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Propriétés électrochimiques et photoélectrochimiques des éléments semiconducteurs du quatriéme groupe
ELECTROXN_XI_YTICA
CHEMISTRY
Publishing
Eketier
Company,
AXD
ISTERFACIAL
Amsterdam
-
Printed
ELECTROCHEMISTRY
in The
399
Netherlands
PROPRIl?Tl?S
l?LECTROCHIMIQUES ET PHOTOGLECTROCHIMIQUES sEMICONDUCTEURS DU ~~_uxIEIME GRouPE DE Lh COMPOSITION CHIMIQUE DE L’~LECTROLYTE SUR LE PROCESSUS DE LA POLARISATION ANODIQUE DU SILICIUM ET DU GERM2WXUM
DES PLEMENTS IX. L’INFLUENCE
Le germanium et le sticmm sont des elements chimiques du type semiconducteur, appartenant au groupe IV du classement pkiodique. Leurs propri&% sont bien connuesl--3 et nous avons don& fondamentales physiques et chimiques un aperqu desplopri&% 6lectrochimiques spkifiques des elements serniconducteurs", qui e&fond6 surlestrava~~~ de BRATWIN ET GARRE 3~5, GERISCHER~, PLESKOV~ et BODDYa.
Nous essayerons de p&enter, sur la base de l'effetde dressage sur les &lectrades semiconductrices dkouvert par BRATTAIN 5, l'interp&tation physique simple du
processus
P_4RTIE
de
polarisation
anodique
et
cathodique
du
germanium
et
du
sacium.
THkORIQUE
peut diviser les courbes de polarisation anodiques
On premier
groupe
se
caractkrise
par
un
courant
relativement
en trois groupes_ Le important
qui
cro?t
rapidement avec laugrnentation de la polarisation inverse, mais ne possede pas de limite de tension bien definie.Sion fait croitrela tension davantage, on peut provoquer
une
augmentation
(Fig- I, courbe Le et provient
rapide
deuxi&me du
groupe
fait q'une
transformantplusloin pourle
et illirnit6e du
courant
2 cause
des
effets thermiques
I)S.lO_ se caractkise g&&ation
en unezonedite
potentielmaximal
par
le de'but
a lieu dans “de
(Fig. I, courbe
des
la r6gion
transition
courbes
de
exponentieues,
la charge
d'espace,
se
-.
molle"danslazonedeclaq~age.
II)_
Le troisi&me groupe englobe les courbes encore plus rapproch&s-des c0urbe.Y theoriques (Fig..I, courbe III). Le potentielde l'ekctrode pour lequel la den&t6 du corn-ant
commence
5
crO3x-e
rapidement
s’appelle
potentiel~
de
claquage.
La-
'-
valeUr
maximale du potentiel.de claquage est d6finieparla.disruption dkjonktionpar skit& de l'adion d'un champ elektrique tr&s itipotiant-sur la zone de la charge d'espace. ~(1) Le
m&an&me
de
claquage
en
volume,
correspond
au
troisiitm&.g-roupe.des
courbes
:_
pola&isationcWcrit~iilessus: L’accroiskement de~.la den+& deco&ant de-&or&ctjon:pK&~ du .p$ent&i Deb -. claqua& r&&e de: la .&ultiplication k-i: a%&lb&z~. d&!.por$+s ?&rk ia gone DDE_ .i&I..-.I:_ +a& +‘espace; _&a@ la do$ej-&he .au: voisinge_ &. I’&ctrq$e .(F~~gAz)~ .. T ,.I..:f'-.: ~. de
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_A. ‘CVOLKENHEKC;
400
SUI la dt$cndcnce du courant de *I‘URKEH~~ et FLYNN~". dc la corrosion et de la vitmse dct diffwsior, de< trous. que nous avons Lcs
q)inions
/ /J
ration
cn ref. 4, xxublcnt
c.himiques
C!trc verificx?s, surtout
ofit une influence
I
rkgligeable
si
IIOUS
suppo.sor~s
cn colnyaraiwn
cn
de satu exposks
outrc: clue k-s r&actions
du pl~~hornhcs
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r$ = pntetitittl de l’t~lwtrodc & = potentiel de claquage de type ??t. = _x pour Ic: germanium le siliciuin de ;‘yp~ 91 e!t p
J. Elect*oanal:
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I 4 (I 907) 39+400
n, 6 pour
lc germanium
de tp
p. 2.5
pour
‘blent d.uls \
L43 courl~cs tic ~tctlari~;itiorl anitcliclui: tlu gcr!4hnnlum c!t clu CilicilLm se reswmct dCrnontrent. que dans les dellx cit.5 il s’apt d’unc jonction fi-n phritic IA direction de blockage. 1.e courant inverw de satllration pellt fitrc ohwrv6 star trwtcs Its courbcs
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3cy~406
A_ WOLKEXEERG
404
Fig- I. le germarrium appartient au premier groupe (Fig_ 7); au second le silicium de typep (Figs.7 et8); etletroisigme groupe englobeles courbes depolarisation du silicium de type IZ (Figs. 7 et S). O-1
M
Le potentiel FeCls+FeCls Cans
le czs
de claquage pour une electrode de 0.3 Qcm en germanium en (Fig. 7) e&6@& 4 V environ etpourle siliciti'aenviron ++ V. etudie, on peut
distinguer
une
difference entre les potentiels
de
claquage du germanium et du silicium (Fig. 7)_ Ces differences sont pour les semiconducteursdetypen(~=0_3!Acm) del'ordrede35V,dansl'electrolyte 0-1 rM NaNO,, de l'ordre de 40 V daus l'electrolyte redox O-I M FeCll+FeCG et de 50 V environ dans 0.1 M FeS04+Fe=(SOa)z p our uu courant de polarisation inverse de 5 rnA/cm"_ Pour un serniconducteur de type p (Fig. 7) cette difference est de l'ordre de 25 V. Le courant de saturation estbeaucoup plus grand pourle germanium, que pour le silicium, parce clue il depend de la quantite totale des porteurs rninoritaires. La mobilite des porteurs minoritaires, c’est a dire des trous, est dix fois plus grande dans le germanium que dans le silicium. Ces phGnom&es espliquent bien la difference entre le processus de polarisation anodique des electrodes en germanium.et en sihciumOn peut supposer, qu’en diminuant la densite des additions, c’est 2 dire en faisant croitre la resistivite du semiconducteur, on fait en meme temps cro%tre la tension de disruption et diminuer le courant de saturation. Cela etait confirme par l’expkience (Fig. 8). Par example, la tension de claquage pour une electrode en sihcium n de resistivite e =zss Skm est &gale a rzo V environ, dans I’electrolyte 0.1 1M NaITO3, tandis que pour une electrode en sihcium ?t de resistivite 0.3 Qcm, dans le mEme electrolyte elle est Cgale B 30 V senlement. La polarisation anodique des Electrodes en semiconducteur de type $ (Figs. 7 et 8) a une allure similaire, avec la seule difference, que le courant de saturation est plus important et la tension de percage plus faible, 2 cause d’une densite plus grande des porteurs minoritaires, c’est 5 dire des trous. L’influence de la composition chimique de l’electrolyte sur le processus de polarisation anodique est representee sur le Fig. S. Pour des concentrations differentes du meme electrolyte (HNOS p ar e-temple) l’accroissement du courant de saturation est proportionnel B l’augmentation de la concentration de HNO3rr_ Pour les 6lectrolytes difftkents, le processus de polarisation anodique depend du genre de cation et de l’anion. On peut expliquer ces ph@nomi?nes en comparant les propriet& physico-chimiques du systeme electrode+lectrolyte aus jonctions p-z semicooducteur-m&al L'anaIyse montre que ces diff&ences sont dues aux valeurs differentes des constantes qui caracterisent 1e.s jonctions 9-n daus les differents electrolytes ou aux differentes concentrations du meme electrolyte. Le coefficient de multiplication de couraut M (kqn. (r)) calculk pour les electrodes semiconductrices sonrnises au-Y essais montre l’abaissement du coefficient de multiplication d'avalanche dans 0-1 M N&JO,, en fonction de l’augmentation de la Gsistitite du semiconducteur (Tableau I) et de la composition trolyte (Tableau z)_ Pour le gerrna+un, le coefficient M est plus grand que
chimique pour
de l’elec-
le silicium- Un
~phenomene analogue se prkente daus les transistors et diodes. La polarisation cat?odique du germanium et,du silicium, dont lesr&stivit& -sent faibles,~ est une polarisation da& la direction de conduction de la jonction filz
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399
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Le germanium et le sticmm sont des elements chimiques du type semiconducteur, appartenant au groupe IV du classement pkiodique. Leurs propri&% sont bien connuesl--3 et nous avons don& fondamentales physiques et chimiques un aperqu desplopri&% 6lectrochimiques spkifiques des elements serniconducteurs", qui e&fond6 surlestrava~~~ de BRATWIN ET GARRE 3~5, GERISCHER~, PLESKOV~ et BODDYa.
Nous essayerons de p&enter, sur la base de l'effetde dressage sur les &lectrades semiconductrices dkouvert par BRATTAIN 5, l'interp&tation physique simple du
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