Электрохимия полупроводников. Батенков В.А. - 119 стр.

  Глава 4. ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ПОЛУПРОВОДНИКА

      Проблема электродного потенциала обесточенного полупроводника не проста, как это
кажется на первый взгляд. Для его рассмотрения необходимо привлечение всего арсенала
знаний по электрохимии вообще и по электрохимии полупроводников, в частности. Этим
обусловлено необычное расположение данной главы.
      В научной литературе при объяснении закономерностей, характерных для электродно-
го потенциала полупроводников, обычно используются электрофизические представления и
модели, основанные на зонной теории твердого тела: изгиб зон, пространственный заряд в
полупроводнике, поверхностные состояния и т. п. Однако эти исходные положения, во-
первых, часто не соответствуют реальному строению границы раздела полупроводник –
электролит. Во-вторых, они часто игнорируют электрохимические реакции, протекающие на
этой границе, хотя именно последние – причина измеряемого значения электродного потен-
циала. Выявление потенциалобразующих электродных реакций, их кинетики позволяет по-
нять природу электродного потенциала и его зависимость от материала электрода, рН рас-
твора, освещения и ряда других факторов.
      Сравнение экспериментальных значений потенциала электрода с теоретическими, рас-
считанными по термодинамическим данным для равновесных реакций материала электрода
с водой, дает информацию о вероятности и степени протекания тех или иных процессов на
границе электрод – водный раствор, а также о возможном составе соединений на поверхно-
сти электрода. Знание этих процессов и состава важно, так как они определяют электрофизи-
ческие свойства контактов МП и других гетероструктур.
      Главная особенность полупроводниковых электродов – их светочувствительность. В
последнее время это свойство полупроводников интенсивно исследуется в целях разработки
высокоэффективных фотоэлементов и фотохимических преобразователей солнечной энер-
гии, а также при разработке приборов ночного видения, лазеров и т. п. Поэтому необходимо
детальное изучение, как общих основ электродного потенциала, так и явлений, характерных
для полупроводниковых электродов в отсутствие поляризации внешним током.

     4.1. РАВНОВЕСНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ (ТЕОРИЯ)

     4.1.1. Общие понятия [1, 2]
      Электродный потенциал Е – это максимальное напряжение электрохимической ячей-
ки, составленной из исследуемого (рабочего) электрода и электрода сравнения. Электродный
потенциал измеряется или пересчитывается относительно стандартного водородного элек-
трода (СВЭ): платинированная платина, погруженная в раствор кислоты с аН+ = 1 моль/л, на-
сыщенный водородом при давлении Р = 1 атм = 101 кПа и Т = 298.15 К. Потенциал СВЭ ус-
ловно принят равным нулю. Он отличается от потенциала нормального водородного элек-
трода, измеренного, когда не активность, а концентрация СН+ = 1 моль/л.
      Возникновение электродного потенциала обусловлено протеканием на границе элек-
трод – электролит электрохимических реакций с участием ионов. Без этих реакций его про-
явление невозможно. Можно измерить лишь Вольта-потенциал. При заданных температуре и
давлении потенциал электрода определяется природой и активностью частиц, участвующих
в электродной реакции (или реакциях), и типом этой реакции.
     Равновесный электродный потенциал – это потенциал электрода, когда на границе
электрод – электролит протекает одна обратимая электрохимическая равновесная реакция.
При равновесии скорости прямой (анодной) и обратной (катодной) реакций равны, устанав-
ливается равенство электрохимических потенциалов всех частиц в обеих фазах, наблюдается
материальный баланс по числу зарядов и частиц, участвующих в этих реакциях. В общем
итоге отсутствует накопление продуктов электрохимических или химических превращений.
У обратимого равновесного электрода скорости прямой и обратной реакций должны быть дос-

                                          119