Долговременные релаксации проводимости, обусловленные фотостимулированной диффузией кислорода по межзеренным границам в пленках сульфида кадмия

В. П. Панов, Г. Д. Панова, М. К. Шейнкман

Криворожский горнорудный институт

Аннотация: Изучены химически осажденные из водных растворов тонкодисперсные пленки сульфида кадмия (средний размер зерна 80$-$300 Å) с малым содержанием посторонних фаз. Пленки обладают длительными фотовозбужденными долговременными релаксациями проводимости (ДРП) со временем спада до ${5\cdot10^{6}}$ и кратностью световой проводимости до $10^{8}$ с при комнатной температуре. Возбуждение ДРП имеет концентрационный характер, так как подвижность при фотовозбуждении (лампа накаливания 300 Вт) возрастает от 1$-$10 до 20$-$50 см${^{2}/\text{В}\cdot\text{с}}$.
Посредством лазерной импульсной масс-спектрометрической методики обнаружена десорбция кислорода в процессе фотовозбуждения лампой накаливания. Воздействие многочисленных лазерных импульсов не вызывает заметного уменьшения количества кислорода на поверхности, видимо, за счет диффузии его из объема пленки, в то время как для "очистки" от кислорода поверхности кристаллов сульфида кадмия достаточно 3$-$5 импульсов. Сильное компенсирующее влияние кислорода на проводимость проявляется в значительном (3$-$4 порядка) различии темновых проводимостей при разных давлениях атмосферы (кислорода). Мгновенное время жизни не зависит от времени спада ДРП и возрастает с увеличением толщины пленок. Показана невозможность реализации барьерного механизма ДРП в изученных пленках вследствие малого размера зерен и отсутствия иных крупных макронеоднородностей.
Предложена модель ДРП, основанная на диффузии кислорода по межзеренным границам. В темноте уменьшение давления атмосферы приводит к последовательному нарушению сорбционно-молекулярного равновесия между поверхностью и атмосферой, диффузионно-молекулярного равновесия между объемом пленки и приповерхностным слоем и электронного равновесия в объеме. Термодесорбционные и диффузионные потоки в темноте обеспечиваются заряженной (сильной) формой кислорода, и поэтому ДРП весьма длительны. Фотовозбуждение приводит к перезарядке кислородных центров на границах зерен и ослаблению связи кислорода. В результате коэффициент диффузии, а также коэффициент термической десорбции кислорода возрастают. Приведены выражения для нарастающей и спадающей ДРП, показывающие качественное соответствие экспериментальным результатам.

Поступила в редакцию: 26.07.1991
Принята в печать: 31.07.1991