Электрохимия полупроводников. Батенков В.А. - 43 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

АлтГУ | Барнаул

Составители: 

Рубрика: 

43
тиц раствора и неосновных носителей полупроводника. На рисунке 1.6 схематично показано
распределение концентрации частиц – участников электродной реакции вблизи границы по-
лупроводник – электролит при анодной поляризации в условиях транспортных ограничений,
например, при анодном растворении германия
n-типа в слабо щелочном растворе, идущем с
участием дырок в полупроводнике и ОН
–
-ионов в растворе.
В простейшем случае, когда присутствует избыток постороннего индифферентного
электролита и можно пренебречь миграцией ионов, скорость стационарной диффузии элек-
троактивных
i-х частиц раствора к плоской поверхности электрода или от нее в единицах то-
ка описывается уравнением (В. Нернст, 1904):
i
d,i
= zF(D
i
/
δ
i
)10
–3
(C
i
–C
d,i
). (1.55)
Здесь
i
d,i
– плотность диффузионного тока i-х частиц, А/см
2
; z – их заряд; D
i
– коэф-
фициент диффузии
i-х частиц, см
2
/с;
δ
i
– толщина диффузионного слоя в электролите, см;
С
i
и С
d,i
– концентрация i-х частиц в объеме раствора и на границе диффузионного слоя с
внешней границей заряженного слоя Гуи или, если его нет, то слоя Гельмгольца, моль/л.
Это иллюстрирует рисунок 1.6.
С
i
C
p,s
C
A,s
C
p
C
A
C
p,d
C
A,d
–
x
0
x
L
p
L
1
∗
d
o
L
2
∗
δ
а б
Рис. 1.6. Распределение концентрации реагирующих частиц вблизи границы раздела
полупроводника (а) с электролитом (б) при анодной поляризациии полупроводника.
С
р
, С
р,д
, С
р,s
– концентрация пазонов сооответственно в объёме полупроводника,
на границе диффузионного слоя
L
p
с L
1
* (ОПЗ),
на поверхности полупроводника;
С
А,s
, С
А,д
, С
А
– концентрация анионов А соответственно у поверхности электрода,
на границе заряженного слоя
L
2
*
и диффузионного слоя δ, в объёме электролита
В водных растворах при 20…25
о
С коэффициенты диффузии разных частиц близки к
(0.5…2.0)10
–5
см
2
/с. Толщина диффузионного слоя в водном растворе обычно равна 1…100
мкм и сильно зависит от интенсивности перемешивания раствора. Для вращающегося дис-
кового электрода В.Г. Левич (1940) на основе теории конвективной диффузии вывел уравне-
ние для толщины диффузионного слоя δ в ламинарном потоке жидкости (см):
δ = 1.61
D
1/3
ν
1/6
ω
–1/2
, (1.56)
где
D – коэффициент диффузии, см
2
/с;
ν
– кинематическая вязкость раствора, см
2
/с; ω – уг-
ловая скорость вращения диска, рад/с, ω = 2π
n; n – число его оборотов в одну секунду.
Максимальная скорость диффузии реагирующих
i-х частиц будет наблюдаться тогда,
когда их концентрация на внешней границе заряженного слоя
С
d,i
будет равна нулю (рис. 1.6, б,
нижняя кривая), так как все доставленные частицы будут сразу же расходоваться в электрод-
ной реакции. Предельный диффузионный ток частиц
i
d,i,lim
будет равен (А/см
2
):
i
d,i,lim
= nF(D
i
/
δ
i
)10
–3
C
i
. (1.57)
тиц раствора и неосновных носителей полупроводника. На рисунке 1.6 схематично показано
распределение концентрации частиц – участников электродной реакции вблизи границы по-
лупроводник – электролит при анодной поляризации в условиях транспортных ограничений,
например, при анодном растворении германия n-типа в слабо щелочном растворе, идущем с
участием дырок в полупроводнике и ОН–-ионов в растворе.
      В простейшем случае, когда присутствует избыток постороннего индифферентного
электролита и можно пренебречь миграцией ионов, скорость стационарной диффузии элек-
троактивных i-х частиц раствора к плоской поверхности электрода или от нее в единицах то-
ка описывается уравнением (В. Нернст, 1904):
      id,i = zF(Di /δi)10–3(Ci –Cd,i).                                               (1.55)
                                                                                 2
    Здесь id,i – плотность диффузионного тока i-х частиц, А/см ; z – их заряд; Di – коэф-
фициент диффузии i-х частиц, см2/с; δi – толщина диффузионного слоя в электролите, см;
Сi и Сd,i – концентрация i-х частиц в объеме раствора и на границе диффузионного слоя с
внешней границей заряженного слоя Гуи или, если его нет, то слоя Гельмгольца, моль/л.
    Это иллюстрирует рисунок 1.6.
                                                        Сi

                                                      Cp,s     CA,s
 Cp
                                                                                        CA

                                         Cp,d                         CA,d


 –x                                                          0                           x
                      Lp                        L1∗          do L2∗              δ
                                а                                            б
 Рис. 1.6. Распределение концентрации реагирующих частиц вблизи границы раздела
  полупроводника (а) с электролитом (б) при анодной поляризациии полупроводника.
      Ср, Ср,д, Ср,s – концентрация пазонов сооответственно в объёме полупроводника,
      на границе диффузионного слоя Lp с L1* (ОПЗ), на поверхности полупроводника;
      СА,s, СА,д, СА – концентрация анионов А соответственно у поверхности электрода,
      на границе заряженного слоя L2* и диффузионного слоя δ, в объёме электролита

     В водных растворах при 20 25 оС коэффициенты диффузии разных частиц близки к
(0.5 2.0)10–5 см2/с. Толщина диффузионного слоя в водном растворе обычно равна 1 100
мкм и сильно зависит от интенсивности перемешивания раствора. Для вращающегося дис-
кового электрода В.Г. Левич (1940) на основе теории конвективной диффузии вывел уравне-
ние для толщины диффузионного слоя δ в ламинарном потоке жидкости (см):
      δ = 1.61D1/3ν1/6ω–1/2,                                                         (1.56)
где D – коэффициент диффузии, см2/с; ν – кинематическая вязкость раствора, см2/с; ω – уг-
ловая скорость вращения диска, рад/с, ω = 2πn; n – число его оборотов в одну секунду.
     Максимальная скорость диффузии реагирующих i-х частиц будет наблюдаться тогда,
когда их концентрация на внешней границе заряженного слоя Сd,i будет равна нулю (рис. 1.6, б,
нижняя кривая), так как все доставленные частицы будут сразу же расходоваться в электрод-
ной реакции. Предельный диффузионный ток частиц id,i,lim будет равен (А/см2):
      id,i,lim = nF(Di /δi)10–3Ci.                                                   (1.57)

                                                             43

Страницы