J. Phys. France 44, 1317-1321 (1983)
DOI: 10.1051/jphys:0198300440110131700

Middle-infrared absorption and electron paramagnetic resonance of copper associates in zinc sulfide

L. Herrig^{1, 2}, J. Nagel¹ et H.-J. Schulz<sup>1

1</sup>  Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Faradayweg 4-6, 1000 Berlin, F.R.G.
²  Now : D-4630 Bochum 5, Fa. Wiirme-Regel-Met3technik.

Abstract
After firing in sulphur atmosphere, ZnS crystals show at low temperature an absorption multiplet in the middle-infrared (MIR) region near v ≈ 800 cm-1. An unpolarized main line is assigned to the transition (E, T2)-3T1 (F) ← A1- 3T1(F) of Cu3 +(3d8) ions on Td lattice sites whose symmetry is reduced to C3v by association with a neighboured defect X. Five polarized satellites refer likewise to associates [Cu3+, X] of symmetry Cs, the copper residing in a hexagonal environment in that case. Under UV irradiation at T ≈ 4 K, the configuration of the copper ion is changed into d9 so that a complex [Cu2+, X] emerges which, in EPR experiments, figures as the Cu-« M »-centre known from an earlier study (Holton et al., 1969). This state of the crystal is characterized by an additional MIR absorption at v ≈ 868 cm-1 and by a modified NIR emission spectrum.

Résumé
Après traitement thermique dans une atmosphère de soufre des cristaux de ZnS présentent, à basse température, un multiplet d'absorption dans l'infrarouge moyen (IRM) à v ≈ 800 cm-1. Une raie principale non polarisée est attribuée à la transition (E, T2)-3T 1 (F) ← A1-3T1(F) des ions Cu 3+(3d8) sur des sites Td dont la symétrie est réduite à C3v par association avec un défaut X voisin. Par analogie, cinq satellites appartiennent aux complexes [Cu3+, X] de la symétrie Cs; dans ce cas, le Cu est situé dans un environnement hexagonal. Par irradiation UV à T ≈ 4 K, la configuration de l'ion Cu est modifiée en d 9 en formant un complexe [Cu2+, X] qui, dans des expériences RPE est apparu comme le centre appelé Cu-« M » présenté dans un travail précédent (Holton et al., 1969). Cet état du cristal est caractérisé par une absorption IRM à v = 868 cm-1 et dans l'infrarouge proche par un spectre d' émission modifié.

PACS
7630F - Iron group (3d) ions and impurities (Ti-Cu).
7830F - III-V and II-VI semiconductors.
7840F - Semiconductors.

Key words
copper -- II VI semiconductors -- impurity and defect absorption spectra of inorganic solids -- infrared spectra of inorganic solids -- paramagnetic resonance of iron group ions and impurities -- phosphors -- zinc compounds