Проводимости полупроводника

Другой подход к измерению поляризации — определение потенциалов при разных расстояниях от носика L до В с последующей экстраполяцией до нулевого расстояния. Как показано в разделе 4.4, подобная поправка необходима только при измерениях, требующих большой точности, а также при необычно высоких плотностях тока или при необычно низкой проводимости электролита, например в дистиллированной воде. Однако эта поправка не учитывает возможной ошибки из-за высокого сопротивления пленки продуктов реакции, которой может быть покрыта поверхность электрода. Предложен специальный электрический контур для электролитов с высоким сопротивлением. Он позволяет измерять потенциал с поправками на падение напряжения в электролите и в электродных поверхностях пленках.

В качестве блескообразователя применяются соединения серебра в нейтральных электролитах (электролиты № 1, 3, 4 в табл. 20). Такие электролиты мало чувствительны к присутствию посторонних ионов. Обычно для увеличения электрической проводимости электролита к раствору добавляют соли калия в виде сульфатов, фосфатов, нитратов, цитратов, тартратов, лактатов, бензосульфонатов. Кроме соединений серебра в электролите часто присутствуют и ионы других металлов (никеля, кобальта), правда, покрытия от этого становятся более хрупкими, хотя и более блестящими. В качестве комплексообра-зователя для серебра используют органические соединения типа этилендиаминтетрауксусной кислоты или амины (пиридин, диэтано-ламин и др.). Добавление солей титана делает покрытие более блестящим. Зеркально-блестящими становятся покрытия, когда кроме солей титана еще присутствует селен — тогда покрытия приобретают цвет золота.

В качестве модельного объекта исследования был выбран монокристалл широко распространенного минерала кальцита, а модельной средой служили водные растворы уксусной кислоты. Такое сочетание взаимодействующих фаз обеспечивало конгруэнтное растворение минерала и благодаря слабой диссоциации уксусной кислоты позволило эффективно регистрировать кинетику растворения карбоната кальция методом измерения электрической проводимости электролита, увеличивающейся вследствие хорошей диссоциации продукта коррозии — уксуснокислого кальция.

К аналогичному выводу иным путем пришел Басе [145], который показал, что при заметной проводимости электролита (например, в сантимолярных растворах) растворение металла контролируется активационно, так как при обычных значениях проводимости а время релаксации максвелловского распределения ионов в среде tr ~ е/4ла достаточно мало, чтобы не было недостатка в сольватирующих группах на поверхности электрода для обеспечения высокой скорости перехода ионов металла через границу фаз (tr порядка 10~9 с).

В качестве модельного объекта исследования был выбран монокристалл широко распространенного минерала кальцита. Модельной средой служили водные растворы уксусной кислоты. Такое сочетание взаимодействующих фаз обеспечивало конгруэнтное растворение минерала и благодаря слабой диссоциации уксусной кислоты позволяло эффективно регистрировать кинетику растворения карбоната кальция методом измерения электрической проводимости электролита, увеличивающейся вследствие хорошей диссоциации продукта коррозии — уксуснокислого кальция.

К аналогичному выводу иным путем пришел Басе [163]. Он показал, что при заметной проводимости электролита (например, в сантимолярных растворах) растворение металла контролируется активационно, так как при обычных значениях проводимости а время релаксации максвелловского распределения ионов в среде tr ~ е/4яа так мало, что нет недостатка в сольватирующих группах на поверхности электрода, обеспечивающих высокую скорость перехода ионов металла через границу фаз (tr порядка 1(Г9 с).

прогрессирует, покрытие теряет свою защитную функцию или оказывает протекторную защиту на участках, находящихся на некотором расстоянии от покрытия. Распределение катодного тока зависит, конечно, от потенциала коррозии покрытия и проводимости электролита в порах.

дном, что в свою очередь при одинаковой удельной проводимости электролита дает общую проводимость, пропорциональную его глубине.

точно высокой электрической проводимости электролита состав-

3.3.6. Электрическая проводимость и числа переноса. Электрическая проводимость — одна из важнейших физических характеристик электролита. Это свойство зависит от структуры расплава, поскольку перенос тока обусловлен движением ионов, а следовательно, их природой и взаимодействием между ними [2]. При повышении электрической проводимости электролита можно интенсифицировать процесс электролиза без нарушения теплового баланса электролизера.

Повышение электрической проводимости электролита также приводит к нарушению теплового равновесия электролизера: падение напряжения в электролите уменьшается и, следовательно, снижается приход тепла. Для восстановления теплового равновесия необходимо увеличить либо плотность (силу) тока, либо междуполюсное расстояние. В обоих случаях (при прочих равных условиях) производительность электролизера повышается.

•Откладывая по оси абсцисс 1/Т, а по оси ординат In оп, получаем прямую, образующую с осью ординат угол ап, по величине которого можно определить энергию ионизации примеси ?я. Таким образом, участок ab отвечает примесной проводимости полупроводника, возникающей вследствие ионизации примесных атомов, приводящей к появлению «примесных» носителей заряда.

Область be простирается от температуры истощения примеси Ts .до температуры перехода к собственной проводимости Т,-. В этой •области все примесные атомы ионизированы, но .еще не происходит заметного возбуждения собственных носителей, вследствие чего концентрация носителей сохраняется приблизительно постоянной и равной концентрации примеси: п = Nn. Поэтому температурная зависимость проводимости полупроводника в этой области определяется температурной зависимостью подвижности носителей. ЕСЛ.И

Область cd соответствует собственной проводимости полупроводника. В этой области концентрация носителей заряда при достаточно высоких температурах практически равна концентрации собственных носителей. Поэтому проводимость полупроводника в этой области

приповерхностной области основными носителями: их коцентрация оказывается много меньше коцентрации некомпенсированной примеси, определяющей тип проводимости полупроводника.

Рис. 8.32. Теоретическая кривая зависимости поверхностной проводимости полупроводника n-типа от изгиба зон

Изменять заряжение поверхностности полупроводника можно посредством внешнего электрического поля. На рис. 8.34, а приведена принципиальная схема прибора, предназначенного для этой цели. На одну сторону полупроводниковой пластины Я напыляется омический контакт Э, второй электрод М прижимается к противоположной стороне пластины через тонкий слой диэлектрика Д. На электроды подается внешняя разность потенциалов от источника V. Меняя величину и знак потенциалов на электродах Э и М, можно в широких пределах изменять величину и знак заряда, индуцируемого-на поверхности полупроводника, прижатой к электроду М. На рис. 8.34, б показан изгиб зон у поверхности n-полупроводника и. обогащение приповерхностного слоя электронами, вызванное внешним полем и приводящее к повышению поверхностной проводимости полупроводника. При противоположной полярности поля в приповерхностном слое полупроводника возникает обеднение (рис. 8.34, в) и инверсия (рис. 8.34, г).

Явление изменения поверхностной проводимости полупроводника под действием поперечного электрического поля называют эффектом поля. Оно широко используется для исследования поверхностных состояний, позволяя определять величину заряда, захваченного этими состояниями, их плотность, глубину залегания и т. д.

Поясним природу этого эффекта на примере нейтрального контакта полупроводника с металлом. Напомним, что нейтральным называют контакт двух материалов, обладающих одинаковыми работами выхода. В таком контакте отсутствуют слои обогащения или обеднения, нет изгиба зон. На рис. 9.3, а показана энергетическая диаграмма нейтрального контакта металла с п-полупроводником. В равновесном состоянии уровни Ферми металла (цм) и полупроводника (}г„) располагаются на одной высоте, а дно зоны проводимости полупроводника находится выше уровня Ферми металла на —ц„, так что для электронов, переходящих из металла в полупроводник, существует потенциальный барьер высотой —ц„.

При собственном и примесном поглощениях возникают избыточные свободные носители заряда, приводящие к увеличению проводимости полупроводника. Процесс внутреннего освобождения! электронов под действием света называется внутренним фотоэффектом. Добавочная проводимость, приобретаемая полупроводником: при облучении светом, называется фотопроводимостью. Основная. же проводимость, обусловленная тепловым возбуждением свободных носителей заряда, называется темповой проводимостью. Приборы, предназначенные для регистрации светового излучения пес величине фотопроводимости, называются фоторезисторами.

Экситоны. Как уже указывалось, при возбуждении собственной фотопроводимости электроны из валентной зоны перебрасываются в зону проводимости и становятся свободными. Однако возможно и иное течение процесса, когда возбужденный электрон не разрывает связи с дыркой, возникающей в валентной зоне, а образует с ней единую связанную систему. Такая система была впервые рассмотрена Я. И. Френкелем и названа им экситоном. Экситон сходен с атомом водорода: в обоих случаях около единичного положительного заряда движется электрон и энергетический спектр является дискретным (рис. 12.9). Уровни энергии экситона располагаются у дна зоны проводимости. Так как экситоны являются электрически нейтральными системами, то возникновение их в полупроводнике не приводит к появлению дополнительных носителей заряда, вследствие чего поглощение света не сопровождается увеличением проводимости полупроводника. При столкновении же с фононами, примесными атомами и другими дефектами решетки экситоны или рекомби-нируют, или «разрываются». В первом случае возбужденные атомы переходят в нормальное состояние, а энергия возбуждения передается решетке или излучается в виде квантов света; во втором случае образуется пара носителей — электрон и дырка, которые обусловливают повышение электропроводности полупроводника.

Известно, что при облучении полупроводника светом имеет место появление в нем неравновесных электронов Дп и дырок Др, наличие которых приводит к изменению проводимости полупроводника: