Сичікова Я.О.

Бердянський державний педагогічний університет

Визначення потенціалу плоских зон напівпровідникового електрода в розчинах електролітів

Для напівпровідника n-типу рівень Фермі (E_F) зазвичай вище, ніж рівень редокс-потенціалу (E_redox) для електроліту. Електрони, при контакті напівпровідник – електроліт, будуть переходити через межу розділу з напівпровідника в електроліт. При цьому в напівпровіднику виникає позитивна область просторового заряду. У приповерхневій області напівпровідника відбувається викривлення зон вгору.

Для напівпровідника p-типу рівень Фермі (E_F) зазвичай нижче, ніж рівень редокс-потенціалу (E_redox) для електроліту. Електрони у цьому випадку при контакті напівпровідник-електроліт будуть переходити через межу розділу з електроліту в напівпровідник. При цьому в напівпровіднику виникає негативна область просторового заряду. У приповерхневій області напівпровідника відбувається викривлення зон вниз.

При зануренні напівпровідника в електроліт в приповерхневій області напівпровідника відбувається викривлення зон. При певному потенціалі викривлення зникає, і рівні енергії стають плоскими. Це значення потенціалу називають потенціалом плоских зон напівпровідника [1]. Потенціал плоских зон, є найважливішою фізико-хімічною характеристикою напівпровідникового електроду.

Визначення потенціалу плоских зон (φ_fb) на кордоні напівпровідник-електроліт грунтується головним чином на вимірюванні диференціальної ємності. Згідно роботи [1]:

_,

де С_sc - диференціальна ємність області просторового заряду в напівпровіднику, віднесена до одиниці площі контакту напівпровідник-електроліт;

φ  - прикладений потенціал;

φ_FB - потенціал плоских зон;

N - концентрація донорів для напівпровідника n-типу або акцепторів для напівпровідника p-типу.

Залежність кривої С^-2(U) повинна відповідати виконанню умови Мотта-Шотткі [2]. Для ідеального бар'єру Шотткі залежність С^-2(U) являє собою пряму лінію та перетинає вісь абсцис при напрузі плоских зон. Шляхом екстрополяціі отриманих експериментально кривих, можна отримати значення потенціалу плоских зон [3].

Вимірювання вольт-фарадних характеристик для системи електроліт-напівпровідник проводилося при кімнатній температурі на ємнісному профілометрі PN4200. . Зондуюча напруга, використовувана для визначення диференціальної ємності, мала частоту 300 Гц і амплітуду не вище 20 мВ.

В якості електроліту застосовувався 0.2 М водний розчин HF.

Типовий вид отриманих залежностей диференціальної ємності досліджуваної системи від напруги зсуву представлений на рис.1.

Рис. 1. Залежність диференційної ємності досліджуваної системи від напруги зсуву

Як видно з рисунку , напруга плоских зон (UFВ) у використовуваному нами електроліті становить ~ 0.4 В.

Література

1. Батенков В.А. Электрохимия полупроводников: учеб. пособие / В.А. Батенков. – [2-е изд., допол.], – Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2002. – 162 с.

2. Хомченко Г.П. Окислительно-восстановительные реакции / Г.П. Хомченко К.И. Севастьянова. – К.: Просвещение, 1989. – 141 с.

3. Дамаскин Б.Б. Химия / Б.Б.Дамаскин, О.А.Петрий, Г.А.Цирли — М.: Колос С, 2006. —672 с.