Effect of heat treatment on the photoelectric properties of class I CdS single crystals

Abstract

The photoelectronic properties of virgin CdS platelets, sublimed and cooled in an N2–H2S atmosphere, were altered by heat treatment in ultra-high vacuum. The untreated crystals showed a strongly structured spectral distribution of the photoconductivity (SDP) at liquid nitrogen temperature (LNT), having maxima (Class I) or minima (Class II) in coincidence with maxima of the intrinsic exciton absorption in addition to several characteristic peaks attributed to bound exciton excitation. Changes in the room temperature and LNT SDP of Class I crystals, occurring upon treatment below 200 °C, are interpreted in terms of thermal desorption of oxygen from the surface and evaporation of a thin layer of excess cadmium. Continuing cadmium evaporation and bulk sensitization caused by dissociation of intrinsic defect associates are assumed to be responsible for the irreversible changes observed upon treatment above 200 °C: a change of Class I crystals into Class II, and increase in photosensitivity and a decrease in the LNT green-edge emission. A model for Class I and Class II photoconductivity involving an electron lifetime that changes with distance from the crystal surface is presented. Die photoelektronischen Eigenschaften von jungfräulichen CdS-Einkristallen, die in einer N2–H2S-Atmosphäre sublimiert und abgekühlt wurden, werden durch Temperung im Ultrahochvakuum verändert. Die ungetemperten Kristalle zeigen ein stark strukturiertes Spektrum der Photoleitfähigkeit bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffes und haben Maxima (Klasse I) oder Minima (Klasse II), die mit den Maxima der Absorption von Gitter-Exzitonen koinzidieren zusätzlich zu mehreren charakteristischen Maxima, die gebundenen Exzitonen zugeschrieben werden. Veränderungen der spektralen Vertellung der Photoleitfähigkeit von Klasse-I-Kristallen, die nach einer Temperung unterhalb von 200 °C auftreten, werden als Folge der thermischen Desorption von Sauerstoff an der Oberfläche und der Verdampfung einer dünnen Schicht von Überschußkadmium gedeutet. Weitere Verdampfung von Kadmium und Volumen-Sensibilisierung, die durch die Dissoziation von Eigendefekt-Assoziaten verursacht wird, sind vermutlich verantwortlich für irreversible Veränderungen, die nach einer Temperung bei über 200° erfolgen, nämlich eine Umwandlung von Klasse-I- in Klasse-II-Kristalle, eine Erhöhung der Photoleitfähigkeit und eine Verringerung der grünen Kantenemission bei Stickstofftemperaturen. Ein Modell für Klasse-I- und Klasse-II-Photoleitfähigkeit, das die Lebensdauer von Elektronen als Funktion des Abstandes von der Oberfläche enthält, wird vorgeschlagen.