Zum Einfluß von Wasserstoff auf die elektrische Leitfähigkeit an der Oberfläche von Zinkoxydkristallen

Zusammenfassung

Läßt man bei Zimmertemperatur Wasserstoff (10⁻¹ Torr) 6 Std lang auf ZnO-Kristalle wirken, so findet man anschließend keine änderung des Leitwertes im Temperaturbereich von 60 bis 300‡ K. Wird dagegen durch Entladung oder glühendes Wolfram eine Dissoziation von Wasserstoffmolekülen herbeigeführt, so entstehen, auch bei tiefen Temperaturen (86‡ K), im Verlauf von Sekunden auf den Kristallen gutleitende Oberflächenschichten (Typ A). Ihr Leitwert ist im Bereich von 60 bis 200‡ K praktisch unabhängig von der Temperatur. Die Schichten sind von geringer Beständigkeit und verschwinden bei Erwärmen im Vakuum auf 500 bis 600‡ K oder bei Zutritt von Sauerstoff. Erst nach erneuter Behandlung mit atomarem Wasserstoff wird wieder Oberflächenleitung beobachtet. Damit ergibt sich ein empfindliches Nachweisverfahren für atomaren Wasserstoff. — Aus dem gemessenen Oberflächenleitwert folgt eine Dichte der durch den Wasserstoff erzeugten Oberflächendonatoren, die 6 · 10¹² cm⁻¹² übersteigt. Zur Deutung werden sowohl eine Anreicherungsrandschicht mit stark entartetem Elektronengas, als auch ein direkter

Elektronenaustausch zwischen den Oberflächendonatoren in Betracht gezogen. Nach Erhitzen in Wasserstoff (800‡ K) zeigen die ZnO-Kristalle eine gutleitende Oberflächenschicht von größerer Beständigkeit (Typ B). Die Oberflächenleitung verschwindet hier zwar ebenso durch Einwirkung von Sauerstoff wie bei Typ A, tritt aber nach Wegheizen des adsorbierten Sauerstoffes ohne erneute Wasserstoffbehandlung wieder hervor. Hierüber wurde bereits berichtet [5], [6]. — Die Oberflächenleitung, Typ B, kann nicht durch Eindiffusion von Wasserstoff nur in die obersten Kristallschichten erklärt werden. Möglicherweise liefert der durch Reduktion an der Kristalloberfläche gebildete Zinküberschuß in diesem Falle die Oberflächendonatoren.