Способ измерения потенциала плоских зон полупроводникового электрода в растворе электролита Советский патент 1988 года по МПК G01N27/46 

«

СП

1U

Изобретение относится к исследованию или анализу материалов с помощью электрохимических средств путем определения электрохимических параметров f а именно к способам изменения потенциалов плоских зон полупроводниковых электродов в растворах электролитов, и может найти применение при создании фотозлектрохимиче ских преобразователей солнечной энергии и электрохимических производств, использукщих полупроводниковые электроды.

Цель изобретения повышение эк- спрессности и упрощение способа при одновременном повышении точности измерений за счет устранения влияния поверхностных процессов,

На чертеже показана схема измерительной установки для измерения потенциалов плоских зон полупроводникового, электрода в растворах электроли тов.

Установка содерзкит импульсный ультрафиолетовый лазер 1 на молекулярном азоте, измерительную электрохимическую ячейку 2 с плоским кварцевым окном, полупроводниковым электродом 3, платиновым электродом 4 и электродом 5 сравнения, относительно которого измеряется потенциал полупроводникового электрода (например, насьщенный каломельный электрод), широкополосный усилитель б, задатчик 7 потенциала (состоявший из источника питания и переменного потенциометра) осциллограф 8 и вольтметр 9,

Способ измерения потенциала плоских зон полупроводникового электрода

в растворе электролита реализуют еле- 40 литов предлагаемым способом нецеле- дующим образом.сообразно, поскольку, во-первых.

Пример 1.В электрохимичег уменьшается точность измерений, свя- скую ячейку 2 с полупроводниковым занная с уменьшением числа квантов

5

0

циал полупроводникового электрода изменяют до появления или исчезновения импульсного сигнала на экране осциллографа, зарегистрированный таким образом потенциал является потен- щалом плоских зон полупроводникового электрода. Потенциал плоских зон полупроводникового электрода из рутила п-типа в 0,5 М растворе Na 80 составляет -0,7+0,05 В относительно насыщенного каломел 1ьного электрода.

Пример 2,В условиях примера 1 поверхность полупроводникового . электрода из монокристйллического рутила (n-TiO) механически отполирована, тем самым созданы дополнительные поверхностные дефекты. Скорость поверхностной рекомбинации около 10 с1 Потелциал плоских зон составляет ,08 В относительно насыщенного каломельного электрода (остальные операции те же).

Пример З.В условиях примера 1. в качестве полупроводникового электрода берут монокристаллический кремний р-типа (p-Si), а в качестве раствора электролита 0,1 М КОН (остальные операции те же). Потенциал плос- ких зон составляет -0,3+0,03 В относительно насыщенного каломельного электрода.

Предлагаемым способом могут быть измерены потенциалы плоских зон различных полупроводниковых электродов 5 в различньп растворах электролитов

Использование длительностей импульсов света короче 10 с для измерения потенциалов плоских зон полупроводниковых электродов в раствбрах электро5

0

Изобретение относится к исследованию или анализу полупроводниковых материалов с помощью электрохимических средств путем определения потенциалов плоских зон полупроводников электродов в растворах электролитов. Цель изобретения - упрощение способа и повышение экспрессности измерений при одновременном повышении точности измерений за счет устранения влияния поверхностных процессов,В способе освещают электрод светом импульсного лазера с длительнрстью импульсов и регистрируют воэника ющий при этом ток или заряд. Потенциал плоских зон определяют как по- I тенциал появления или исчезновения импульсов еаряда или тока. ф-лы, 1 ил. 1 з.п. W

электродом из восстановленного монокристалла рутила, платиновым поляризующим электродом 4 и насьш1;енным каломельным электродом 5 сравнения заливают 0,5 М раствор Na ,2.304 Вход широкополосного усилителя 6 подключают к платиновому электроду, а выход - к осциллографу 8« Потенциал полуйроводникового электрода устанавливают задатчиком 7 и измеряют вольтметром 9 относительно насьш1енного каломельного электрода сравнения. Лазерное излучение ослабляют и фокусируют на полупроводниковый электрод, при этом на экране осциллографа регистрируют импульсный сигнал. Потенсвета в импульсе и для поддержания которой необходимо применять большую интенсивность света, что приводит к нежелательным нелинейным оптическим эффектам (оптический пробой, генерация второй гармоники, многофотонная ионизация), искажающим измерения;

во-вторых, для получения таких сверхкоротких импульсов требуются специальные методы генерации, что существенно усложняет процесс измерения.

При длительности импульсов света, превышакяцих 10 с, требуются дополнительные исследования по скоростям поверхностных рекомбинационных процессов на границе полупроводник

электролит, чтобы обеспечить приво димую точность измерений.

Характерные времена поверхностных процессов на границе полупроводник - электролит не короче си исполь зование импульсов света в указанном интервале ( - 1.0 с) обеспечивают указанную точность измерений потенциалов плоских зон полупроводниковых электродов в растворах электролитов без предварительного изучения поверхностных процессов. . Определение потенщ1ала плоских зо как потенциала появления или исчезно вения импульсов тока или заряда позволяет повысить экспрессность измерения и упростить спосЬб.

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 потен

циалу плоских зон, разделение зарядов не происходит и амплитуда импульсов заряда или тока равна нулю.

Если .постоянная времени измерительной цепи больше длительности импульса света, регистрируют сигнал, : прЬпорциональный генерируемому заряду, т.е. интеграпу от фототека по времени. В противоположном случае измеряют

0

.

0

5

0

сигнал, пропорциональный импульсному току. Регистрация импульсного тока или заряду, не требует специального подбора постоянной времени измерительной цепи, учета емкости полупроводни-: кового электрода и условий измерения.

Формула изобретения

2, Способ ПОП.1, отличающийся тем, что, с целью повьше- ния точности измерений путем дополнительного устранения влияния поверхностных процессов на измерения, освещение осуществляют лазером, длительность импульса света которого составляет 10 -10 с.