Электрохимия полупроводников. Батенков В.А. - 75 стр.

     2.4.2. Свойства арсенида галлия

      Из соединений АIIIВV перспективен арсенид галлия GaAs, который уже в настоящее
время составляет конкуренцию кремнию при изготовлении отдельных видов полупроводни-
ковых устройств. Его cвойства [39, 40]: молекулярная масса 144.63, плотность 5.32 г/см3, ди-
электрическая постоянная 13, температура плавления 1238 оС, коэффициент линейного рас-
ширения 6⋅10–6 оС–1, собственная концентрация носителей 2⋅106 см–3 c удельным сопротив-
лением 108 Ом⋅см, эффективная масса электронов 0.067. Главное достоинство GaAs – высо-
кая подвижность электронов (4000 8000 см2/В⋅с) при большой ширине запрещенной зоны:
1.42 эВ при 300 К. Это позволяет изготавливать на его основе устройства с рабочей частотой
10 30 ГГц и рабочей температурой до 300 350 оС.
      Образованный из элементов, занимающих центральное место в периодической системе,
арсенид галлия, как химическое соединение и как полупроводниковый материал, является
своеобразным модельным веществом. Закономерности его внутреннего строения и физико-
химического поведения характерны не только для соединений АIIIВV, но и для широкого
класса других двойных полупроводниковых соединений. Поэтому электрохимические свой-
ства арсенида галлия будут рассмотрены более подробно.
      Первые исследования анодного растворения арсенида галлия были опубликованы Ю.В.
Плесковым в 1962 году [41]. Через три года появились более детальные сообщения Е.А.
Ефимова и И.Г. Ерусалимчика [42], X. Геришера [43, 44], затем В. Харвея [45], Г.А. Катаева
с сотр. [46], Л.Н. Возмиловой с сотр. [47], М. Страуманиса с сотр. [48] и других [49-61]. В об-
щих чертах электрохимия GaAs оказалась близкой к электрохимии кремния, но не германия.

     2.4.3. Анодное растворение арсенида галлия р-типа

      Арсенид галлия р-типа с любой концентрацией акцепторной примеси при анодной по-
ляризации в темноте и на свету полупроводниковых свойств не проявляет, т. е. ведёт себя
подобно металлическому электроду.
      При поляризации р-GaAs в кислых и щелочных растворах (0.05 2 моль/л) анодный
процесс в широкой области плотностей тока (3-5 порядков) контролируется электрохимиче-
ской стадией. Зависимость Е, lg i до плотности анодного тока 1...30 мА/см2 выражается пря-
мой с наклоном bа = ∆Eа / ∆lg iа, по данным разных авторов, от 0.06 В [42, 48, 52, 59] до 0.1 В
[41, 43, 45, 57]. Для щёлочного раствора (1 моль/л КОН, 4 °С) этот наклон практически не
зависит от ориентации монокристалла (0.065...0.067 В), но прямые Е, lq i для поверхности
(100) и (111)А располагаются соответственно на 0.016 и 0.123 В выше, чем для (111)В, что
связано с различием в потенциалах обесточенного электрода [48]. С увеличением рН раство-
ра электродный потенциал р-GaAs без и при анодной поляризации смещается в отрицатель-
ную сторону примерно на 0.06 В/рН [41, 42, 50, 60]. В щелочной среде ток растворения p-
GaAs при определенном анодном потенциале увеличивается с ростом концентрации щёлочи
(предел – 2 моль/л КОН [50]). Порядок реакции по ОН–-ионам составляет от 1 [43, 50] до 1.4
[42]. В кислой среде увеличение концентрации Н+-ионов от 0.01 до 1 моль/л наоборот
уменьшает анодный ток почти в 4 раза [43].
      В растворах, не содержащих окислителей, анодное окисление и растворение арсенида
галлия идёт до соединений Ga (III) и As (III) (по данным качественного анализа [45]) и толь-
ко с участием пазонов (дырок). Это можно выразить общим уравнением:
     GaAs + aq + 6e+ → Ga(III)⋅aq + As(III)⋅aq,                                      (2.43)
которое предусматривает взаимодействие лишь с частицами воды.
     Выход по току, при потреблении 6 фарадеев электричества на растворение 1 моля арсе-
нида галлия, составляет около 100 % при плотности анодного тока около 1 мА/см2. Это оп-
ределено по уменьшению массы анода [43, 45] и из анализа продуктов окисления полупро-
водника, перешедших в раствор [42, 50].

                                              75