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Abstract

An dünnen Kupfersulfid-Schichten wird der Schwefelgehalt kontinuierlich und meßbar verändert. Gleichzeitig wird der Widerstand, seine Temperaturabhängigkeit im allgemeinen bis 14° K und die Absorption für Licht von 0,4 μ bis 3 μ gemessen. Aus den gewonnen Reflexions- und Durchlässigkeitswerten werden der Brechungsindex n, der Absorptionsindex x bzw. die Absorptionskonstante K (mm−1) berechnet.

Die Struktur der Schichten wird durch Debye-Scherrer-Aufnahmen bestimmt. Cu2S kann bis zur Bildung von CuS Schwefel aufnehmen. Einige Atomprozent des überschüssigen Schwefels werden in das Cu2S-Gitter eingebaut. Bei weiterer Schwefelaufnahme erhält man außer den Linien des Cu2S eine weitere Liniengruppe, die der Verbindung Cu1,8S zuzuordnen ist. Der Existenzbereich des Cu1,8S ist sehr eng. An ihn schließt sich das Zweiphasengebiet Cu1,8S[BOND]CuS an.

Cu2S, das Zweiphasengebiet Cu2S[BOND]Cu1,8S und die Verbindung Cu1,8S verhalten sich elektrisch wie Halbleiter. Mit zunehmendem S-Gehalt wird die Leitfähigkeit besser und erreicht beim Cu1,8S schon annähernd metallische Größe.

Das CuS dagegen verhält sich wie ein Metall (spez. Leitfähigkeit vergleichbar mit der von Hg).

Das anschließende Zweiphasengebiet Cu1,8S[BOND]CuS zeigt einen Übergang vom „Halbleiter” zum „Metall”. Mit den Ergebnissen sind 2 Deutungen verträglich:

Einmal kann man sich die Schichten als grobes Konglomerat aus den 2 röntgenographisch gesicherten Komponenten vorstellen. Dann ist das Leitfähigkeitsverhalten additiv aus den Eigenschaften der einzelnen Komponenten zusammengesetzt.

Wird jedoch die Korngröße des eingelagerten Kolloids vergleichbar mit atomaren Abmessungen, so wird wegen des Überwiegens von Grenzflächeneffekten eine neue Wirkung zu erwarten sein. Man kann dann für die Betrachtung der elektrischen Eigenschaften die Mischung als homogene Phase mit gelöstem Zusatz betrachten. Die wachsende Konzentration des Zusatzes bedingt eine Änderung des Leitfähigkeitsmechanismus. Unter dieser Voraussetzung darf man von einem stetigen Übergang vom „Halbleiter” zum „Metall” sprechen.

In ihrem optischen Verhalten stimmen die Cu2S- und Cu1,8S-Schichten mit dem von Halbleitern überein.

CuS dagegen zeigt wie ein Metall im Roten die Absorption der freien Leitfähigkeitselektronen.

Die Absorption inhomogener Cu1,8S[BOND]CuS-Schichten ist wie das elektrische Verhalten mit den dort angeführten Deutungen verträglich.