Электрохимия полупроводников. Батенков В.А. - 26 стр.

   Глава 1. ОСНОВЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИИ

     1.1. СИСТЕМА ПОЛУПРОВОДНИК – ЭЛЕКТРОЛИТ В РАВНОВЕСИИ

     1.1.1. Разновидности потенциалов
     Электростатические потенциалы [1, 2].
     Электростатический потенциал – это абстрактное понятие. Оно использует нереальное
представление о точечном (пробном) электростатическом заряде, который не имеет ни мас-
сы, ни размеров, но имеет заряд, равный заряду электрона: е = 1.60⋅10–19 кулона.
     Схема (рис. 1.1) иллюстрирует электростатические потенциалы и их взаимосвязь.

                                  В
           ψа         ψb                        ∞              Рис. 1.1. Схема взаимосвязи
      ϕа                     ϕb               ϕc ∼1нм        электростатических потенциалов
                Vab
                                                             В – вакуум; М – металл (фаза а);
           Ys,a       Ys,b                                   П – полупроводник (фаза b);
              ϕab             ϕbc                            Э – электролит (фаза с)
    М                 П                   Э
    a                 b               c

      Внешний потенциал ψ – это работа переноса точечного положительного заряда из
бесконечности в незаряженном вакууме (∞) в точку, находящуюся в вакууме, но располо-
женную в непосредственной близости от поверхности данной фазы (около 1 нм), где ещё не
проявляются силы зеркального отображения. Внешний потенциал связан с избыточным от-
носительно вакуума зарядом данной фазы, который сосредоточен на ее поверхности.
      Поверхностный потенциал Ys (или χ) – это работа переноса точечного положитель-
ного заряда из точки в вакууме, расположенной в непосредственной близости от поверхно-
сти данной фазы, в ее электронейтральный объем. Поверхностный потенциал связан с обра-
зованием поверхностных диполей. При этом фаза может иметь избыточный заряд по отно-
шению к вакууму или не иметь его.
      Внутренний потенциал ϕ – это работа переноса точечного положительного заряда из
бесконечности в незаряженном вакууме в электронейтральный объем данной фазы. Внут-
ренний потенциал равен сумме внешнего и поверхностного потенциалов: ϕ = ψ + Ys.
      Гальвани-потенциал ϕab – это работа переноса точечного заряда между двумя точка-
ми в электронейтральных объемах двух контактирующих фаз. Он равен разности внутренних
электростатических потенциалов контактирующих фаз: ϕab = ϕb − ϕa; ϕbc = ϕc − ϕb.
      Вольта-потенциал, или контактный потенциал V – это разность внешних электроста-
тических потенциалов между двумя точками в вакууме, расположенными в непосредствен-
ной близости от поверхности двух контактирующих фаз: Vab = ψb − ψa.
     Электрохимический потенциал [l -3].
     Реальными носителями зарядов являются частицы, которые имеют массу и размеры
(электроны, ионы). Они взаимодействуют с другими частицами и силовыми полями. Это
взаимодействие имеет не только электрическую природу. Поэтому при переносе заряженных
частиц в электрическое поле и в поле действия других сил совершается суммарная работа:
     µa , i = µa,i + zFϕa = µa,i + zF(ψa + Ya,s),                                     (1.1)
где µ a,i и µa,i – электрохимический и химический потенциал в фазе а i-х частиц, имеющих
заряд z, кратный заряду электрона; ϕa, ψa, Ya,s – внутренний, внешний, поверхностный по-
тенциалы фазы а; F – постоянная Фарадея, F = еNA; NA – число Авогадро.
                                                        26