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Electron and photocurrents in thin films of zirconium oxide

1953; University of Toronto Press; Volume: 1; Issue: 3 Linguagem: Inglês

10.1016/0001-6160(53)90111-4

1878-0768

A. Charlesby,

Fault Detection and Control Systems

In the previous paper the formation of thin oxide layers of zirconium by electrolytic means has been discussed. This paper deals with the flow of electron and photoelectric currents when electrostatic fields are applied across thin oxide films formed on zirconium by electrolytic means. At electric fields insufficient to produce appreciable ionic flow, an electron current i- is observed which depends on the field strength F: i- = 2A-sinhB-F, where A- and B- vary with temperature, A- = A0 exp (−UkT), B- = aekT. A physical interpretation of this phenomenon is that the applied field helps the electrons to surmount an energy barrier of height U, and half width a. The values deduced for U and a are 0.375 e.v. and 3.6Å. A phenomenon of ageing is observed. An oxide film kept at voltage for long periods shows a marked reduction in the value of A0. Possible reasons for this ageing phenomenon are discussed. Photocurrents through the film are observed when ultra-violet light falls on it. The relationship between the photocurrent ip and the field F is similar to that observed for the (dark) electron current but with different values of the constants: U = 0.15 e.V., and a = 2Å. No ageing effect is observed in the photocurrent. L'article précédent traitait de la formation de minces couches d'oxyde de zirconium par voie électrolytique. Cet article-ci traite de l'écoulement d'électrons et de courants photo-électriques produits par l'application de champs électrostatiques à travers ces couches. Quand les champs sont insuffisants pour produire un échappement ionique appréciable, un courant électronique i- est observé, il dépend de l'intensité du champ F: i- = 2A-sinhB-F, où A- et B-varient avec la température suivant les expressions, A- = A0 exp(− UkT), B- = aekT. L'interprétation physique de ce phénoméne est, que le champ appliqué aide les électrons à surmonter une barriére énergétique de hauteur U et de demi-largeur a. Les valeurs déduites pour U et a sont 0,375 e.v. et 3.6Å respectivement. Un phénomène de vieillissement a aussi été constaté; une couche d'oxyde maintenue sous une différence de potentiel pour de longues périodes, montre une nette réduction dans la valeur de A0. Les causes possibles de ce vieillissement sont discutées. Des courants photo-électriques sont observés à travers la couche, quand de la lumiére ultra-violette tombe dessus. La relation entre le courant photo-électrique ip et le champ F est semblable à celle qu'on observe pour le courant électronique, mais avec des valeurs différentes des constantes: U = 0,15 e.V., et a = 2Å. Dans le cas des courants photo-électriques, le vieillissement n'a pas été constaté. In der vorhergehenden Arbeit wurde die Bildung von Oxydschichten auf Zirkon durch elektrolytische Prozesse diskutiert. Die vorliegende Arbeit behandelt Elektronen- und photoelektrische Ströme die auftreten, wenn elektrostatische Felder an den auf Zirkon elektrolytisch gebildeten Oxydfilm angelegt wird. Bei Feldstärken, die nicht gross genug sind um einen messbaren Ionenstrom hervorzurufen, wird ein Elektronenstrom i- beobachtet, der von der Feldstärke F abhängt: i- = 2A-sinhB-F, wobeiA- und B- von der Temperatur abhängen, A- = A0 exp(− UkT), B- = aekT. Die physikalische Deutung dieser Erscheinung ist, dass das äussere Feld den Elektronen hilft, eine Energieschwelle der Höhe U und der Halbwertsbreite a zu überwinden. Die für U und a entnommenen Werte sind U = − 0,375 e.V. und a = − 3.6Å. Ein Alterungsphänomen wird beobachtet, wobei ein Oxydfilm, der über lange Zeiten unter Spannung gehalten wird, eine deutliche Verringerung des Wertes von A0 zeigt. Mögliche Gründe für das Auftreten dieser Alterungserscheinung werden diskutiert. Photoströme werden beobachtet, wenn ultraviolettes Licht auf diese Filme fällt. Die Beziehung zwischen dem Photostrom ip und dem Feld F sind der des Elektronen (dunkel)stroms ähnlich, haben jedoch andere Werte der Konstanten: U= 0,15 e.V., a = 2Å. Im Fall der Photoströme wurde keine Alterung beobachtet.