электрохимия полупроводников
ЭЛЕКТРОХИМИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
изучает физ.-хим. процессы на границе раздела полупроводник — электролит. Особенности электрохим. поведения полупроводников обусловлены, во-первых, низкой концентрацией подвижных зарядов — носителей тока, во-вторых, наличием двух видов носителей тока — электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Из-за низкой концентрации носителей тока (напр., в чистом Ge это величина порядка 1013 см−3, тогда как в металлах концентрация свободных электронов порядка 1021 см−3) полупроводниковая обкладка двойного электрического слоя диффузна, подобно диффузной части двойного электрич. слоя в случае металлич. электрода, погруженного в разб. раствор электролита. Вследствие этого значит. часть межфазного скачка потенциала локализована в полупроводнике, а дифференц. емкость полупроводникового электрода по порядку величины ниже, чем металлич. электрода. Например, емкость электрода из Ge составляет неск. сотых мкФ/см2, емкость металлич. электродов — десятки мкФ/см2.
Скорость электрохим. реакций пропорциональна концентрации подвижных зарядов на поверхности электрода. Вследствие низкой их концентрации в полупроводнике токи обмена электрохим. реакций малы, эти реакции обычно необратимы. В реакциях участвуют как электроны проводимости (катодные процессы), так и дырки (напр., в реакциях анодного растворения), часто независимо друг от друга; возможно также участие связанных состояний электронов и дырок (экситонов). Для электрохим. кинетики характерны диффузионные ограничения, связанные с доставкой электронов проводимости (или дырок) из объема полупроводника к его поверхности. Эти ограничения могут проявляться как появление предельных токов дырок (на анодах из полупроводников n-типа, напр. при анодном травлении Ge n-типа) или предельных токов электронов (в случае катодов p-типа, напр. при выделении H2 из водных растворов на Ge p-типа). Для полупроводниковых электродов характерна фоточувствительность (см. фотоэлектрохимия), причем освещение ускоряет преим. анодную реакцию на полупроводнике n-типа и катодную — на полупроводнике p-типа. Возникновение неравновесных носителей тока — электронов и дырок в полупроводнике в ходе некоторых электрохим. реакций может сопровождаться электролюминесценцией.
Наиб. часто используемые на практике полупроводниковые электроды: Ge, Si, соед. типа AIIIBV (GaAs, GaP, InP), AIIBVI (CdS, CdSe, CdTe), дихалькогениды переходных металлов (MoS2, MoSe2, WSe2), оксиды металлов (Fe2O3 TiO2, ZnO, WO3), тройные соединения (CuInSe2). Достижения Э. п. применяются в микроэлектронике (анодное травление и электрополировка полупроводников, электроосаждение полупроводников и на полупроводниках), хемотронике (см. электрохимические преобразователи информации), позволяют реализовать прямое преобразование солнечной энергии в электрическую и химическую. Электрохим. закономерности зачастую определяют коррозию полупроводников, а также возможность их хим. травления, оба эти процесса применяются как методы обработки поверхности полупроводниковых элементов.
Лит.: Плесков Ю. В., в кн.: Двойной слой и электродная кинетика, М. 1981, с. 133–73; Гуревич Ю.Я., Плесков Ю. В., Фотоэлектрохимия полупроводников, М., 1983; Плесков Ю.В., Фотоэлектрохимическое преобразование солнечной энергии, М., 1990. См. также лит. при ст. фотоэлектрохимия.
Ю. В. Плесков
