Conductivity Instabilities and Polarization Effects of Bi12(Ge, Si) O20 single-Crystal Samples

Abstract

When subjected to measurements of temperature-dependent dark conductivity and thermally stimulated currents, undoped and lightly doped Bi12GeO20 (BGO) and Bi12SiO20 (BSO) crystal samples often show a very strange shape and hysteresis behaviour of their photocurrent response characteristics as well as marked instabilities. Taking into account the positive space charge layer at the cathode, which is deduced from depolarization currents and electrooptical observations, these instabilities can be attributed to negative space charge currents of electrons injected at some points on the cathode, spreading out in cone-like paths to the anode. AC measurements reduce these instabilities. Measured values for the dark current activation energy are (1.1 ± 0.07) eV and 10−10 to 5 × 10−2 cm2/Vs for the photocarrier drift mobility, increasing with illumination. Undotierte und leicht dotierte Bi12GeO20- und Bi12SiO20-Kristallproben zeigen häufig einen anomalen Verlauf des Fotostromes und starke Hysterese und Strominstabilitäten während der Messung des Dunkelstromes und thermisch stimulierter Ströme. Für diese Instabilitäten wird eine aus Depolarisationsströmen und elektrooptischen Beobachtungen abgeleitete positive Raumladungsschicht an der Kathode zusammen mit negativen Raumladungsströmen, welche von einzelnen Elektroneninjektionspunkten an der Kathode ausgehen und sich kegelförmig zur Anode hin ausbreiten, verantwortlich gemacht. Wechselspannungsmessungen verringern die Instabilitäten. Die Aktivierungsenergie der Dunkelleitung wird zu (1,1 ± 0,07) eV und die mit der Lichtanregung zunehmende Driftbeweglichkeit der Ladungsträger zu 10−10 bis 5 × 10−2 cm2/Vs bestimmt.