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 N,-H,S atmosphere, were altered by heat treatment in ultra-high vacuum. The untreated crystals showed a strongly structured spectral distribution of the photoconductivity (SDP) a t liquid nitrogen temperature (LNT), having maxima (Class I) or minima (Class 11) 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 O C : a change of Class I crystals into Class 11, and increase in photosensitivity and a decrease in the LNT green-edge emission. A model for Class I and Class I1 photoconductivity involving an electron lifetime that changes with distance from the crystal surface is presented. Die photoelektronischen Eigenschaften von jungfriiulichen CdS-Einkristallen, die in einer N,-H,S-Atmosphare sublimiert und abgekiihlt wurden, werden durch Temperung im Ultrahochvakuum veriindert. Die ungetemperten Kristalle zeigen ein stark strukturiertes Spektrum der Photoleitfiihigkeit bei der Temperatur des fliissigen Stickstoffes und haben Maxima (Klasse I) oder Minima (Klasse 11), die mit den Maxima der Absorption von Gitter-Exzitonen koinzidieren zusiitzlich zu mehreren charakteristischen Maxima, die gebundenen Exzitonen zugeschrieben werden. Veranderungen der spektralen Verteilung der Photoleitfahigkeit von Klasse-I-Kristallen, die nach einer Temperung unterhalb von 200 "C auftreten, werden als Folge der thermischen Desorption von Sauerstoff an der Oberfliiche und der Verdampfung einer diinnen Schicht von ffberschulkadmium gedeutet. Weitere Verdampfung von Kadmium und Volumen-Sensibilisierung, die durch die Dissoziation von Eigendefekt-Assoziaten verursacht wird, sind vermutlich verantwortlich fur irreversible Veranderungen, die nach einer Temperung bei iiber 200" erfolgen, namlich eine Umwandlung von Klasse-I-in Klasse-11-Kristalle, eine Erhohung der Photoleitfahigkeit und eine Verringerung der grunen Kantenemission bei Stickstofftemperaturen. Ein Modell fur Klasse-I-und Klasse-11-Photoleitfiihigkeit, das die Lebensdauer von Elektronen als Funktion des Abstandes von der Oberfliiche enthalt, wird vorgeschlagen.