Photo-elektrische Vorrichtung. Es sind photoelektrische Vorrichtungen bekannt, die eine Elektrode aus Kupfer ent halten, das an der Oberfläche in Kupfer- oxydul umgewandelt ist, und zwar derart, dass sich gleichzeitig zwischen dem Kupfer und dem Kupferoxydul eine schlechtleitende Sperrschicht bildet.
Diese Sperrschicht steht also zu der Kupferoxydulelektrode, sowie zu der Kupferelektrode in genetischer Be ziehung An .die Elektrode aus dem halb leitenden Xupferoxydul, das bekanntlich eine innere photoelektrische Empfindlichkeit be sitzt, wird ein aus gutleitendem Stoff be stehendes Stromzuführungsorgan angelegt. Die verschiedenen Schichten werden dabei so dünn gemacht, dass das Licht, mit dem die Vorrichtungen bestrahlt werden, bis an die Grenze zwischen dem Kupferoxydul und der Sperrschicht durchdringen kann.
Diese Strah len erzeugen in einer solchen Vorrichtung eine elektromotorische Kraft, die in einem an die Kupferelektrode und an das Stromzufüh- rungsorgan der Kupferoxydülelektrode ange- schlossenen äussern Kreis einen Elektronen strom hervorruft.
Bei dieser Art photoelektrischer Vorrich tung fliessen die Elektronen von Elektrode zu Elektrode. Bei fortgesetzter Bestrahlung wer den Dauerströme erzeugt. Diese Vorrichtung ist denn auch wohl zu unterscheiden von Ein richtungen, bei denen ein photoelektrischer Stoff als Dielektrikum zwischen zwei Kon- densatorplatten angeordnet ist, und in denen bei Bestrahlung nur Verschiebungsströme er zeugt werden, weshalb die Einrichtungen intermittierend bestrahlt werden, wodurch dann ihre Richtung ständig wechselnde Ver schiebungsströme erhalten werden.
Ausser Elektroden aus Kupfer wurden auch Elektroden aus andern Stoffen verwen det. Es ist zum Beispiel bekannt, .die eine Elektrode aus Eisen bestehen zu lassen, und Selen, das eine innere photoelektrische 'Wir kung zeigt, als Halbleiter zu benutzen, und diese Stoffe derart auf einander anzubringen, dass sich eine dünne Sperrschicht aus Eisen- selenid bildet. Die Selenschicht wird dabei so dünn gemacht, dass die wirksamen Strahlen die Grenze zwischen dem Selen und dem Eisenselenid erreichen. Auch in diesem Fall wird also die Sperrschicht aus dem Eisen und aus dem Selen gebildet, so dass sie in gene tischer Beziehung zu beiden Elektroden steht.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, eine Kupferogydulscheibe an der Oberfläche einer derartigen Behandlung zu unterwerfen, dass eine schlechtleitende Sperrschicht entsteht. Auf diese Sperrschicht wird dann ein durch scheinendes Goldhäutchen aufgebracht. Auch in diesem Fall steht also die Sperrschicht in genetischer Beziehung zu der halbleitenden Elektrode.
Der Widerstand der halbleitenden Schicht dieser photoelektrischen Vorrichtungen ist klein in bezug zu jenem der Sperrschicht, während der Widerstand der Metallelektro den praktisch gleich Null ist, so dass der innere Widerstand der Vorrichtungen zur Hauptsache durch die Sperrschicht bestimmt wird.
Es wurde gefunden, dass der innere Widerstand dieser bekannten Vorrichtungen klein, und zwar so gering ist, da.ss eine Ver stärkung der bei sich ändernder Beleuchtung erzeugten pulsierenden Ströme nicht gut möglich ist.
Wird an die Elektroden, wie oft der Fall, eine geringe Spannung angelegt, so tritt auch ohne Beleuchtung der Vorrichtung ein erheb licher Strom auf (sog. Dunkelstrom).
Den bekannten Vorrichtungen haftet fer ner der Nachteil an, dass sich die Bildung der Sperrschicht zwischen der Metallelektrode und dem Halbleiter in vielen Fällen praktisch jeder Überwachung entzieht, so dass unter den gleichen Verhältnissen hergestellte Vorrich tungen oft grosse Unterschiede zeigen.
Gemäss der Erfindung wird durch Ver wendung einer Sperrschicht, .die nicht in genetischer Beziehung zum photoelektrischen Halbleiter steht, eine Verbesserung erreicht; denn es wurde gefunden, dass, wenn die Sperrschicht aus .diesem Halbleiter oder mit dessen Hilfe hergestellt wird, somit in gene- tischer Beziehung zu diesem Halbleiter steht, der innere Widerstand weit unterhalb jenes Wertes bleibt, der eine gute Verstärkung der Stromschwankungen ermöglicht. Die Herstel lung lässt sich ausserdem schwer derart ein richten, dass die Vorrichtungen untereinander genau gleich sind.
Es wurde gefunden, dass, wenn die Sperr schicht nicht aus dem Halbleiter gebildet wird, so dass sie nicht in genetischer Bezie hung zu der halbleitenden Elektrode steht, ihr leicht eine solche Dicke gegeben werden kann, dass der innere Widerstand mehrmals grösser ist und eine gute Verstärkung der Stromschwankungen ermöglicht, während bei der Herstellung eine gute Überwachung der Zusammensetzung und .der Dicke der Sperr schicht möglich ist, so dass gleichmässigere Erzeugnisse mit untereinander sehr kleinen Unterschieden erhalten werden. Es wird ausserdem der Vorteil erreicht, dass die Kapa zität der Vorrichtung erheblich herabgesetzt wird, was auch eine gute Verstärkung be günstigt, und dass ausserdem der Dunkelstrom viel kleiner ist.
In vielen Fällen können die Eigenschaften der Sperrschicht noch besser beeinflusst wer den, wenn diese Schicht auch nicht in gene tischer Beziehung zu der Metallelektrode steht. Die Sperrschicht wird zweckmässig aus einem sich auf dem Halbleiter gut ausbreiten den Stoff hergestellt, wodurch ein guter Kontakt zwischen dieser Schicht und der halbleitenden Elektrode erhalten wird.
Die Zeichnung veranschaulicht ein Aus führungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch.
1 bezeichnet eine photoelektrische Vor richtung gemäss der Erfindung, die wie folgt aufgebaut ist: Eine Messingplatte 2, zum Beispiel 2 cm breit und lang und 1 mm dick, trägt eine Selenschicht 3, die dadurch erhalten werden kann, dass auf die Messingplatte eine Selenmenge aufgebracht und .geschmolzen wird. Das geschmolzene Selen breitet sich nun als eine dünne Schicht über die Messing- platte aus. Durch Dosierung der Selenmenge kann dieser Schicht die gewünschte Dicke ge- gehen werden.
Eine geeignete Dicke ist zum Beispiel 100 Mikron. Es ist vorteilhaft, die 3Tessingplatte nebst der Selenschicht noch einige Zeit (zum Beispiel eine halbe bis eine g < ii1ze Stunde) in einem Ofen auf etwa 900 C zu erhitzen.
Dann wird auf der Selenschicht eine Sperrschicht 4 aus Kunstharz gebildet. Es kann zu diesem Zwecke auf die Selenschicht eine Lösung eines im Zustand "A" befind lichen Phenol- oder Kresolformaldehydharzes in Alkohol auf die Selenschicht aufgebracht -erden. Nach Verdampfung des Lösungs mittels wird auf etwa. 200 C erhitzt, wo durch eine weitere Erhärtung des Harzes be wirkt und eine feste Harzschicht erhalten wird. Die Dicke dieser Sperrschicht lässt sich durch geeignete Wahl der Menge der aufge brachten Lösung und der Stärke dieser Lö sung genau regeln.
Ein brauchbarer, hoher innerer Widerstand der Vorrichtung wird zum Beispiel erhalten, wenn der Harzschicht eine Dicke von einigen Mikronen, zum Bei spiel 5 Mikron, gegeben wird.
Nach der Herstellung der Harzschicht wird auf letztere auf bekannte Weise ein durchscheinendes Goldhäutchen 5 aufge bracht. Dieses Goldhäutchen bildet eine der Elektroden und die Selenschicht .3 die andere, während die Messingplatte 2 in gutem Kon takt mit dem Selen ist und das Stromzufüh- rungsorgan der halbleitenden Elektrode 3 bildet.
Bei der genannten Dicke der Sperrschicht -1 können die Strahlen, welche die photo elektrischen Erscheinungen hervorrufen müs sen. durch. das Goldhäutchen und die Harz- sebieht hindurch die Grenze zwischen der letzteren Schicht und der Selenelektrode sehr gut erreichen. Es sei bemerkt, da.ss die in der Zeichnung angegebenen Dicken der verschic denen Schichten stärk übertrieben sind und den wirklichen Dicken nicht entsprechen.
An die Elektroden der photoelektrischen Vorrichtung ist ein äusserer Stromkreis ange schlossen, in dem sich eine Gleichstromquelle 6 und ein hoher Widerstand 7 befinden. Die Spannungsquelle ist derart geschaltet, dass die Goldelektrode 5 mit dem positiven Pol und das Stromzuführungsorgan 2 der Selen elektrode 3 mit dem negativen Pol der Strom quelle verbunden ist. Die Enden des Wider standes 7 sind unter Zwischenschaltung eines Akkumulators 8 auf bekannte Weise mit der Kathode und dem Gitter einer Verstärker röhre 9 verbunden.
Der Widerstand 7 mussein hoher sein. Um eine gute Verstärkung zu ermöglichen, muss der innere Widerstand der photoelektri schen Vorrichtung zweckmässig :dem Wider stand 7 ungefähr gleich sein. Wird der Sperr schicht eine genügende Dicke gegeben, so er hält dieser innere Widerstand den erforder lichen hohen Wert. Bei der beschriebenen Vorrichtung wurde bei einer Dicke der Kunstharzschicht von 1 bis 10 Mikron ein innerer Widerstand von 10' bis 10s Ohm ge messen.
Dieser Widerstand wurde wie folgt ge messen: Es wurde an die Elektroden eine Gleichspannung angelegt (Selenschicht nega tiv, Goldelektrode positiv) und die Strom stärke wurde bestimmt. Aus dem Verhältnis zwischen Strom und Spannung wurde nun der Widerstand berechnet. Der oben ange gebene Wert wurde an einer im Dunkeln an geordneten photoelektrischen Vorrichtung bestimmt. Es ergab sich, dass der Widerstand, bei Tageslicht gemessen, mehrmals kleiner als der oben angegebene Wert war.
Dem Widerstand 7 wurde jetzt auch ein Wert von 10' bis 10' Ohm gegeben. Bei Be leuchtung der Goldelektrode mit 1 Lumen und bei einer Spannung der Batterie 6 von 50 Volt wurden zwischen den Enden des Widerstandes 7 Spannungserhöhungen von 1 bis 10 Volt gemessen (abhängig von dem Wert des Widerstandes 7, der 10' bis 106 Ohm betrug).
Es wurde gefunden, -dass die bei sich ändernder Intensität der Beleuchtung auf tretenden Stromschwankungen mit Hilfe der beschriebenen Schaltung sehr gut verstärkt werden konnten. Wird die Sperrschicht nicht aus Kunst harz, sondern aus Polystyrol hergestellt, das in Tetrachlorkohlenstoff gelöst werden kann, so ist nach Verdampfung des Lösungsmittels keine Nacherhitzung nötig, wie dies bei Kunstharzen der Fall ist.
Polystyrol und Kunstharz besitzen die an genehme Eigenschaft, dass sie sich über das Selen gut ausbreiten und sich bei der Ver dampfung des Lösungsmittels als eine zu sammenhängende gleichmässige Schicht ab setzen.
Die photö-elektrische Vorrichtung kann auch wie folgt aufgebaut werden; eine Alu miniumplatte, zum Beispiel 2 cm breit und lang und 1 mm dick, die mit einem Stromzu- führungsdraht versehen ist, wird an der Ober fläche in einem 4-prozentigen Oxalsäurenbad mit einer Stromstärke von 1 Amp. pro dm' anodisch oxydiert. Die Dicke der gebildeten Oxydschicht hängt von der Zeitdauer der Oxydation ab.
Es kann auf diese Weise die Dicke dieser Schicht sehr genau und reprodu- zierbar eingestellt werden. In einem bestimm ten Fall wurde der Aluminiumoxydschieht, welche die Sperrschicht der Vorrichtung bil den muss, eine Dicke von 5 Mikron gegeben. Auf diese Oxydschicht wird durch Ver dampfung eine dünne, durchsichtige Selen schicht aufgebracht, die wieder durch Ver dampfung mit einem durchsichtigen Gold häutchen überzogen wird.
Bei dieser Vorrichtung bilden die Alumi niumplatte und die Selenschicht die beiden Elektroden, die Aluminiumoxydhaut ist die Sperrschicht und die Goldschicht ist das Stromzuführungsorgan der Selenelektrode. Die Goldschicht und die Selenelektrode sind so dünn, dass die wirksamen Strahlen bis zum Aluminiumoxyd durchdringen können.
Es wurde gefunden, dass der innere Widerstand dieser Vorrichtung 10e Ohm be trug. Bei Beleuchtung der Goldschicht mit 1 Lumen und bei einer Spannung der Bat terie von 15 Volt und einem äussern Wider stand von<B>10'</B> Ohm ergab sich, dass der greis von einem Strom von 11,5 Mikroampere durchflossen wurde, so dass zwischen den Enden des äussern Widerstandes eine Span nung von 11,5 Volt auftrat.
Es kann auch von einer Kupferplatte aus gegangen werden, die an der Oberfläche jo- diert wird, wodurch eine Schicht aus Kupfer jodid gebildet wird, das ein photoelektri scher halbleitender Stoff ist. Auf diese Kupferjodidschicht wird dann eine durch scheinende Sperrschicht, zum Beispiel aus Kunstharz, aufgebracht, die mit einer durch sichtigen Goldschicht überzogen wird.
Auch lässt sich die Vorrichtung in nach stehender Weise herstellen: Auf einem Mes singplättchen wird eine Selenschicht ange bracht, auf die man durch Verdampfen und Kondensieren von Calciumfluorid eine dünne, zum Beispiel 1 Mikron dicke Calciumfluorid- schicht bildet, die wieder mit einer durch sichtigen Gold- oder Kadmiumsehicht über zogen wird.
Als Halbleiter, die eine innere photoelek trische Wirkung haben, können ausser Selen und Kupferjodid auch andere Stoffe, zum Beispiel Kupferoxydul (Cu-0), Molybdän- Sulfid (MoS2) benutzt werden. Für die Sperr schicht kommen zum Beispiel auch Stoffe wie Paraffin- Stearin oder Papier in Frage. Bei Verwendung von Papier wird dies zweck mässig unter Zwischenfügung eines sich auf dem Halbleiter gut ausbreitenden Stoffes, zum Beispiel eines Kunstharzes, auf die halb leitende Elektrode aufgebracht.
Die Metallelektrode kann durch eine Elektrode aus Kohle ersetzt werden, die ebenfalls eine metallische Leitfähigkeit be sitzt.