Способ измерения потенциала плоских зон полупроводникового электрода в растворе электролита

(594 С 01ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТВ АВТОРСКОМ Фотоэлек .ф Наука ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПОфДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Филиал Института энергетических проблем химической физики АН СССР (72), С.Д.Бабенко, В.А.Бендерский, Н.И.Гусейнов и А.Н.Рукин(56) Гуревич Ю.Я. и др.трохимия полупроводников, М1983 с.87-.90.М.А. Вийй 1 ег. РЬойое 1 есйго 1 увдв апй РЬувса 1 ргорогй 1 ев оГ СЬе веш 1- соайисйьпа е 1 есйгойе Ю, . - .1.Арр 1. РЬув1977, 48, у 5, с, 1914-1920. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ПЛОСКИХ ЗОН ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЭЛЕКТРОДА В РАСТВОРЕ ЭЛЕКТРОЛИТА(57) Изобретение относится к исследованию нли анализу полупроводниковыхматериалов с помощью электрохимических средств путем определения потенциалов плоских зон полупроводниковэлектродов в растворах электролитов.Цель изобретения - упрощение способаи повышение экспрессности измеренийпри одновременномповышении точности измерений за счет устранения влияния поверхностных процессов.В способеосвещают электрод светом импульсноголазера с длительностью импульсов1010 с и регистрируют возникающий при этом ток или заряд, Потенциал плоских зон определяют как потенциал появления или исчезновенияимпульсов ааряда или тока. 1 з.п.ф"лы, 1 ил.Изобретение относится к исследованию или анализу материалов с помощью электрохимических средств путемопределения электрохимических параметров, а именно к способам изменения потенциалов плоских зон полупроводниковых электродов в растворахэлектролитов, и может найти применение при создании фотоэлектрохимиче" 10ских преобразователей солнечной энергии и электрохимических производств,использующих полупроводниковые электроды.Цель изобретения - повышение эк 15спрессности и упрощение способа приодновременном повышении точности измерений за счет устранения влиянияповерхностныхпроцессов.На чертеже показана схема измерительной установки для измерения по"тенциалов плоских зон полупроводникового, электрода в растворах электролитов.Установка содержит импульсныйультрафиолетовый лазер 1 на молекулярном азоте, измерительную электрохимическую ячейку 2 с плоским кварцевым окном, полупроводниковым электродом 3, платиновым электродом 4 иэлектродом 5 сравнения, относительноЗОкоторого измеряется потенциал полупроводникового электрода (например,насыщенный каломельный электрод), широкополосный усилитель б, задатчик 7потенциала (состоящий из источника 35питания и переменного потенциометра)осциллограф 8 и вольтметр 9,Способ измерения потенциала .плоских зон полупроводникового электродав растворе электролита реализуют следующим образом,П р и м е р 1, В электрохимиче;.скую ячейку 2 с полупроводниковымэлектродом иэ восстановленного монокристалла рутила, платиновым поляриэующим электродом 4 и насьпценнымкаломельным электродом 5 сравнениязаливают 0,5 И раствор Иа ВО. Входширокополосного усилителя 6 подключают к платиновому электроду, а ры Оход - к осциллографу 8. Потенциалполупроводникового электрода устанавливают эадатчиком 7 и измеряют вольтметром 9 относительно насьпценного каломельного электрода сравнения, Лазерное излучение ослабляют и фокуси"руют на полупроводниковый электрод,при этом на экране осциллографа регистрируют импульсный сигнал. Потенциал полупроводникового электродаизменяют до появления или исчезновения импульсного сигнала на экранеосциллографа, зарегистрированный таким образом потенциал является потенциалом плоских зон полупроводникового электрода, Потенциал плоских зонполупроводникового электрода из рутила и-типа в 0,5 М растворе Ва 80составляет -О,7+0,05 В относительнонасыщенного каломельного электрода.П р и м е р 2. В условиях примера1 .поверхность полупроводниковогоэлектрода из монокристаллического рутила (и-ТхО) механически отполирована, тем самым созданы дополнительныеповерхностные дефекты. Скорость поверхностной рекомбинации около 10 с.Потенциал плоских зон составляет-О,7+0,08 В относительно насыщенногокаломельного электрода (остальныеоперации те же).П р и м е р 3. В условиях примера1 в. качестве полупроводникового электрода берут монокристаллический кремний р-типа (р-Зх), а в .качестве раст.вора электролита 0,1 И КОН (остальные операции те же). Потенциал плоских зон составляет -0,3+0,03 В относительно насьпценного каломельногоэлектрода,Предлагаемым способом могут бытьизмерены потенциалы плоских зон раз"личных полупроводниковых электродовв различньи растворах электролитовИспользование длительностей импульсов света короче 10 " с для измеренияпотенциалов плоских зон полупроводни"ковых электродов в раствОрах электролитов предлагаемым способом нецелесообразно, поскольку, во-первых,уменьшается точность измерений, связанная с уменьшением числа квантовсвета в импульсе и для поддержаниякоторой необходимо применять большуюинтенсивность света, что приводит кнежелательным нелинейным оптическимэффектам (оптический пробой, генерация второй гармоники, многофотоннаяионизация), искажающим измерения;во-вторых, для получения таких сверх"коротких импульсов требуются специальные методы генерации, что сущест=венно усложняет процесс измерения,При длительности импульсов света,превышающих 1 О с, требуются дополнительные исследования по скоростямповерхностных рекомбинационных процессов на границе полупроводник1434355 Составитель Е,Анисимоведактор А,Лежнина Техред М.Ходанич ректор М.Пожо 7 Тираж 847 ВНИИПИ Государствепо делам изобрет 113035, Москва, Жаказ 5550/ Подписноеета СССРытийнаб., д, 4/5 ого коми ий и отк Раушская роиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проект 4 электролит, чтобы обеспечить приводимую точность измерений.Характерные времена поверхностных процессов на границе полупроводник - электролит не короче 10 с и использование импульсов света в указанном интервале (10 " 1.0с) обеспечивают указанную точность измерений .потенциалов плоских зон полупроводниковых электродов в растворах электролитов без предварительного изучения поверхностных процессов..Определение потенциала плоских зон как .потенциала появления или исчезновения импульсов тока или заряда позволяет повысить экспрессность измерения и упростить способ.При падении потенциала внутри полупроводника создаваемые импульсом света неравновесные носители тока эффективно разделяются в электрическом .поле, .создавая импульс тока или заряда. Если поле в полупроводнике равно нулю, что .соответствует потенциалу плоских .зон, разделение зарядов не происходит и амплитуде импульсов заряда или тока равна нулю.Если, постоянная времени измерительной цепи больше длительности импульса света, регистрируют сигнал, пропорциональный генерируемому заряду, т.е. интегралу от фотатока по времени, В противоположном случае измеряют сигнал, прогорциональный импульсномутоку. Регистрация импульсного токаили заряпа. не требует специальногоподбора постоянной времени измерительной цепи, учета емкости полупроводни-:кового электрода и условий измерения. формула изобретения 1,Способ измерения потенциала плоских эон полупроводникового электрода в растворе электролита, заключающийся в измерении потенциала полупроводникового электрода при импульсном. осве щении границы раздела полупроводник - электролит, о т л и ч а ю щ и. й с я тем, что, с целью повышения экспрессности и упрощения способа путем уст- ранения влияния поверхностных процессов, измеряют импульсы тока или заряда на электроде, фиксируют потенциал электрота, при котором возникают или исчезают импульсы тока или заряда, по которому определяют потенциал плоских зон.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повыше" ния точности измерений путем дополнительного устранения влияния поверхностных процессов на измерения, освещение осуществляют лазером, длительность импульса света которого составляет 10 -10 с.