ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Контакт полупроводников и металлов с водными растворами из "Физика и химия полупроводников" Ниже рассматривается контакт полупроводников или металлов с водными растворами. При этом вначале мы остановимся на основных термодинамических и электрических свойствах чистой воды, а также водных растворов солей, кислот и оснований (щелочей). [c.184] для однозначного определения термодинамических свойств чистой воды необходимо знать либо концентрацию молекул кислорода, либо концентрацию молекул водорода. [c.185] Таким образом, чистая вода по своим термодинамическим свойствам подобна собственному полупроводнику. Произведения концентраций носителей в воде и в кристалле германия приблизительно равны (см. 8). Заметим, однако, что из-за большой массы подвижность ионов гораздо меньше, чем подвижность электронов и дырок и поэтому удельная проводимость чистой воды, рассчитанная теоретически, составляет очень малую величину 10 ом лi С этой точки зрения чистая вода похожа скорее на диэлектрики, чем на полупроводники. [c.186] Работа выхода электронов из воды. В чистой воде, а также в водных растворах концентрация свободно перемещаюш,ихся электронов черезвычайно мала и поэтому удельная проводимость рассматриваемых растворов определяется исключительно концентрациями и подвижностями соответствуюш,их ионов. Тем не менее, для анализа контактных явлений весьма важно знать такую характеристику раствора, как работа выхода электронов ф,. [c.186] Водные растворы. При рассмотрении водных растворов следует различать следующие случаи. [c.188] Уровни потенциальной энергии электронов, соответствующие ионам растворенных веществ. Очевидно, что каждому виду находящихся в растворе ионов соответствует определенный уровень полной потенциальной энергии электронов. Из сказанного ранее следует, что этот уровень может быть определен как разность электрохимического потенциала электронов и соответствующего концентрационного члена. [c.190] С+ — термодинамическая концентрация рассматриваемых ионов в растворе. [c.190] Очевидно, что чем левее расположен данный элемент в ряду напряжения металлов, тем выше находится соответствующий ему уровень полной потенциальной энергии электронов в растворе (рис. 53). Для металлоидов это правило меняется на обратное, что непосредственно следует из формулы (158а) и рис. 53. [c.192] контакт с электролитом может являться источником электродвижущей силы. [c.198] Вольт-амперная характеристика контакта с электролитом. [c.198] Из формулы (166) видно, что величина jt существенно зависит от химической природы частиц раствора, с которыми происходит электронный обмен. Чем левее стоит в ряду напряжений данный элемент, тем больше величина и, следовательно, меньше ток обмена. Например, при одной и той же концентрации соответствующих ионов ток обмена падает при переходе от иоиов Си к ионам Н или от ионов Н к ионам Ма . Таким образом, каждому виду положительных ионов в растворе соответствует свой ток обмена, а потому и своя вольт-амперная характеристика. [c.199] Результирующая вольт-амперная характеристика контакта может быть получена суммированием характеристик для всех видов находящихся в растворе положительных и отрицательных ионов. Очевидно, что такая характеристика определяется в первую очередь химической природой тех ионов, для которых величины токов обмена имеют максимальное значение. При отсутствии в растворе элементов, находящихся в ряду напряжений правее водорода или кислорода, такими ионами являются ионы Н+ и ОН-. [c.200] Из полученных формул и приведенных рисунков видно, что вольт-амперная характеристика для какого-либо одного сорта ионов качественно не отличается от вольт-амперной характеристики р — п или п — р переходов. С другой стороны, суммарная вольт-амперная характеристика контакта металл—электролит принципиально отличается от указанных характеристик. Действительно, при любой полярности, приложенной к контакту разности потенциалов, мы имеем дело с возникновением прямого тока, плотность которого очень резко зависит от величины Аи. Иными словами, суммарную вольт-амперную характеристику контакта ме-талл-электролит можно сравнивать с вольт-амперной характеристикой включенных параллельно р — п и п — р переходов. [c.200] Таким образом, контакт металла с электролитом обладает нелинейной, но в первом приближении симметричной вольт-амперной характеристикой и не является потому выпрямляющим контактом. [c.201] Вольт-амперная характеристика контакта полупроводник — электролит. При контакте полупроводника с электролитом (ввиду малой концентрации носителей заряда в полупроводнике) на границе раздела возникает потенциальный барьер сложной формы. В общем случае вольт-амперная характеристика такого контакта может быть весьма сложной и поэтому мы рассмотрим ее на одном частном, но важном для практики примере. [c.201] Если погруженный в раствор полупроводник обладает проводимостью р типа, вблизи контактной поверхности кристалла образуется р —р переход с весьма высоким уровнем токов насыщения. Естественно, что вольт-амперная характеристика такого контакта ничем не отличается от приведенных выше характеристик для контакта металл—электролит. Таким образом, в некоторых случаях контакт полупроводника с электролитом может являться выпрямляющим и обладает примерно такой же вольт-амперной характеристикой, как р — п переход. [c.202] Анодное травление кристаллов электронных полупроводников происходит чрезвычайно медленно и поэтому редко применяется на практике. Возможно, однако, электролитическое травление п области полупроводникового прибора. Последнее связано с выделением атомарного кислорода на подведенном к п области металлическом выводе. Выделяющийся атомарный кислород окисляет близлежащие участки поверхности прибора, которые затем растворяются в электролите. [c.203] В заключение заметим, что скорость электролитического травления полупроводника п типа может быть резко повышена при освещении поверхности кристалла. Это объясняется тем, что в данном случае происходит генерация неравновесных электроннодырочных пар. Увеличение концентрации свободных электронов на поверхности кристалла приводит к возрастанию обратного тока через р — п переход. Такой же результат может быть достигнут прн инжекции через контакт, расположенный вблизи обрабатываемой поверхности на расстоянии, не превышающем диффузионную длину . При этом плотность обратного тока, а следовательно, и скорость травления возрастает за счет увеличения концентрации дырок в объеме кристалла (т. е. в п области). [c.203] Перечислим основные положения данного параграфа. [c.203] Вернуться к основной статье