Über den Verstärkungseffekt der elektrischen Leitfähigkeit von Cadmiumsulfid‐Kristallen bei Bestrahlung mit α‐Teilchen, Elektronen und γ‐Quanten. (Eine Methode zur Zählung einzelner Teilchen). (Mit 4 Abbildungen)
Authors: Kallmann H. , Warminsky R. 
Published: May 2007

An größeren CdS‐Kristallstücken wurden Messungen der elektrischen Leitfähigkeit bei Anregung durch α‐Teilchen, Elektronen und γ‐Quanten durchgeführt. Es wurden sowohl die bei kontinuierlicher Bestrahlung quer. durch den Kristall fließenden Ströme als auch die durch einzelne Teilchen erzeugten Impulse untersucht. Folgende Ergebnisse wurden erzielt:

Ein hohes Leitvermögen zeigten nur Kristalle, die auch eine starke Lumineszenz aufwiesen. Die an gering leuchtenden Kristallen gemessenen Ströme entsprachen größenordnungsmäßig der Zahl der pro sec erregten Elektronen, während die Ströme in gut leuchtenden Kristallen ein hohes Vielfaches dieses berechneten Wertes betrugen (Verstärkungsfaktor). Selbst nach Ausschaltung der erregenden Strahlung war die dann noch transportierte Elektrizitätsmenge oft sehr viel größer als die überhaupt während der ganzen Bestrahlungszeit erregte Elektronenzahl (große Beweglichkeit langlebiger Elektronen). Die Versuche mit einzelnen Teilchen ergaben, daß ein kurzzeitiger Ladungstransport mit hohem Verstärkungsfaktor nur bei wenigen Kristallen vorhanden war. Durch ein einzelnes α‐Teilchen wurden Aufladungen von nahezu 10 Volt erzeugt. An solchem Kristall konnten auch die Stromstöße einzelner Elektronen beobachtet werden. Die meisten Kristalle zeigten kurzzeitige Stromstöße mit einem Ladungstransport von der Größenordnung der durch das Teilchen erregten Elektronenmenge.

Bei Beschießung mit α‐Teilchen, die den Kristall nur in der Nähe der Oberfläche erregen, traten große Ströme bzw. Impulse nur dann auf, wenn die Bestrahlung von der negativen Elektrode her erfolgte (Gleichrichtereffekt). Das zeigt, daß die Träger des Leitungsstromes offenbar Elektronen sind. Bei Bestrahlung mit energiereichen Elektronen, die den Kristall nahezu gleichmäßig erregen, war ein solcher Gleichrichtereffekt nicht vorhanden. Die Ströme bei Anregung durch viele oder einzelne α‐Teilchen ließen auch – im Gegensatz zur Anregung durch Elektronen – eine starke Abhängigkeit von der Größe des Feldes erkennen. Sie beruht darauf, daß die α‐Erregung nur an einer Elektrode stattfindet und die negative Ladung von der positiven getrennt und durch den Kristall hindurchgezogen werden muß.

Das Leitvermögen konnte durch Vorbehandlung des Kristalls wesentlich beeinflußt werden. Nach Vorbestrahlung mit ultrarotem Licht war der bei Erregung durch α‐Strahlen fließende Strom um mehrere Zehnerpotenzen kleiner. Bestrahlung mit sichtbarem Licht dagegen hatte bei anschließender Erregung einen Strom mit hohem Verstärkungsfaktor zur Folge. Vor der Erregung muß ein nicht zu kleiner Ruhestrom im Kristall fließen, wenn bei der darauf folgenden Bestrahlung mit α‐Teilchen oder Elektronen ein hoher Verstärkungsfaktor auftreten bzw. der Strom schnell einsetzen soll. Durch Licht, aber auch durch Elektronen oder in schwächerem Maße durch α‐Strahlen kann im Kristall eine Vorerregung (durchgehende Leitfähigkeitsbänder) geschaffen werden; durch Ultrarot können die Elektronen dieser Leitfähigkeitsbänder wieder „ausgeleuchtet”︁ werden.

Die beobachteten Erscheinungen werden nicht durch eine Stoßerregung erklärt. Es wird vielmehr angenommen, daß das hohe Leitvermögen der meisten Kristalle bedingt ist durch das Vorhandensein langlebiger Elektronen mit relativ großer Beweglichkeit, sog. „Phosphoreszenzelektronen”︁, die metallische Leitfähigkeitsbänder durch den ganzen Kristall hindurch bilden (Leitfähigkeitsbänder der langlebigen erregten Elektronen).