Электрохимия полупроводников. Батенков В.А. - 144 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

АлтГУ | Барнаул

Составители: 

Рубрика: 

144
вспышки света длительностью около 10
–5
с, т. е. импульсное освещение. В фотоэлементах и
фотоэлектрохимических ячейках (ФЭХЭ) используется стационарное освещение. Ниже опи-
сываются фотоэффекты для этого случая.
Обобщая экспериментальные данные, можно сделать следующие заключения.
1. При освещении полупроводника его исходный темновой потенциал сначала (доли
секунд) изменяется очень быстро, а затем всё медленнее, достигая стационарного значения
через несколько минут (см. рис. 4.6). Также, но медленнее, возвращается его темновое значе-
ние после выключения освещения. Эти изменения описываются уравнением:
(1/Е
ф
) = А + В lg (1/t), (4.63)
где А и В – постоянные, В
–1
; t – время. Для n-GaP и n-GaAs (рис 4.6) при освещении: А =
= –2.0
± 0.3, В = –0.4 ± 0.2; в темноте: А = –1.8 ± 0.5, В = +0.5 ± 0.1. Значение электродного
потенциала полупроводника в конце освещения (через 5 мин) при увеличении числа циклов
свет/темнота (по 5 мин) почти не изменяется. В темноте конечный потенциал в первом цик-
ле заметно уменьшается, но в последующих циклах его изменения малы.
Рис. 4.6. Кинетика изменения электродного потенциала: 1) n-GaP (n = 7
⋅10
16
см
–3
),
2) n-GaAs (n = 6
⋅10
15
см
–3
, (111)В) в темноте и при освещении ртутной лампой.
Е
е
= 2.7 мВт/см
2
. 0.1 моль/л раствор Na
2
B
4
O
7
, насыщенного KCl; рН 9.5. 23
о
С [46]
Рис. 4.7. Термодинамические (1,3) и экспериментальные (2,4) значения электродного
потенциала полупроводников А
III
B
V
n-типа
с разной шириной запрещённой зоны.
1a, 1b – равновесные реакции с участием A
2
O + B (для GaSb - Sb
2
O
3
); 1c – равновесные
реакции с участием In(OH)
2
+ B; 3a, 3b – равновесные реакции с участием A
2
O
3
+ B
2
O
3
(или 2 Н
3
РО
3
),
для GaAs - это точка ″о″; точка ″+″ – для равновесной реакции с участием Ga
2
O
3
+ 2As.
а – галлиевые, b, c – индиевые полупроводники А
III
B
V
. Использованы данные таблиц 4.4 и 4.5.
Условия эксперимента: 0.1 моль/л KCl, рН 7.0, атмосфера N
2
, освещение – вольфрамовая
лампа (5…20 мВт/см
2
); 2a, 2b –
в темноте; 4a, 4b – на свету [12-16, 23]
2. Фотопотенциал невырожденного полупроводника n-типа при разомкнутой цепи ве-
лик (сотни милливольт) и отрицателен (рис. 4.7). До начала вырождения полупроводника он
существенно не зависит от концентрации электронов, но затем начинает быстро уменьшать-
ся и, например, для n-GaAs с n >10
18
см
–3
при обычном (дневном освещении) не отмечается.
Полупроводники InSb и InAs при 300 К вырождены, и их электродный потенциал не зависит
от освещения (см. рис. 4.7). Для полупроводников р-типа фотопотенциал мал (сотые доли
вольта) и положителен. Он обычно проявляется, когда полупроводник окислен [40].
3. Фотопотенциал Е
ф
и фототок I
ф
заметно возникают при освещении полупроводника
фотонами с энергией, равной или большей ширины запрещённой зоны: h
ν
≥ ∆E
g
. С дальней-
вспышки света длительностью около 10–5 с, т. е. импульсное освещение. В фотоэлементах и
фотоэлектрохимических ячейках (ФЭХЭ) используется стационарное освещение. Ниже опи-
сываются фотоэффекты для этого случая.
     Обобщая экспериментальные данные, можно сделать следующие заключения.
     1. При освещении полупроводника его исходный темновой потенциал сначала (доли
секунд) изменяется очень быстро, а затем всё медленнее, достигая стационарного значения
через несколько минут (см. рис. 4.6). Также, но медленнее, возвращается его темновое значе-
ние после выключения освещения. Эти изменения описываются уравнением:
     (1/Еф) = А + В lg (1/t),                                                             (4.63)
где А и В – постоянные, В–1; t – время. Для n-GaP и n-GaAs (рис 4.6) при освещении: А =
= –2.0 ± 0.3, В = –0.4 ± 0.2; в темноте: А = –1.8 ± 0.5, В = +0.5 ± 0.1. Значение электродного
потенциала полупроводника в конце освещения (через 5 мин) при увеличении числа циклов
свет/темнота (по 5 мин) почти не изменяется. В темноте конечный потенциал в первом цик-
ле заметно уменьшается, но в последующих циклах его изменения малы.




    Рис. 4.6. Кинетика изменения электродного потенциала: 1) n-GaP (n = 7⋅1016 см–3),
    2) n-GaAs (n = 6⋅1015 см–3, (111)В) в темноте и при освещении ртутной лампой.
    Ее = 2.7 мВт/см2. 0.1 моль/л раствор Na2B4O7, насыщенного KCl; рН 9.5. 23 оС [46]

 Рис. 4.7. Термодинамические (1,3) и экспериментальные (2,4) значения электродного
 потенциала полупроводников АIIIBV n-типа с разной шириной запрещённой зоны.
1a, 1b – равновесные реакции с участием A2O + B (для GaSb - Sb2O3); 1c – равновесные
реакции с участием In(OH)2 + B; 3a, 3b – равновесные реакции с участием A2O3 + B2O3
(или 2 Н3РО3), для GaAs - это точка ″о″; точка ″+″ – для равновесной реакции с участием Ga2O3 + 2As.
а – галлиевые, b, c – индиевые полупроводники АIIIBV. Использованы данные таблиц 4.4 и 4.5.
Условия эксперимента: 0.1 моль/л KCl, рН 7.0, атмосфера N2, освещение – вольфрамовая
лампа (5 20 мВт/см2); 2a, 2b – в темноте; 4a, 4b – на свету [12-16, 23]

      2. Фотопотенциал невырожденного полупроводника n-типа при разомкнутой цепи ве-
лик (сотни милливольт) и отрицателен (рис. 4.7). До начала вырождения полупроводника он
существенно не зависит от концентрации электронов, но затем начинает быстро уменьшать-
ся и, например, для n-GaAs с n >1018 см–3 при обычном (дневном освещении) не отмечается.
Полупроводники InSb и InAs при 300 К вырождены, и их электродный потенциал не зависит
от освещения (см. рис. 4.7). Для полупроводников р-типа фотопотенциал мал (сотые доли
вольта) и положителен. Он обычно проявляется, когда полупроводник окислен [40].
     3. Фотопотенциал Еф и фототок Iф заметно возникают при освещении полупроводника
фотонами с энергией, равной или большей ширины запрещённой зоны: hν ≥ ∆Eg. С дальней-

                                                144

Страницы