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Submitted on 1 Jan 1978
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PHOTOTRANSPORTS EXTRINSÈQUE ET
INTRINSÈQUE DANS LES CRISTAUX POLAIRES
G. Chanussot, B. Dehaut, M. Ennaoui, L. Hafid, A. Ouedraogo
To cite this version:
JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C2, supplément au n° 6, Tome 39, Juin 1978, page C2-125
PHOTOTRANSPORTS EXTRINSÈQUE ET INTRINSÈQUE
DANS LES CRISTAUX POLAIRES
G. CHANUSSOT, B. DEHAUT, M. ENNAOUI, L. HAFID et A. OUEDRAOGO Laboratoire de Diélectriques, Faculté des Sciences MIPC, bâtiment Mirande, 21000 Dijon, France
Résumé. — D e s critères généraux p o u r les effets p h o t o v o l t a ï q u e s de volume d a n s les cristaux
ferroélectriques et pyroélectriques sont d o n n é s . L ' i m p o r t a n c e de ces n o u v e a u x mécanismes de t r a n s p o r t est discutée.
Abstract. — General criteria for photovoltaic effects in the bulk of ferroelectric and pyroelectric
crystals are given. The importance of these new transport mechanisms is discussed.
Cette communication dégage les différents effets de conduction observés dans des cristaux polaires lorsque ces derniers sont illuminés par une radiation lumineuse. Afin de préciser comment se placent ces effets parmi les effets photoferroélectriques, une vue d'ensemble de ces modèles est présentée dans le tableau ci-après (Tableau I) : le nom de leurs auteurs, la mise en évi-dence expérimentale des effets et les couplages impli-qués sont brièvement décrits.
La plupart de ces effets peuvent exister soit locale-ment (effets localisés au niveau d'impuretés), soit d'une façon collective. Tous n'impliquent pas néces-sairement un déplacement de charges dans le cristal. Seuls sont examinés en détail les modèles donnant un effet de transport.
1) 3 cas particuliers sont envisagés expérimenta-lement : L i N b 03 pur éclairé dans le spectre U.V.,
L i N b 03 dopé au fer (Fe2 + et Fe3 + ) et au cuivre (Cu2 +)
éclairé à X = 4 727 Â, BaTi03 dopé au fer éclairé à
X = 4 145 Â.
Pour ces trois cas, un courant photovoltaïque de volume (ou une phototensïon) ont été mis en évidence, en absence de tout champ électrique extérieur et de tout gradient.
2) Les modèles proposés actuellement sont passés en revue. Pour les cristaux purs, un effet collectif Franck Condon peut rendre compte de l'existence d'un courant électrique (CHANUSSOT, G., GLASS,
A. M., Phys. Lett. A 59 (1976) 405).
Pour les cristaux à défauts ponctuels introduits par dopage dans des sites asymétriques du réseau (LiNb03Fe), l'effet photovoltaïque est dû aux
pro-babilités de transfert différentes selon que l'on se
TABLEAU I
Modèles ferroélectriques Auteur Modèles classiques
— Modèle thermodynamique Fridkin [I] — Modèle photochromique
— Modèle de photoferropolaron Wemple [2] — Effets triviaux
Modèle du photoferrofluctuon Krivoglaz [3] — Limite du photophason Krivoglaz [4] — Centre optique pseudo Jahn- Chanussot [5J
Teller
— Centre optique Jahn-Teller Chanussot [6] Modèle de l'ion en site
photo-asymétrique
— Effet Franck-Condon Chanussot-Glass [7] — Phototransport asymétrique Glass [8J
— Centres métastables chargés Levanyuk [9] optiquement
Modèle du photoferroélectret Micheron [10]
Mise en évidence expérimentale Couplages impliqués
Dommage optique Potentiel de déformation
Variation d'absorption Principe de causalité (Kramers-Kro-nig)
Anomalies du photocourant à Tc Couplage électron-phonon L.O. et
anharmonicité L.O.-T.O. Effets pyroélectriques et
photovol-taïques couplés
Effet photovoltaïque Couplage électron-ion Couplage électron-ion
Photocourants thermiquement stïmu- Couplage électron-phonon (bandes lés non dégénérées)
Couplage électron-phonon (bandes dégénérées)
Concept de site photoasymétrique Effet photovoltaïque Couplage Franck-Condon Effet photovoltaïque Potentiel de déformation Dommage optique Potentiel de déformation Dommage optique Couplage électron-champ interne
C2- 126 G. CHANUSSOT, B. DEHAUT, M. ENNAOUI, L. HAFID ET A. OUEDRAOGO
déplace dans le sens. ou en sens contraire, de la polarisation spontanée du cristal. (GLASS, A. M.,
DER LINDE, D. V., NEGRAN, T. J., Appl. Phys. Lett.
25 (1974) 233).
Enfin, pour des cristaux polaires où cette asymétrie n'existe pas, l'effet photovoltaïque de volume a été attribué à la création. sous éclairement, d'une dis- tribution non homogène de polarisation spontanée (photofluctuations). Ces photofluctuations sont dues à l'existence d'un effet pseudo Jahn Teller au niveau
des défauts ponctuels (CHANUSSOT, G., FRIDKIN, V. M., GODEFROY, G., JANNOT, B., Appl. Phys. Lett.
en cours de publication).
3) On dégage ainsi les critères généraux de l'effet
photovoltaïque de volume dans les cristaux pyro- électriques et ferroélectriques, en particulier l'aspect du couplage électron-phonon pour ces différents cas. L'importance de ces nouveaux effets de transport est discutée.
Bibliographie
[l] FRIDKIN, V. M., J.E.T.P. Pisma 3 (1966) 252. [6] CHANUSSOT, G., Ferroelectrics 10 (1976) 149.
[2] WEMPLE, S. H., Phys. Rev. 180 (1969) 2, 547. [7] CHANUSSOT, G., GLASS, A. M., Phys. Lett. A 59 (1976) 5,405. [3] DYKHNE, A. M. et KRIVOGLAZ, M. A., SOV. Phys. Solid State [SI GLASS, A. M., Appl. Phys. Lett. 25 (1974) 4,233.
12 (1970) 1349. [9] LEVANYUK, A. P., OSIPOV, V. V., Phys. Stat. Sol. 35 (1976) 605.
