayant perdu tout souvenir de l’excitation antérieure.

rieurement [1] ; ^sous excitation, Es /E ^était égal ^à 2,3, ^{et la} fréquence critique était voisine de 1 MHz. Après ^{cessation de} l’excitation, le déclin de la phosphorescence s’accompagnait d’une dimi- nution progressive ^de eMS tandis que la fréquence critique n’augmentait que ^très légèrement. ^Dans

le mémoire déjà cité, ^{nous avons montré} que l’effet

photo diélectrique ^de première espèce pouvait s’expliquer, ^{dans ses} grandes lignes, ^en supposant

que les complexes polarisables qui ^{en sont} respon- sables sont des pièges ^dans lesquels l’électron a

été capté ^et peut ^être

localisé » en deux points ^dif- férents, ^{avec une} égale probabilité ^{en l’absence de} champ appliqué ; la barrière de potentiel qui sépare

les deux positions possibles ^de l’électron piégé ^a

une hauteur E1; ^nous désignons par E2la profon-

deur du piège, ^{au sens habituel de la} phosphores-

cence. La hauteur moyenne de cette barrière à

un instant donné peut être évaluée par la relation :

Mmax désignant ^la pulsation critique ^{et s la cons-}

tante de Randall et Wilkins [2]. ^La faible varia- tion de _Mmax au cours du déclin de la phosphores-

cence montre que les différentes valeurs de E1

dans notre ZnS(Cu) varient peu d’un piège ^à

l’autre : la valeur calculée sous excitation est

0,12 ^eV.

L’effet photodiélectrique ^{dans le} ZnS(Cu, Ni)

était très fortement inhibé ; ^{les mesures} que ^nous

avons faites ne nous ont permis ^de percevoir qu’une ^forte augmentation ^{de la} fréquence ^cri- tique ^sous excitation, par rapport ^{au ZnS-Cu co,r-} respondant, ^sans qu’on puisse rien dire de E s.

L’effet photodiélectrique ^était beaucoup ^moins

inhibé dans le ZnS(Cu, Co), ^{il en était de même dela} phosphorescence. Toutefois, ^la présence ^{d’un effet}

de deuxième espèce ^{dans un} domaine de fré- quences recouvrant celui dans lequel ^{se manifeste}

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01956001708-9081300

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celui de première espèce, ^nous n’avons pu tirer que des conclusions très approximatives : ^{sous exci-} tation, ^{il semble} que la valeur de coi correspon- dant à l’effet de première espèce soit peu différente de celle qui correspond ^au ZnS(Cu) de la même

série ; ^en revanche, ^la fréquence critique ^{est beau-}

coup plus faible, environ 5 kHz. La valeur de El

déduite de ces propriétés ^est 0,26 ^eV.

A une fréquence donnée, ^le déclin de l’effet photo- diélectrique auquel donne lieu ZnS(Cu, Co) ^est plus lent que quand ^il s’agissait ^du ZnS(Cu) ^{de la}

même série ; ainsi, ^{5 minutes} après la cessation de l’excitation et à la fréquence ^{de 10} kHz,

était égal ^{à 59} % pour le premier, ^{à 43} % pour le second. Ceci montre que l’introduction de Co (à

cette proportion) ^dans ZnS(Cu) ^{se traduit} par ^une

augmentation de la moyenne des E2 ; la ^même

observation a été faite _par d’autres auteurs en ce

qui ^{concerne la} phosphorescence [3].

11.2.

A LA FRÉQUENCE ^{DE 50} Hz, ^{le déclin}

de cQ ^était beaucoup plus lent pour ZnS(Cu, Co)

que pour le ZnS(Cu) correspondant.

D’une manière générale, ^l’effet photodiélec- trique ^{à 50 Hz est} plus compliqué qu’aux ^fré-

quences supérieures ^{à 1} kHz, ^{en raison} de la super-

position ^de plusieurs mécanismes dont certains sont fortement influencés par l’intensité du champ appliqué. ^Notre appareillage ^{ne nous} permettant

pas de faire des ^{mesures à} des fréquences ^diffé-

rentes de 50 Hz, nous avons cherché à obtenir quel-

ques informations ^sur les mécanismes mis en jeu

par le ^tracé de quelques pseudo-diagrammes ^de

Cole ^et Cole [1], c’est-à-dire des courbes repré-

sentant les variations de cQ ^{en fonction} de ’

à mesure que ^se poursuit ^{le déclin de la} phosphores-

cence., ceci pour différentes intensités du champ ^de

mesure.

La figure reproduit ^{un tel} diagramme ^obtenu

avec un ZnS(Cu, Co). ^{Si l’on} excepte ^{la courbe} obtenue avec la plus ^forte intensité, ^on voit que le pseudo-Cole ^{et Cole} comporte ^{un maximum de} Sj ^bien caractérisé, apparaissant ^{à un instant du}

déclin qui dépend beaucoup de l’intensité du champ;

étant donnée la mobilité de ce maximum, ^il paraît

difficile de l’attribuer à un effet de première espèce ;

comme l’existence de ce dernier ne saurait être mise en doute, ^nous supposons qu’il ^est masqué

par ^un effet de deuxième espèce ( 2), auquel ^{il faudrait}

attribuer le maximum dont nous venons de parler.

Un deuxième maximum s’amorce sur la droite du

graphique, qui correspond ^aux premiers ^instants

Pseudo-diagrammes ^{de COLE et COLE} e:"(e:’)

obtenus avec ZnS(Cu, Co) ^{à la} fréquence ^{de 50 Hz.}

du déclin ; toujours pour les champs ^{pas trop} intenses, ^{il semble} que l’intensité du champ ait peu

d’influence ; ^il s’agit probablement d’un effet de troisième espèce (2). Les valeurs élevées de ci qui

ont été rencontrées avec des champs intenses, s’accompagnaient d’une anomalie diélectrique (apparition ^sur l’écran de l’oscilloscope ^d’une figure ^{semblable à un} cycle d’hystérésis) ^semblable

à celle que l’on ^rencontre fréquemment ^{avec le ZnO}

excité [1] ; ^{nous l’avons attribuée à la} présence

d’une barrière de potentiel ^entre les cristaux et les armatures (barrière qui ^est responsable ^{de l’effet}

de deuxième espèce), qui ^devient inopérante ^aux champs trop ^intenses.

Il semble que la même succession de phénomènes

se produise ^{avec le ZnS(Cu) de cette série ; mais}

avec les mêmes intensités de champs, ^{nous n’avons}

pas observé d’anomalie diélectrique, ^{sans doute}

parce que la conductivité de ^ce phosphore ^est plus

faible dans les mêmes conditions ; (Saddy ^a déjà signalé que l’introduction de Co dans ZnS(Cu) pou- vait provoquer ^une légère augmentation ^{de la}

conductivité [4]).

(2) ^Nous

désigné par effet photodiélectrique ^de

deuxième espèce les variations de CM ^{et de} Sm provoquées

par

effet Maxwell-Wagner

barrière de potentiel séparant ^{les cristaux des} armatures ; ^dans l’effet ^{de troisième} espèce, c’est l’enrobant situé entre les cristaux qui donne

lieu à l’effet Maxwell-Wagner ; ^{dans les deux cas, la} con-

ductivité électronique des cristaux est seule à intervenir.

BIBLIOGRAPHIE

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