Электрохимия полупроводников. Батенков В.А. - 98 стр.

 ГЛАВА 3. КАТОДНЫЕ РЕАКЦИИ НА ПОЛУПРОВОДНИКАХ
     3.1. В В Е Д Е Н И Е

     3.1.1. Значение катодных процессов, первые работы
     Изучение катодных процессов на полупроводниках необходимо как в научных, так и в
прикладных целях. Без знания кинетики катодных реакций нельзя судить о механизме коррозии
и травления полупроводников, о природе потенциала и фотопотенциала электрода, о процессах
электроосаждения металлов и анодного растворения полупроводников, особенно при наличии
окислителей в электролите, об униполярной проводимости контакта полупроводник – электро-
лит и т. д. Выяснение закономерностей протекания катодных реакций на полупроводниках так-
же позволяет грамотно решать практические задачи, такие как: создание омических и выпрям-
ляющих контактов металл – полупроводник, химическое и электрохимическое профилирование
и полирование полупроводников и т. п.
     В нашей стране катодные реакции на монокристаллических полупроводниках (германий,
кремний) впервые изучали Е.А. Ефимов и И.Г. Ерусалимчик (1958), Ю.В. Плесков (1959), Е.Н.
Палеолог с сотрудниками (1960), P.M. Лазаренко-Маневич (1960); за рубежом – В. Браттейн и К.
Гарретт (1955), X. Геришер (1957), Дж. Флинн (1958), М. Грин (1958) и другие. Этими и после-
дующими исследователями было показано, что в отличие от анодных процессов катодные ре-
акции на полупроводниках нестоль специфичны.
     С позиций зонной теории полупроводников катодная поляризация должна приводить к
изгибу энергетических зон на поверхности полупроводника вниз и сближению зоны прово-
димости с энергетическими уровнями частиц раствора (окислителя) (см. рис. 1.7, б). По этой
причине следовало бы ожидать преимущественного участия в катодных реакциях электронов
зоны проводимости (их перехода к окислителю раствора) и торможения катодных процессов
на полупроводниках р-типа, у которых зона проводимости бедна электронами. Однако такое
торможение, скорее исключение, чем правило. Оно не соответствует количественным оцен-
кам и наблюдается, когда поверхность полупроводника покрыта пленкой оксидов (есть гете-
ропереход) и скорость развертки катодного потенциала достаточно велика, чтобы оксид не
успел восстановиться [1-6].

     3.1.2. Общие схемы катодных реакций
      Реакции катодного восстановления частиц раствора.
      Суммарные уравнения реакций катодного восстановления ионов водорода, других окислите-
лей, в частности, катионов металлов, а также пленок продуктов окисления полупроводника обычно
записывают в следующем общем виде:
      Oxz+ + ne– = Ry+,                                                             (3.1)
где R – частица восстановителя с зарядом y = (z – n).
     Как правило, реакции типа (3.1) протекают через ряд стадий. Их механизм не всегда прост,
но он обычно такой же, как и для металлических электродов. Конкретные примеры подобных
реакций рассматриваются ниже.
     Реакции катодного разрушения полупроводников [7].
     В случае элементного полупроводника с ковалентной связью его катодное разрушение с
участием Н+-ионов и электронов зоны проводимости можно записать в виде схемы:
     (А–А) + Н+ + е– → А•(s) + АН; А•(s) + Н+ + е– → AН,                           (3.2а)
а с участием электронов валентной зоны (пазонов = дырок е+):
     (А–А) + Н+ → А•(s) + АН + е+; А•(s) + Н+ → АН + е+,                           (3.2b)
где жирный шрифт обозначает твердую фазу, кристаллическую решетку полупроводника;
А•(s) – поверхностный радикал полупроводника.
                                             98