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Perfectionnements aux dispositifs photoélectriques.
La présente invention est relative aux dispositif photoélectriques permettant, à l'aide de rayons lumineux, d'influencer certains phénomènes électriques.
Le dispositif photoélectrique qui en fait l'objet comporte une électrode constituée au moins en partie par une matière photoélectrique et séparée d'une autre électro- de, constituée d'une matière conductrice de l'électricité, par une couche renfermant une ou plusieurs matières solides isolantes. Ces deux électrodes et cette couche contenant une ou plusieurs matières solides isolantes sont disposées l'une sur l'autre, éventuellement avec interposition d'autres
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couches. Par "matière photoélectrique" on entend dans cet- te description une matière qui., irradiée à l'aide de rayons lumineux, émet des électrons.
On a constaté qu'il se produit lors de l'irradiation de 1-'électrode photoélectrique, une différence de potentiel entre les deux électrodes du dispositif. Lorsqu'on relie ces électrodes l'une à l'autre à travers un galvanomètre, cette tension produit le passage d'un courant à travers celui-ci.
On a constaté que la valeur de la tension engendrée et, par- tant , du courant traversant le galvanomètre, dépend de l'in- tensité de la lumière utilisée pour l'irradiation de l'élec- trode photoélectrique.
De préférence, l'électrode photoélectrique est faite en un ou plusieurs métaux alcalins ou alcalino-terreux. Tou- tefois, on peut aussi obtenir de bons résultats en utilisant du cadmium, matière qui présente des propriétés photoélectri- ques lorsqu'elle est soumise aux rayons ultraviolets.
La couche intermédiaire peut être formée entre les deux électrodes de toute manière appropriée. Dans bien des cas on peut simplifier la fabrication du dispositif en consti- tuant la couche intermédiaire par un composé chimique du mé- tal constituant des électrodes.
On peut augmenter la sensibilité du dispositif en faisant adsorber à la couche intermédiaire au moins une par- tie de la matière photoélectrique. Il n'est pas absolument nécessaire dans ce cas que toute la couche intermédiaire soit constituée par une matière adsorbant bien la matière photoélectrique. Au contraire, il est également possible de ne constituer de cette matière que la surface de cette couche venant en contact avec l'électrode photoélectrique.
La valeur de la tension engendrée entre les élec-
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trodes lors de l'irradiation peut souvent être influencée favorablement en prenant soin que l'électrode photoélectri- que ait une épaisseur telle qu'elle soit transparente aux rayons lumineux, de sorte que les rayons puissent pénétrer jusqu'à la surface formant la limite entre l'électrode pho- toélectrique et la couche se composant essentiellement de la matière isolante. Il est avantageux de constituer l'électrode photoélectrique par une couche monomoléculaire se composant d'une matière photoélectrique.
Il est parfois désirable de réduire la résistance élec- trique de la couche intermédiaire, ce qui peut s'effectuer avec avantage en incorporant à cette couche des particules d'une matière conductrice de l'électricité. Il va sans dire qu'il faut prendre soin que la couche ne contienne pas une quantité de particules conductrices telle que les électrodes du dispositif soient mises en court-circuit. Il y a avantage à ce que les particules conductrices soient des particules de la matière photoélectrique.
L'invention va être décrite plus en détail avec réfé- rence au dessin annexé, qui en représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation.
Les figures 1 et 2 sont deux vues perpendiculaires du dispositif .
Le dispositif montré sur le dessin comporte une am- poule 1 en verre, quartz ou autre matière analogue, à laquel- le est scellé le pied 2 qui porte les électrodes du tube.
L'une de ces électrodes est constituée par une plaque de zir- conium 3 qui est fixée au pied 2 à l'aide du fil de support 4, tandis que le fil de support 4 est relié au fil d'alimen- tation 5.
Sur 1-'électrode 3 est appliquée une mince couche 6
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d'une matière isolante. On peut former convenablement cette couche en oxydant la plaque de zirconium 3, ce qui peut s'effectuer avant l'introduction de la plaque 3 dans l'am- poule 1. Par suite de cette oxydation, la plaque 3 est re- couverte superficiellement d'une couche d'oxyde de zirconium qui, comme on le sait, est une matière isolante. De préféren- ce, l'épaisseur de cette couche est de 1 environ, et en tout cas inférieure à 1 mm.
Après avoir introduit dans l'ampoule l'électrode 3 avec la couche 6, on y fait le vide, ce qui peut s'effectuer à l'aide d'une pompe à vide reliée au queusot 7. On intro- duit ensuite dans l'ampoule une certaine quantité de césium.
La vapeur de césium peut être produite, par exemple, dans un' espace communiquant avec le tube 8, mais il est également possible de produire le césium dans l'ampoule 1 elle-même, par exemple à l'aide d'un composé de césium tel que du chro- mate de césium et d'un agent réducteur, par exemple du zirco- nium, permettant de libérer le césium du composé de césium.
Le césium introduit dans le récipient, se dépose sur la couche d'oxyde de zirconium 6 et constitue l'électrode photoélectrique 9 du dispositif. Le fil élastique 10 qui sort du tube à travers le pied et est relié au fil d'alimen- tation 11 sert à amener le courant à l'électrode 9 avec la- quelle il est en contact. Après la formation de l'électrode photoélectrique on peut éventuellement remplir le récipient d'un gaz ou d'une vapeur inerte.
Lorsqu'on irradie la couche de césium 9, par exemple à l'aide de la source lumineuse 12, il se produit entre les électrodes 3 et 9 une différence de potentiel provoquant le passage d'un courant à travers un dispositif connecté entre les fils 5 et 11. Par l'interposition d'un galvanomètre on a mesuré des courants de quelques microampères lors d'une
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irradiation à l'aide d'un faisceau lumineux ayant une inten- sité de 0,5 lumen/cm2 environ. On a constatéque la tension engendrée dépend de l'intensité de l'éclairement, de sorte qu'on peut utiliser le dispositif pour transformer des va- riations lumineuses en variations de tension ou de courant.
Pour utiliser le dispositif suivant l'invention, il n'est pas absolument nécessaire, à l'opposé des cellules photoé- lectriques connues, de connecter une source de potentiel en- tre les électrodes.
On a constaté que la polarité de la différence de potentiel produite et par suite la direction du courant engendré par cette tension dépendent, entre autres, du point éclairé et de l'épaisseur de la pellicule d'oxyde de zirconium 6, ce que l'on va expliquer en décrivant quel- ques phénomènes observés dans le dispositif suivant l'in- vention. Dans une expérience, on irradia l'électrode de césium 9 à l'aide d'une source de lumière dont les rayons étaient concentrés sur une petite partie de l'électrode 9. La section du faisceau lumineux frappant cette électro- de était de quelques mm2 ,tandis que l'électrode avait une longueur et une largeur de 3 cm environ.
Au bord du systè- me d'électrodes, le ressort de contact 10 se trouvait en con- tact avec une partie de la couche d'oxyde de zirconium dont l'épaisseur était supérieure à l'autre partie de la couche.
Cette partie plus épaisse de la couche d'oxyde, qui est dé- signée par B sur la Fig. 2, présentait une couleur blanche., tandis que la partie plus mince de la couche d'oxyde, qui est désignée par A, présentait une couleur verte. Toute la pelli- cule d'oxyde de zirconium était recouverte de la couche de césium 9.
Lorsque le faisceau lumineux tombait sur la couche
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de césium recouvrant la partie A de la couche d'oxyde de zirconium, il se produisait entre les électrodes 3 et 9 une différence de potentiel telle, qu'après qu'on eu re- lié les fils 5 et Il à un galvanomètre, il passait un cou- rant d'électrons de l'électrode photoélectrique 9, à travers le ressort de contact 10, le galvanomètre et le fil de sup- port 4 vers l'électrode 3. Pour le circuit extérieur, l'é- lectrode électrique 9 était par suite le pôle négatif et l'é- lectrode 3 le pôle positif.
Lorsque le faisceau lumineux tombait sur la matière photoélectrique à l'endroit où elle recouvre la partie B de l'oxyde de zirconium, on observait un courant supérieur passant en sens inverse, pour la même intensité d'éclaire- ment, et on trouvait que ce coûtant atteignait sa valeur maximum lorsque l'irradiation se faisait avec une longueur u d'onde de 6000 A environ.
Lorsqu'on éclairait le césium recouvrant la zône limite entre les parties A et B, on n'observait aucune dif- férence de potentiel ni aucun courant d'électrons.
La matière photoélectrique constituant l'électrode 9 peut être produite d'un métal alcalin, par exemple du césium,ou bien, avantageusement, d'un métal alcalino- terreux. On peut obtenir de bons résultats, par exemple, en utilisant du baryum appliqué sur une couche se compo- sant d'oxyde de baryum. Dans ce cas l'oxyde de baryum constitue la couche intermédiaire isolante et est appliqué sur une plaque métallique constituant l'autre électrode. Se- lon l'invention, on s'y prend par exemple comme suit. Sur une plaque métallique, par exemple en nickel, disposée dans un récipient où l'on a fait le vide, du baryum est précipi- té à partir de vapeur de baryum et on introduit ensuite de
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l'oxygène par lequel le baryum est oxydé.
On peut également appliquer l'oxyde de baryum directement sur la plaque de nickel ou le produire au moyen de composés, par exemple des carbonates. Après évacuation de l'excès d'oxygène, on in- troduit ou on produit de nouveau de la vapeur de baryum dans le récipient, de sorte qu'il se dépose sur l'oxyde de baryum une couche de baryum métallique constituant l'électrode pho- toélectrique. L'oxydation du baryum nécessaire pour la for- mation de la couche intermédiaire peut également s'effectuer en oxydant superficiellement l'électrode sur laquelle ce baryum est précipité, avant de précipiter le baryum. Lorsque cette électrode est chauffée après ou pendant la précipita- tion du baryum, le baryum se combine avec l'oxygène de l'o- xyde produit à la surface de l'électrode.
On peut également forma* la couche intermédiaire 6 de toute autre manière appropriée, et il n'est pas absolu- ment nécessaire de la constituer toujours d'un composé du métal constituant l'une des électrodes. La couche intermé- diaire isolante peut être constituée, par exemple, par du fluorure de calcium, qu'on peut appliquer par volatilisa- tion sur une plaque métallique constituant l'une des élec- trodes. Si l'on met ensuite cette couche de fluorure de cal- cium en contact avec du césium, une mince pellicule de césium est adsorbée par le fluorure de calcium, et en évacuant l'ex- cès de césium du récipient à l'intérieur duquel sont montées les électrodes,, on peut obtenir que la couche de césium ad- sorbée ait une épaisseur monomoléculaire, ce qui contribue à la sensibilité du dispositif.
Dans le cas où la couche intermédiaire se compose d'une matière n'adsorbant pas ou seulement un peu la substance photoélectrique, on peut également faire adsorber la matiè-
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re photoélectrique par la couche intermédiaire, ce qui peut s'effectuer en recouvrant d'abord la matière constituant es- sentiellement la couche intermédiaire d'une mince pellicule d'une matière adsorbant bien la substance photoélectrique.
Parfois il est également possible de mêler cette matière ad- sorbant bien à une ou plusieurs autres matières constituant la couche intermédiaire. Dans le dispositif suivant l'inven- tion, où la couche intermédiaire se compose d'oxyde de zir- conium, on peut recouvrir cette couche, par exemple, d'une mince pellicule d'oxyde de césium, qu'on peut former, par exemple, en précipitant du césium sur l'oxyde de zirconium et en introduisant ensuite de l'oxygène. Après l'évacuation de l'excès d'oxygène, on peut introduire une nouvelle quanti- té de césium dans le récipient, après quoi une couche de cé- sium constituant l'électrode photoélectrique est adsorbée par la pellicule d'oxyde de césium.
La sensibilité d'un tel dispositif, c'est-à-dire la différence de potentiel pro- duite pour un éclairement déterminé, est extrêmement grande.
Parfois il est désirable de réduire la résistance électrique de la couche intermédiaire, ce qui peut s'effec- tuer avantageusement en incorporant dans la couche intermé- diaire des particules d'une matière conductrice de l'électri- cité. Dans le cas où la couche intermédiaire se compose de fluorure de calcium, on peut mêler, par exemple, des parti- cules métalliques au fluorure de calcium. Si cette substan- ce est appliquée par volatilisation, on peut faire volati- liser un métal, par exemple du tungstène, simultanément avec le fluorure de calcium.
Selon l'invention on s'y prend comme suit. A l'in- térieur de l'ampoule, on dispose vis à vis de l'électrode 3 un filament recouvert de fluorure de calcium et de tungstè-
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ne en poudre. Après qu'on a fait le vide dans l'ampoule, on chauffe le filament, ce qui a pour effet que le fluorure de calcium réagit sur le tungstène de façon à produire du cal- cium et du fluorure de tungstène, qui s'évaporent et se dé- posent sur l'électrode 3. Le calcium et le fluorure de tung- stène réagissent l'un sur l'autre de façon à produire du fluorure de calcium et du tungstène. Le tungstène se trouve alors à l'état divisé dans le fluorure de calcium.
Il y a avantage à ce que les particules conductrices soient des particules de la matière photoactive elle-même.
Après avoir précipité par exemple du césium sur la couche intermédiaire se composant de fluorure de calcium, par exem- ple' on peut chauffer à cet effet l'ampoule et le système d'électrodes, de sorte qu'une partie du césium pénètre dans la couche intermédiaire, ce qui a pour effet de réduire la résistance électrique de cette couche, tandis que la valeur de la différence de potentiel produite lors de l'irradiation est également influencée favorablement.