Сычикова Я.О.

Бердянський державний педагогічний університет

Динаміка електрохімічного розчинення фосфіду індію

Встановлення електрохімічної рівноваги між водними електролітами та напівпровідником електронного типу провідності забезпечується переходом електронів із зони провідності на катіони гідроксонію. В результаті напівпровідник заряджається позитивно, а в розчині виникає подвійний електричний шар з надлишковою аніонною концентрацією на межі з кристалом [1 - 5]. Це призводить до формування бар’єрного електричного шару, об’ємного заряду іонізованих донорів зі сторони напівпровідника та розвитку ланцюга самоузгоджених процесів, що призводять до формування рівноважного адсорбціонного покриття поверхні кристалу. Такі процеси включають в себе розділення полем поверхневого заряду електронно-діркових пар, що з’являються у напівпровіднику в ході теплової генерації та фотогенерації, захват дірок атомами поверхневого шару кристалу та спустошення орбіталей їх обірваних зв’язків [1, 2]. Тільки після цього атоми поверхні набувають електрофільних властивостей та здатність вступати в хімічну взаємодію з аніонами або нуклефільними молекулами через утворення донорно-акцепторних зв’язків. Таким чином, система електроліт-напівпровідник (зовнішній шар ненасичених атомів напівпровідникового кристалу), в якій протікають процеси хімічної адсорбції, не являється закритою [3, 4].

Розглянемо поверхню фосфіду індію (після видалення природного окислу), як вільну нереконструйовану поверхню кристалу. В залежності від кристалографічної орієнтації такої поверхні, атоми, що виходять на неї можуть мати один чи два обірваних зв’язків. В умовах об’ємно-повехневої рівноваги одна орбіталь обірваного зв’язку у атому індію повинна бути вакантною, а у атомів фосфору – зайнята нерозділеною парою електронів. Тоді при адсорбції по крайній мірі одного аніону на атом In повна теплота адсорбції повинна співпадати з теплотою на електрофільному центрі. У той самий час для атомів Р перетворення заповненої орбіталі обірваного зв’язку в електрофільний центр потребує затрати енергії, яка, у загальному випадку, перевищує енергію, що виділяється в акті адсорбції. Тому при відсутності електричного зсуву лише незначна частина атомів фосфору поверхні може бути зв’язаною з адатомами галогену [5]. На поверхні фосфіду індію n-типу провідності, що знаходиться у електрохімічній рівновазі з достатньо концентрованим розчином електроліту, формується тонкий щільний шар частинок, у якому сконцентровано від’ємний заряд напівпровідника. Цей шар носить назву шар Гельмгольца. Він містить в рівних співвідношеннях сольватовані аніони, дипольні молекули розчинника та хімічно адсорбовані аніони [6 - 8]. Ці частинки містять пари електронів, що займають орбіталі з найвищими для даного типу частинок рівнями енергії. З іншого боку, з атомами, що входять у гратку напівпровідника, зв’язані електроні стани, що залишаються вакантними. По мірі збільшення анодного зсуву відбувається послідовне зближення енергетичних рівнів заповнених станів в шарі Гельмгольцу та вакантних станів у кристалі. У результаті такого зближення виникають канали тунельного переносу електронів у кристал від компонентів цього шару, які відповідають різним механізмам гетерогенних окислювальних реакцій на поверхні напівпровідникового аноду [4, 5]. По мірі відхилення від умов початкової рівноваги, може відбуватися розвиток декількох процесів, що різняться за механізмом електрохімічних реакцій:

- повне окислення матеріалу напівпровідника з утворенням розчинних продуктів його взаємодії з аніонними компонентами розчину;

- електродне окислення сольватованих аніонів або молекул води, такі процеси можуть протікати паралельно з розвитком пор та навіть пригнічувати його;

- зародження та розвиток пор, в цьому сенсі пороутворення носить характер лавинного пробою [5].

1. Лебедев М.В. Перенос заряда n-GaAS (100) с водным раствором соляной кислоты: исследования методом электрохимической импедансной спектроскопии / М.В. Лебедев, Т. Мазуда, К. Юосаки // Физика и техника полупроводников. – 2012. – Т.46 (4). – С. 487 – 493.

2. Арутюнян В.М. Физические свойства границы полупроводник – электролит / В.М. Арутюнян // Успехи физических наук. – 1989. – С. 255 – 291.

3. Arita Y. Formations and properties of porous silicon films / Y. Arita, Y. Sunohara // J. Electrochem. Soc. – 1977. – V.124. – P. 285 – 295.

4. Улин В.П. Природа процессов электрохимического порообразования в кристаллах AIIIBV (Часть 1). / В.П. Улин, С.Г. Конников // ФТП. – 2007. – Т. 41(7). – С. 854 – 866.

5. Улин В.П. Природа процессов электрохимического порообразования в кристаллах AIIIBV (Часть 1). / В.П. Улин, С.Г. Конников // ФТП. – 2007. – Т. 41(7). – С. 867 – 877.

6. Тыныштыкаев К.Б. Динамика формирования мозаичной структуры пористого кремния при длительном анодном травлении в электролитах с внутренним источником тока / К.Б. Тыныштыкаев, Ю.А. Рябикин, К.А. Мить, Б.А. Ракыметов, Т. Айтмукан // Физика твердого тела. – 2011. – Т. 53 (8). – С. 1498 – 1504.

7. Ерохов В.Ю. Кремний мультипористой текстуры для фотоэлектрохимических преобразователей солнечной энергии / В.Ю. Ерохов, А.А. Дружинин // технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2009. - №3. – С. 21 – 23.

8. Горячев Д.Н. Формирование толстых слоев пористого кремния при недостаточной концентрации неосновных носителей / Д.Н. Горячев, Л.В. Беляков, О.М. Сресели // Физика и техника полупроводников. – 2004. – Т. 38 (6). – С. 739 – 744.