Déclin de la luminescence du CdS bombardé par des électrons

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Submitted on 1 Jan 1965

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Déclin de la luminescence du CdS bombardé par des électrons

F. Bombré, F. Gans, J.-M. Guillard, R. Rocherolles

To cite this version:

F. Bombré, F. Gans, J.-M. Guillard, R. Rocherolles. Déclin de la luminescence du CdS bombardé par des électrons. Journal de Physique, 1965, 26 (10), pp.594-596. �10.1051/jphys:019650026010059400�.

�jpa-00206037�

594.

DÉCLIN DE LA LUMINESCENCE DU CdS BOMBARDÉ PAR DES ÉLECTRONS

(1)

Par F.

BOMBRÉ,

^F.

GANS,

^J.-M.

GUILLARD,

Laboratoire d’Infrarouge Technique ^et Appliqué, ¹ chemin du Couvent, Gif-sur-Yvette, Seine-et-Oise.

et R.

ROCHEROLLES,

Centre de Recherches de la Compagnie ^Générale d’Électricité, Marcoussis, Seine-et-Oise.

Résumé. 2014 Mesure des constantes de temps caractérisant le déclin de la luminescence du sul- fure de cadmium bombardé par les électrons. ^{A ce déclin on} peut assigner deux constantes de

temps distinctes, ^{l’une de l’ordre de 10-8} s, l’autre voisine de 10-6 s.

Abstract. 2014 Measurement of the time constants characterizing ^the decay ^{of the} luminescence of electron bombarded cadmium sulfide. Two different time constants may be assigned ^{to this} decay, ^one is about 10-8 s, the other about 10-6 s.

LE JOURNAL DE PHYSIQLE ^TOME 26, ^OCTOBRE 1965,

Au cours d’une s6rie de travaux anterieurs dont

nous avons

deja publi6

^les

r4sultats,

^{nous avons}

etudie le rayonnement emis par des monocristaux de sulfure de cadmium pur,

portes

^{a la}

temperature,

ambiante ou a la

temperature

de 1’azote

liquide, lorsqu’on

les bombardo _par des electrons animes

d’une

energie

de 25 kilovolt,s.

Nous avons pu ^constater que les radiations 6mises se divisaient en deux groupes :

1’un,

^dont

la

longueur

^{d’onde ne} semble pas varier sensi- blement avec la

temperature,

^{situe vers la}

region

verte du spectre, ^et l’ autre, ^{dont la}

longueur

d6crolt avec la

temperature.

La couleur varie du vert, ^{a la}

temperature ambiante,

^au

bleu,

^{a la}

temperature

de 1’azote

liquide.

Diff6rents auteurs ont montre que ^ce

deplacement

^se

poursuivait

^vers

le bleu

quand

^la

temperature

continuait à decroitre.

Nous nous sommes

particulierement

interesses à

ce deuxi6me groupe de radiations ^et nous avons pu montrer

qu’elles

^sont

produites

^{par une transition}

dont la variation

d’energie

^reste

legerement

^infé-

rieure a la valeur de la bande interdite de la subs- tance a la

temperature

^de

1’experience.

^{Nous avons}

egalement

^montre que

parmi

les radiations

emises,

certaines etaient

polarisées,

^{et nous avons} pu

pr6-

ciser que ^ce deuxierne gloupe de radiations ^ne pro- venait pas de la surface du

cristal,

^mais

qu’il

^etait

effectivement

engendré

^{dans une}

region

^{du cristal}

ou les

phenomenes

attribuables a l’influence de la surface ne se

produisent plus.

^{On se trouve donc}

bien r6ellement en

presence

d’effets caracterisant la substance

meme, -

ici le sulfure de cadmium -

qui

^{est bombardee.}

Il est

6galement

interessant de chercher a eva- luer les

probabilités

des differentes transitions se

produisant

^{lors de} 1’6mission de ces groupes de radiations. Ces

probabilités,

^{sur le}

plan exp6ri- mental,

^se traduisent par des differences ^entre les (1) Conference faitea le 29 Mai 1965, devant la Seetion

d’Optique ^de la Société franraise ^de Physique.

constantes de temps ^des

phenomenes optiques auxquels

^cas transitions donnent naissance.

Nous avons

entrepris

^{la mesure de ces constantes}

de temps ^{en vue} de determiner ^- entre autres

objectifs

^- si les transitions observ6es sont ^« per- mises » ou « interdites »

puisque,

^{comme on le}

sait,

les

premieres

^sont caract6ris6es par des ^constantes de temps de l’ordre de 10-8 _s, alors que les ^tran- sitions interdites se

signalent

par des constantes de

temps ^{de 10-6 s et}

plus.

Les constantes de temps

croissent a mesure que l’interdiction est

plus

^stricte.

Les methodes ^{de mesure de} constantes de temps

des

phenomenes

^de luminescence se ram6nent toutes a la meme : on coupe

brusquement

^1’action

de

l’agent

excitateur de la

luminescence ;

^celle-ci

d6croit,

^{et l’on mesure} la vitesse de cette decrois-

sance. Ces

phenomenes

peuvent ^{etre tres}

rapides.

Les mesures de constantes de temps aussi faibles sont ordinairement

delicates, mais,

^{dans le cas}

qui

nous occupe, elles ^sont rendues

plus

^faciles par le fait

qu’on

n’a pas de mal a

agir

^sur le faisceau d’electrons de bombardment en faisant varier la

polaiisation

^{de la}

grille

^{du canon a} electrons. On arrive a

engendrer

^des

impulsions

^{dont le} temps ^de montee, ^{et de} descente, ^ne

d6passe

pas, si l’on

prend quelques precautions,

^une fraction de nano-

seconde.

La tension de

polarisation

^{de la}

grille

^est

n6ga-

tive et

fix6e,

^au

voisinage,

et, ^{en valeur}

absolue, quelque

peu au-dessus de la tension ^« de coupure » du canon : le courant dans le faisceau d’électrons de bombardement est alors nul. II suffit

d’appliquer

des

impulsions positives

convenables sur la

grille

pour obtenir des

impulsions

^{de courant dans le}

faisceau et, par suite, ^des

impulsions

^{de flux} rayonnant ^dans remission lumineuse du cristal bombard6.

Ces

impulsions

sont recues ^{sur un}

photomulti- plicateur.

^Le

signal engendré

par celui-ci est

envoye

^{vers un}

oscillographe cathodique rapide;

^On

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:019650026010059400

595

observe et on mesure la duree de décroissance du

signal

^sur

l’oscillographe.

Toutefois,

^les

appareils d’emploi

^{commode et de}

sensibilit.e suffisante ne suivent pas ais6ment des

frequences

^{de l’ordre} de 100 MHz et

plus,

^{et 1’on}

est

contraint,

^{si l’on tente}

d’appliquer

les m6thodes

classiques

^{de mesures de} constantes de temps, ^de

se limiter a des valeurs _peu inf6rieures a 10-6 ^s.

On laisse alors

échapper

^ce

qui

^{concerne les tran-}

sitions

permises.

Pour atteindre

celles-ci,

^{nous avons fait}

appel

a la m6thode dite ^«

d’echantillonnage

^»

qu’il

^est

ais6

d’appliquer

^{dans le cas}

present,

^le

phenomene

de bombardement 6tant tres facile a rendre

r6p6-

titif a une cadence convenable.

Cette methode

pr6sente

^de

grands

avantages ^au

point

^{de vue} de la commodite

d’emploi

^{et de la}

sensibilite.

Comme on le

sait,

la m6thode

« rl’échantillonnage»

consiste a

prélever

^a

chaque impulsion

la valeur du

signal engendré

^{en un} instant t de

l’impulsion, puis,

^sur

1’impulsion suivante,

^{en un instant}

t +

At, puis t

^{+ 2At,...}

Notre

dispositif d’echantillonnage

^{n’ étant} pas tout. a fait

classique,

^nous allons dire un mot de son fonctionnement.

Le

point

^a

signaler

^{concerne notamment la} pro- duction des

impulsions appliquees

^{4 la}

grille

^du

canon. On

utilise,

pour les

obtenir,

^le

generateur

meme fourni par le constructeur pour etalonner le

dispositif d’echantillonnage (Ribet-Desiardins

241

A).

On peut, ^{a l’aide de cet}

accessoire,

engendrer ^des

impulsions r6glables,

^en tension, ^{de 0 a 100}

volts,

de duree 10 _ns, de temps ^{de montee}

0,1

^{ns et se}

répétant

^{a la}

frequence

^{de 400 Hz.}

Notre detecteur etait ^un

photomultiplicateur

^à

r6ponse rapide

^{56 AVP de la}

Radiotechnique

^dont,

nous avons modifi6 les connexions de sortie. 11 devient ainsi peu different du modele XP 1.020 du mime constructeur dont il a a peu

pt8s

^les

perfor-

mances

(temps

^{de montee :}

0,2

^ns

environ,

temps

de descente : voisin de 4 ns). ^{II est} reli6 a l’oscil-

loscope

par l’interm6diaire d ’une

ligne

^{a retard.}

Les

impulsions

^{ont une forme}

qui

n’est pas satis- faisante : ^on remarque, dans le bas de la descente et 40 ns

plus tard,

des deformations

qui

^donnent

naissance a des

signaux parasites.

On s’en affran- chit en

polarisant négativement (2013 100

volts) ^la

grille,

^{bien au-dela} de la tension de coupure,

qui

est de 50 volts environ. On superpose alors a ^cette tension continue les

impulsions

fournies par le

g6n6rateur (fig. 1).

^Cela revient a dimmer toute la

« base ^» du

signal,

^{seul reste actif le « sommet ) de}

chaque impulsion.

On reconstitue

point

par

point, pr6l6vement

^par

pr6l6vement,

^le

signal

sur 1’ecran de

1’oscillographe.

Les

impulsions

lumineuses

produites

par la

poudre

^{ne sont} pas observ6es directement par le

F1G. 1. ^- Polarisation du wehnelt.

photomultiplicateur ;

^{celui-ci est}

dispose

^derriere

un monochromateur. Les

r6glages

^de ces mesures

présentent

^une certaine difficult6, en raison du faible flux _moyen 6mis dans ces conditions _par les cristaux. En

effet,

^lp

generateur

^{fournit 400}

impul-

sions de 10 ns par

seconde,

le cristal bombard6 est done lumineux

pendant

^{une duree voisine de}

4 000 _ns, soit 4 Vs, c’est-a-dire ^une duree 250 000 fois

plus

^faible que celle

pendant laquelle

^{est bom-}

barde le cristal

lorsque le

flux d’61ectrons

qui

^vien-

nent le

frapper

^{est continu. Les}

r6glages optiques

sont alors ties

delicats,

^la luminescence moyenne 6tant tres faible. On

pr6f6re op6rer

^les

r6glages

^en

continu et passer ^{ensuite au}

regime

^en

impulsions

en

s’assu.rant,

a ]’aide d’un viseur

micrometrique,

que la tache lumineuse sur le cristal n’a _pas

change

de

place.

Pour obtenir nne meilleure utilisation de notre

spectrographe qui

^est tres peu lumineux ^- c’est

un

appareil

^de

3,25

^{m de focale a reseau concave} -, nous avons tire

parti

^du fait que la ^source 6tant

ponctuelle (de

^{nioins de}

0,1 mm2),

^son

image

passe

toujours

^{a travers la fente}

qui

^{ne la}

diaphragme

pas ; cela

conduit,

pour capter

davantage

^{de flux}

lumineux,

^{a diminuer} la distance source-lentille et,

bien entendu, a choisir celle-ci de

grande

^ouver-

ture.

Ia’image

^{se forme alors} loin de la lentille et il est facile

d’adapter

le faisceau a

1’angle

^solide

de 1’appareil.

A la

temperature ambiante,

nous avons pu

696

mettre en evidence sur la luminance

etudiee,

^deux bandes

qui presentent

ceci de curieux

qu’elles

^ont

l’une et l’autre

(a

^{4 880 et 4 940}

A),

deux dur6es de vie diff erentes.

On

observe,

^en

premier lieu,

^une constante de

temps voisine de ]a

microseconde,

^{en deuxi6me}

lieu,

^{une duree}

beaucoup plus

courte, ^{de l’ordre} d’une dizaine de nanosecondes

(fig.

^{2 et}

3).

L’aspect

^tres dissemblable de ces deux cliches

s’explique

du fait que l’un ^{a ete} realise _par la methode

directe,

^et

1’autre,

par la methode d’échan-

tillonnago.

Nous _avons, en effete ^ete contraints de r6aliser la mesure en deux temps : l’un pour le

phenomene rapide,

par

échantillonnage, l’ autre,

^en

direct,

^avec

l’amplificateur à

³⁰

MHz,

pour le

phenomene plus

lent,.

Le cliche obtenu _par cette dern]6re methode donne immediatement la constante de temps ^du

phénomène

^lent

(fchelle 0,5

i-ts par cm).

Un certain nombre de constatations ont pu etre f aites :

1

1)

A la resolution

pr6s

^du

spectrographe (2 A),

les

phenomenes rapide

^{et lent sont}

^confondus

^en

longueurs

^d’onde.

2) Lorsque, à

^tension d’acceleration constante,

on fait croltre le courant

transporté

par le faisceau

incident,

l’intensit6 du

phenomene rapide

aug- mente tres vite.

3)

^{Le flux}

transport6

par le

phénomène

^lent reste, ^{au cours de toutes ces} mesures,

sup6rieur

⁴

celui

qui

^est

transporte

par le

phenomene rapide.

Pour nous assurer du

premier

^{des trois}

points qui

viennent d’etre

signales : apparition

^simul-

tanee des

ph6nom6nes rapide

^et

lent,

^{nous avons}

utilise ensemble deux

oscillographes ;

^d’une part,

1’appareil

^de

grande

^bande passante ^{dont nous}

venons de

parler,

^d’autre part, ^un

oscillographe classique (Ribet-Desjardins

²⁵⁴

A),

^suffisant pour le

phénomène

^{lent. Une}

partie

^du

signal

aboutissant a ce

spectrographe

^est

pr6lev6e

a 1’aide d’une sonde

capacitive

^et

envoy6e

^{vers l’ autre oscillo-}

graphe.

Quels

que soient les

pai-am6tres exp2rimentaux

que l’on fait

varier, et

^en

particulier, quelle

que ^soit l’orientation de

l’analyseur qui

permet ^{de mettre}

en evidence 1’etat de

polarisation

de la lumi6re

6mise,

^{les deux}

phenomenes apparaissent

^et

dispa-

raissent en meme temps

lorsqu’on

fait varier la

longueur

^{d’onde affich6e sur le}

spectrographe

d’observation.

Nous avons done, pour ^une

longueur

^d’onde donn6e, ^deux

phenomenes

apparemment distincts : l’un est

lent,

^et r6v6le ]’existence d’une transition

interdite ;

^l’autre

rapide,

r6v6le 1’existence d’une transition

permise.

^Nous donnerons par ailleurs ^une

interpretation

^{de ce}

phénomène.

Manuscrit regu le 16 juillet ^1965.