Электрохимия полупроводниковых электродов

Электрохимия полупроводниковых электродов [362 [c.192]

Как видно из рис. 1, для, осуществления электрохимической реакции необходима некоторая система — электрохимическая цепь. Существенные элементы такой цепи — металлические (или полупроводниковые) электроды, проводник второго рода (раствор электролита, его расплав или твердый электролит) и границы раздела фаз между металлом и электролитом, между двумя различными металлами и между двумя различными электролитами. Закономерности протекания тока в электрохимической цепи, а также закономерности электрохимического равновесия определяются свойствами всех этих элементов. Строение металлов и полупроводников, а также их электропроводность служат объектом изучения физики, а не химии. Объекты изучения электрохимии — ионные системы (проводники второго рода) и границы раздела фаз с точки зрения их структуры и механизма переноса заряженных частиц. [c.5]

ЭЛЕКТРОХИМИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, изучает строение границы раздела полупроводник электролит и ( жз.-хнм. процессы на этой границе. Особенности этих процессов обусловлены наличием двух видов подвижных носителей заряда — электронов зоны проводимости и положительно заряж. дырок валентной зоны. Электроны и дырки участвуют в электродных процессах независимо друг от друга. Объемная конц. носителей заряда в полупроводниках мала по сравнению с металлами (менее 10 см ), поэтому полупроводниковая обкладка двойного электрич. слоя диффузна, значит, часть межфазного скачка потенциала локализована в полупроводнике. Токи обмена в электродных процессах малы, электродные р-ции обычно необратимы в р-циях возможно участие связанных состояний электронов н дырок (экситонов). Для электрохим. кинетики существенны диффуз. ограничения, связанные с доставкой электронов или дырок к границе раздела электрод электро-лит. Для полупроводниковых электродов характерна высокая фоточувствительность, причем поглощенный свет ускоряет преим. анодную р-цию на электронном полупроводнике и катодную — на дырочном. Генерация неравновесных электронов и дырок, возможная при электрохим. р-циях, может привести к хемилюминесценции. [c.706]

В заключение этого раздела обсудим различные формы представления графиков Мотта—Шоттки в тех с.лучаях, когда они являются частотно-зависимыми (в приложении к алмазному электроду). Как уже упоминалось выше, именно этот случай является типичным для электрохимии самых разнообразных полупроводниковых электродов. На рис. 17 и 24 показаны три различных способа представления таких данных. Один из них — это веер прямых, построенных для ряда измерительных частот по значениям емкости, непосредственно измеренным при заданных частоте и потенциале (рис. 17). Второй — это график (рис. 24, [c.43]

Ю. В. Плесков. Строение двойного слоя на полупроводниковых электродах. Электрохимия (Итоги науки и техники), 1972, 8, с. 7—34, библ. 98. [c.320]

Развитие электрохимии полупроводниковых материалов дало новый импульс в изучении вопроса о роли электродного материала. Оказалось, что даже по отношению к простым редокс-системам, для которых оправдывается на металлах- соотношение (I. 15), используя полупроводниковые электроды, можно добиться различия в токах обмена на много порядков. Для того, чтобы понять истоки этой селективности, рассмотрим два [c.63]

То же самое можно сказать и о главе V, посвященной электрохимии полупроводников. Под влиянием бурного роста промышленности полупроводниковых материалов и их использования в технике эта область электрохимии начала интенсивно разрабатываться только в самые последние годы, и материал, суммированный в этой главе, является, по существу, первым систематическим обобщением результатов экспериментальных и теоретических исследований в данной области. Наряду с простым и доступным изложением теории полупроводников автор этого обзора доктор М. Грин обобщил имеющиеся пока еще довольно немногочисленные данные по строению двойного электрического слоя и распределению потенциала на границе раздела полупроводник — раствор, а также по кинетике электродных процессов на полупроводниковых электродах и технике соответствующих электрохимических измерений. [c.6]

Новый раздел электрохимии — электрохимия полупроводников — появился лишь в 1954 г. Большое значение полупроводниковых свойств некоторых окислов металлов в явлениях пассивации и большая роль адсорбции в поведении полупроводниковых электродов заставляют нас уделить новому разделу хотя бы небольшое место. [c.192]

Возвращаясь к связи между уровнем электрохимического потенциала и электродным потенциалом, можно заключить, что полупроводниковый электрод в состоянии квазиравновесия находится как бы одновременно при двух различных потенциалах, один из которых управляет реакцией, идущей через зону проводимости, а второй-реакцией, протекающей через валентную зону. Это- уникальное свойство полупроводниковых электродов, не имеющее аналогов в электрохимии металлов . [c.44]

Электрохимическими преобразователями, или хемотронами, называют приборы и отдельные элементы устройств, принцип действия которых основан на законах электрохимии. Электрохимические системы такого рода выполняют роль диодов, датчиков, интеграторов, запоминающих устройств и соответственно выполняют функции выпрямления, усиления и генерирования электрических сигналов, измерения неэлектрических величин и др. В хемотронах происходят процессы преобразования электрической энергии в химическую, а также механической энергии в электрическую и др. В отличие от электронных устройств (ламповых и полупроводниковых), в которых перенос электричества осуществляется электронами, в электрохимических преобразователях заряды переносятся ионами. Согласно закону Фарадея, количество вещества, претерпевшего изменение на электроде, пропорционально количеству прошедшего электричества. Поэтому измеряя тем или иным способом количественное изменение вещества, можно определить количество электричества, т. е. интегрировать электрические сигналы. Для этого электрохимическая реакция должна быть а) обратимой, т. е. реакция на аноде должна быть обратной реакции на катоде. Например, на аноде Си — 2е Си на катоде Си + + Че" Си б) реакция должна быть единственной, иначе точное интегрирование тока затруднено в) электролиты и электроды должны быть устойчивыми во времени г) реакции на электродах должны протекать с достаточно высокими скоростями. Таким требованиям могут удовлетворять некоторые электрохимические реакции, характеризующиеся потенциалами, лежащими между потенциалами водородного и кислородного электродов (рис. 66). При отсутствии в системе газообразных водородов и кислорода и при малой электрохимической поляризации электродов на них будут протекать лишь основные реакции. Системой, удовлетворяющей указанным требованиям, может быть 12+ + 2е ч 21" Е = 0,53 В. Потенциал ее положительнее потенциала водородного электрода и при рН< 11 отрицательнее потенциала кислородного электрода, поэтому в водных растворах в присутствии иода и ионов I" кислород и водород выделяться не будут. Эта реакция в прямом и обратном направлениях протекаете небольшой электрохимической поляризацией, следовательно, на электродах можно получить [c.367]

Классич. область применения Э.- исследования оптич. св-в материалов, в т.ч. измерения оптич. постоянных тонких (напр., оксидных) пленок, а также их толщин. Интерес к Э. возрос в 70-80-х гг. 20 в. в связи с особым значением, к-рое приобрели анализ структуры, изучение физ.-хим. св-в и контроль чистоты пов-стей благодаря быстрому развитию твердотельной (прежде всего полупроводниковой) электроники. Э. используют также в исследованиях физ. и хим. адсорбции в глубоком вакууме на плоских пов-стях Si, Ag, Pt и др., адсорбции полимеров на фанице жидкость-газ и жидкость-жидкость, процессов катализа на микроуровне, св-в верх, слоев пов-стей, подвергнутых коррозии, в электрохимии для имения окисления и восстановления электродов, в микробиологии для исследования оболочек клеток и липидных мембран и др. [c.475]

Фактически электрохимия алмаза началась с работы [11], в которой впервые была получена вольт-амперная характеристика и измерена дифференциальная емкость на границе раздела поликристаллический алмаз/раствор электролита также была обнаружена фоточувствительность алмазных электродов, которая была сопоставлена с полупроводниковыми свойствами алмаза. За исследованиями российских авторов вскоре последовали работы электрохимиков из Японии, Израиля, Франции, США, Швейцарии, Германии и других стран. Если в самых первых работах использовались алмазные пленки, хотя и с совершенной кристаллической структурой, но не легированные (их проводимость приписывали [И] неким не идентифицированным примесям или точечным дефектам, введенным специальным тепловым режимом при выращивании пленок), то, начиная с работы [12], в электрохимических исследованиях применялся алмаз, легированный бором. Переход на специально легированные электроды придал дополнительный импульс исследованиям в этой сфере. В последние годы число лабораторий, занятых исследованиями алмазных электродов, и число публикаций по электрохимии алмаза неуклонно возрастает. [c.8]

Хотя изучение двойного слоя сейчас перестало быть главным направлением электрохимии полупроводников (центр тяжести переместился в область электрохимической кинетики на полупроводниковых и изолирующих электродах), однако и в этой области в последние годы получен ряд интересных результатов, которые можно кратко суммировать следующим образом [c.5]

Возникновение электрохимии полупроводников как новой главы теоретической электрохимии обусловлено двумя основными причинами. Во-первых, многие электрохимические процессы, протекающие на границе электрод — электролит, совершаются фактически на поверхности, обладающей полупроводниковыми свойствами, со всеми особенностями, присущими такого рода материалам. Проводимость этих поверхностных слоев — окислов металлов, их гидридов, интерметаллических соединений и т. п.— по своей величине лежит между проводимостью металлов и диэлектриков. Она чувствительна к внедрению в основной слой следов примесей и в противоположность металлам увеличивается с температурой. Прохождение тока через полупроводники в общем случае осуществляется электронами (п-проводимость) или дырками, т. е. вакансиями, оставшимися после ухода электронов в другую энергетическую зону (р-проводимость). В отличие от металлов, в полупроводниках вблизи их поверхности раздела с другими фазами имеется широкая область объемного заряда, что значительно усложняет картину двойного электрического слоя. Выяснение кинетики многих электрохимических реакций (процессы в химических источниках тока, анодное растворение металлов и т. п.) становится поэтому невозможным без разработки электрохимии полупроводников. Во-вторых, в самой технологии получения полупроводниковых материалов, идущих на изготовление радиотехнических приборов, солнечных батарей и т. п., важную роль играют процессы, являющиеся по своей природе электрохимическими. К ним относятся, например, анодное и обычное травление полупроводников, осаждение тонких слоев металла на поверхность полупроводников и др. [c.491]

Изучение закономерностей совместного разряда нескольких видов ионов представляет для электрохимии первостепенное значение, так как практически во всех случаях в водных растворах электролитов находятся различные ионы (в частности, всегда присутствуют ионы водорода), которые в большей или меньшей степени участвуют в восстановлении на электроде. Кроме теоретического значения, изучение механизма совместного разряда ионов имеет также большой практический интерес для решения самых разнообразных вопросов техники [1]. Прежде всего, следует отметить важность получения электролитических сплавов. Последние представляют особенно большой интерес благодаря тому, что обладают новыми свойствами по сравнению с отдельными компонентами так удается получать сплавы, обладаюш,ие полупроводниковыми свойствами, сверхпроводимостью, магнитными свойствами и другими качествами [2]. [c.176]

В настоящее время, с учетом новых работ по электрохимии системы полупроводник — раствор электролита (см. раздел 9), можно уточнить представление, используемое для объяснения повышенной ионной проводимости окисного слоя при комнатной температуре. Если рассматривать окисел как электронно-ионный полупроводник, то вдали от нулевой точки, даже без существенного отклонения состава окисла на новерхности от стехиометрического для РегОз, вблизи поверхности должен быть наиболее выражен градиент потенциала. Он появляется в результате возникновения пространственного заряда, обусловленного скачком потенциала па границе фаз и малой величиной концентрации носителей тока в полупроводнике. Толщина слоя пространственного заряда определяется концентрацией свободных носителей тока в полупроводниковом материале и обычно изменяется в пределах от нескольких десятков ангстрем до нескольких микронов. Если толщина окислов близка к толщине слоя пространственного заряда, то этот градиент потенциала может ускорять движение ионов через спой окислов. Отметим, что предположение о полупроводниковом характере поверхностного слоя металла, на котором адсорбирован кислород из воздуха, уже давно было высказано Б. В. Эршлером и его сотрудниками [353] при исследовании никелевого электрода. [c.186]

Ч е р н ы X Ю. Н., Яковлева А. А. Влияние полупроводниковых свойств окисных пленок на электрохимическое поведение окис-но-никелевых электродов в щелочных растворах.— Электрохимия , [c.41]

Современные электронные счетно-решающие и управ-ляюш,ие устройства немыслимы без использования полупроводниковых приборов. Кристаллические диоды и триоды по сравнению с вакуумными приборами потребляют значительно меньше электрической энергии, обладают большой механической прочностью, малыми габаритами. Поэтому они стали быстро вытеснять недостаточно экономичные электронные лампы. Бурное развитие физики полупроводников, транзисторной техники, а также все большее использование при изготовлении приборов электрохимических и химических операций дало сильный толчок к изучению электрохимических свойств полупроводниковых материалов. Первые исследования в этой области были проведены в 1952—1954 гг. За последуюш,ие несколько лет в литературе опубликованы десятки работ, посвященные электрохимии германия и кремния и в первую очередь установлению характера зависимости кинетики электродной реакции от полупроводниковых свойств электрода. [c.5]

Один из наиболее интересных вопросов электрохимии полупроводников связан с выявлением тех особенностей электрохимического поведения германия и кремния, которые непосредственно связаны с полупроводниковой природой электрода. [c.30]

Савин В. С., Травина Г. Я., Федотов Н. А. Исследование реакции электрохимического восстановления кислорода на окисных полупроводниковых материалах. О неоднородности хемосорбированного кислорода на электродах из закиси никеля, про-мотированных окисью лития. — Электрохимия , 1970, т. 6, вып. 3, с. 420—422. [c.108]

Полупроводниковые электроды исследовапи в связи с созданием фотоэлектрохимических ячеек для использования со1неч ной энергии [119—122]. Широкое применение здесь нашли полупроводниковые аноды из ТЮа п-типа для разложения воды при освеш ении фотонами, энергия которых выше, чем ширина запрещ еиной зоны. Этот раздел электрохимии, как и использование полупроводников в фотогальваннческих элементах, не рассматривается в данной книге [c.188]

Природа частотной зависимости графиков Мотта—Шотгки для полупроводниковых электродов обсуждается в литературе по электрохимии полупроводников уже более 30 лет (см., например, [6, 137]). В качестве причины этой зависимости называли [c.42]

Итак, мы видим, что умеренно легированные алмазные электроды ведут себя почти идеально в растворах индифферентного электролита, давая линейные графики Мотга— Шоттки, показывая ожидаемые фотоэлектрохимические свойства (см. ниже, глава 9) и т. д., что указывает на закрепление границ энергетических зон на поверхности полупроводника. В то же время в растворах окислительно-восстановительных систем границы энергетических зон на поверхности как бы открепляются , и алмаз демонстрирует электродное поведение, характерное для плохого металла. Это явление еще не на-щло адекватного объяснения, но оно наблюдается на многочисленных полупроводниковых электродах (из германия, кремния, арсенида галлия и др.) [124, 179]. По всей вероятности, изменение степени окисленности поверхности электрода под влиянием растворенного вещества меняет скачок потенциала в слое Гельмгольца, что в терминах электрохимии полупроводников трактуется, как открепление границ энергетических зон на поверхности. [c.58]

ФОТОЭЛЕКТРОХИМИЯ, изучает взаимное преобразование световой и электрич. энергии в системе электрод — электролит. Возникновение фототока (фотопотенциала) при освещении электрохим. ячейки м. б. обусловлено 1) фотохим. р-циями в электрол1гге или возникновением в нем возбужд. молекул 2) генерацией неравновесных электронов и дырок в полупроводниковых электродах (см. Электрохимия полупроеодников) 3) фотоэмиссией электронов из электродов в р-р электролита 4) фотодесорбцией адсорбированных на электроде частиц (ионов, молекул) с переносом заряда между адсорбатом и электродом. Обратное явлекне [c.635]

Равповес1те между свободными зарядами в объеме полупроводника, в области пространственного заряда и па поверхности устанавливается сравнительно медленно. Это приводит к появлению характерной зависимости составляющих импеданса полупроводникового электрода от частоты подобная зависимость пе имеет аналогии в электрохимии металлов (Ю. Я. Гуревич, В. А. Мямлин). [c.169]

В последние 12-15 лет проблема преобразования солнечной энергии положила начало новому направлению электрохимии. Строго говоря, эта область не чисто электрохимическая, а междисциплинарная к ней относятся также катализ, химия дисперсных систем и др. Но теоретическую основу нового способа преобразования энергии света, который, как мы надеемся, найдет в недалеком будущем и практическое использование, все же составляет электрохимия, точнее-фотоэлектрохимия полупроводников. Эта область в последние годы была достаточно полно и подробно изложена в специальных монографиях (например, в книге Ю.Я. Гуревича и автора Фотоэлектрохимия полупроводников [1]), поэтому в настоящей книге этот материал фундаментального характера изложен в конспективной форме (за исключением отдельных вопросов, получивших в литературе неверное или неполное освещение). В этой небольшой по объему монографии мы отказались от принципа само-замкнутости для более глубокого знакомства с основами электрохимии, тоэлектрохимии и физики полупроводников читателю придется обратиться непосредственно к соответствующим руководствам, а с физикохимией конкретных полупроводниковых электродов-напримф, к [2]. Напротив, собственно фотоэлектрохимическое преобразование солнечной энергии излагается достаточно подробно, с тем чтобы не просто описать основные принципы действия и системы электрохимических солнечных преобразователей, а подчеркнуть трудности, встречающиеся на пути их практического осуществления, и обсудить наиболее вероятные пути их преодоления. При этом литературные ссылки приводятся всюду, где это целесообразно, на работы обзорного, а не приоритетного характера. [c.5]

Электрохимическими преобразователями, или хемотронами, называют приборы и отдельные элементы устройств, принцип действия которых основан на законах электрохимии. Электрохимические системы такого рода выполняют роль диодов, датчиков, интеграторов, запоминающих устройств и соответственно выполняют функции выпрямления, усиления и генерирования электрических сигналов, измерения неэлектрических величин и др. В хемотронах происходят процессы преобразования электрической энергии в химическую, а также механической энергии в электрическую и др. В отличие от электронных устройств (ламповых и полупроводниковых), в которых перенос электричества осуществляется электронами, в электрохимических преобразователях заряды переносятся ионами. Согласно закону Фарадея, количество вещества, претерпевщего изменение на электроде, пропорционально количеству прошедшего электричества. Поэтому измеряя тем или иным способом количественное изменение вещества, можно определить количество электричества, т. е. интегрировать электрические сигналы. Для этого электрохимическая реакция должна быть а) обратимой, т. е. реакция на аноде должна быть обратной реакции на катоде. Например, на аноде Си — 2е на катоде Си + + 2е Си б) ре- [c.417]

Благодаря своей исключительной химической стойкости, алмаз является перспективным электродным материалом для использования в теоретической и прикладной электрохимии. В настоящей монографии подводятся итоги фундаментальных исс [едований электродов из сшгтетического алмаза (электрохимическая кинетика, фотоэлектрохимия, спектроскопия электрохимического импеданса). Прослеживается связь между полупроводниковой природой и кри- тaлJПIчe кoй структурой алмаза и его электрохимическим поведением. Намечены перспективы применения алмазиьи электродов в электроанализе, электросинтезе и экологически ориентированных производствах. [c.2]

Процессы катодного выделения и анодного растворения в случае твердых металлов и некоторых окислов обладают по сравнению с другими электрохимическими реакциями некоторыми особенностями, связанными с тем, что конечные илп исходные вещества находятся в кристаллическом состоянии, а также с полупроводниковыми свойствами некоторых электродов. Однако раньше чем рассматривать эту сторону проблемы электроосаждения, мы обсудим вопрос о кинетике разряда ионов металла в тех условиях, когда металл выделяется не в кристаллическом, а в жидком состоянии, например образуя амальгаму при выделения на ртутном электроде. Обсуждение этого вопроса поможет в дальнейшем выявить особенности, связанные с кристаллическим строением электрода. Кроме того, многие закономерности в электрохимии металлов практически не зависят от агрегатного состояния металла электрода. Так, на жидкой ртути в 45%-ной хлорной кислоте (при температуре —38,8° С) ток обмена лишь на 15% больше, чем на твердой (при —38,9° С) [53]. В растворе 1 N ОаС1я-Ь [c.34]

Книга является обобщением исследований отечественных и зарубежных ученых в новой области физической химии—электрохимии полупроводников германия и кремния. В ней систематически изложены вопросы строения двойного электрического слоя на границе раздела полупроводник—электролит, кинетика анодного растрорения германия и кремния, а также приведены сведения о других электрохимических реакциях, протекающих на германиевых и кремниевых электродах. Специальная глава книги посвящена рассмотрению электрохимических операций, применяемых в производстве полупроводниковых приборов. [c.2]

Полупроводниковые свойства электродных материалов играют большую роль не только в электрохимии германия и кремния, но и во многих других случаях. Учет этих свойств, привлечение основных идей физики полупроводников позволили объяснить ряд особенностей в поведении окисных электродов химических источников тока (Б. В. Эршлер, П. Д. Луковцев и др.), исследовать фотоэлектрохимические явле-ения (В. И. Веселовский и сотр.) и т. д. Но только для германия и кремния — веществ с хорошо воспроизводилшми и изученными электрофизическими характеристиками — удалось впервые провести подробное количественное сопоставление теоретических выводов с экспериментом. [c.169]