Все науки. №3, 2022. Международный научный журнал - страница 3

Компоненты тензора a_>ijk отличны от нуля для 20 ацентричных групп симметрии. Если электроды кристалла разомкнуть, то фотовольтаический ток генерирует фотонапряжения

где

и соответственно

темновая и фотопроводимость, расстояние между электродами. Генерируемое фотонапряжения порядка 10^>3—10^>5В, превышающее величину ширины запрещенной зони E_>g на два – четыре порядка.

В соответствии с (3) и симметрией точечной группы кристалла можно написать выражения для фотовольтаического тока. Сравнение экспериментальной угловой зависимости (b) с (3) позволяет определить фотовольтаический тензор a_>ijk или фотовольтаический коэффициент

(a* – коэффициент поглошения света).

В работе изложен результаты исследования объемного фотовольтаического эффекта в пьезоэлектрических кристаллах ZnS, принадлежащих к кубической точечной группе m.

Исследовались кубические кристаллы ZnS, вырашенные гидротермальным методом в растворах H_>3PO_>4 и KOH в лаборатории гидротермального синтеза института кристаллографии Российской АН.

В отличие от сегнетоэлектриков [4, 5] фотовольтаический эффект в ZnS можно наблюдать только в поляризованном свете [8,9]. В соответствии (3) и симметрией точечной группы при освешении кристалла в z направлении оси 4 порядка (оси z) выражение фотовольтаического тока в z направлении имеет вид:

где – угол между плоскостью поляризации света и осью х.

Измерение фотовольтаического тока J_>z и генерируемого им поля

(s_>ф– фотопроводимость) производилось путем снятая стационарных вольт-амперных характеристик [5].

На рис.1 представлена ориентационная зависимость в направлении [001], снятая при Т = 143К при освещении светом с длинной волны l=500 нм (a*=5 см^>-1) и интенсивностью I=2.3∙10^>—3 Вт∙см^>-2. Кристалл освещается плоско поляризованным светом в направлении [001].Сравнение этой угловой зависимости с (4) даёт

K_>14 =2∙10^>—9A∙см∙ (Вт)^> -1.

Таким образом, значение модуля К_>14 в исследованных кристаллах ZnS существенно выше, чем у известных сегнето- и пьезоэлектриков [4, 5,6].

В интервале Т=140—300^>0К модуль К_>14 обнаруживает слабую температурную зависимость. Благодаря этому, а также из-за сильной температурной зависимости фотопроводимости s_>ф, генерируемое в направление оси z поле

изменялось в пределах от 1В·см^>-1 (Т=300^>0 К) до 40В·см^>-1 (Т=143^>0К) и не зависело от интенсивности света I.

Рис.1 Ориентационная зависимость плотности фотовольтаического тока J_>z в направлении [001]. (T=143K, I=2.3∙10^>—3 Вт∙см^>-2, =500 нм)

В кристаллах ZnS, выращенных гидротермальным методом фотовольтаический эффект имеет в основном примесный характер. Это видно из рис.2 где представлены спектральные распределения фотопроводимости s_>ф (1) фотовольтаического тока (2), отнесенные к единицы падающей энергии и края оптического поглощения (3).

Примесная полоса в спектральном распределении имеет место вблизи l=500 нм. Там же расположен примесный максимум фотопроводимости. Для кристаллов, выращенных в кислотной или щелочной среде примесный максимум, имеет разное положение и сдвигается в пределах 450—500 нм.

Рис.2. Спектральное распределение фотовольтаического тока J_>z (2), фотопроводимости s_>ф (1) и оптического поглощения * (3) приТ=143К. =45^>0