Электрохимический потенциал - электрон
Cтраница 3
Обсуждаются свойства поверхности полупроводника, связанные с наличием поверхностных состояний и слоя пространственного заряда. Дана теория области пространственного заряда, которая принимает во внимание как заряды, связаннные с неподвижными примесями, так и подвижные носители тока обоих знаков. Свойства пространственного заряда выражаются через значения потенциала на поверхности и электрохимических потенциалов электронов и дырок, и связываются характеристиками переноса добавочных носителей тока в однородном полупроводнике. Исследуется изменение поверхностной проводимости, вызванное неисчезающим поверхностным избытком электронов и дырок. Сравниваются области пространственного заряда на свободной поверхности и в р-ге-пе-реходе и оцениваются пределы применимости теории пространственного заряда Мотта - Шоттки. Обсуждается распределение поверхностных состояний соответственно модели Браттэна-Бардина. Дается теория опытов по поверхностному фотоэффекту и влиянию внешнего поля при наличии и в отсутствие поверхностных состояний; делается вывод, что в первом случае поверхностные состояния не играют большой роли, а во втором случае пока еще нет необходимых количественных данных. Обсуждается вопрос о соотношении между потенциалом поверхности и контактной разностью потенциалов. На основе развитой теории обсуждаются свойства каналов. Статья заканчивается небольшим разделом, посвященным явлениям с большим временем релаксации. [31]
Так как появляется одна и только одна измеряемая разность потенциалов ф - ф 1, то дополнительно должен быть введен один электрически заряженный компонент. Его выбор устанавливается тем, что конечные фазы 1 и а считаем электронными проводниками. Поэтому наряду с химическими потенциалами нейтральных компонентов в фундаментальном уравнении появляются электрохимические потенциалы электронов ре. [32]
В случае идеального диэлектрика уровень Ферми EQF находится в середине энергетической щели Eg. При контакте между электродами и диэлектриком в условиях отсутствия внешнего источника энергии электрохимический потенциал электронов должен быть всюду одинаковым, т.е. энергия Ферми обоих электродов и диэлектрика должна быть одинакова. На рис. 2.5.1. она представлена горизонтальной линией. Все уровни энергии должны соответственным образом подстроиться, причем между электродом и диэлектриком установится электростатическая раз ность потенциалов ( по поводу контактного потенциала см. разд. Тем не менее сумма всех электростатических разностей потенциалов в полной цепи должна равняться нулю при отсутствии внешнего поля. [34]
Иными словами, потенциал электрода определяется как ионным, так и электронным равновесиями, причем ь зависимости от конкретных условий одно из них преоблЕдает, а с другим можно не считаться. Каждому из электродов электрохимической системы отвечает определенное и отличное от другого значение электрохимического потенциала акцептированного раствором ( в частном случае - сольватированного) электрона. Таким образом, вблизи электродов в растворе возникает энергетическая неоднородность, вызванная различием электрохимических потенциалов электронов. Обусловленный этим переход электронов от высокого уровня энергии к низкому несравненно легче совершается через проводник I рода, чем через раствор. [35]
Иными словами, потенциал электрода определяется как ионным, так и электронным равновесиями, причем ь зависимости от конкретных условий одно из них преобладает, а с другим можно не считаться. Каждому из электродов электрохимической системы отвечает определенное и отличное от другого значение электрохимического потенциала акцептированного раствором ( в частном случае - сольватированного) электрона. Таким образом, вблизи электродов в растворе возникает энергетическая неоднородность, вызванная различием электрохимических потенциалов электронов. Обусловленный этим переход электронов от высокого уровня энергии к низкому несравненно легче совершается через проводник I рода, чем через раствор. [36]
Уровни потенциальной энергии электронов, соответствующие ионам растворенных веществ. Очевидно, что каждому виду находящихся в растворе ионов соответствует определенный уровень полной потенциальной энергии электронов. Из сказанного ранее следует, что этот уровень может быть определен как разность электрохимического потенциала электронов и соответствующего концентрационного члена. [37]
 |
Положение энергетических уровней некоторых доноров и акцепторов в запрещенной зоне германия. [38] |
EF лежит ниже, они в основном не заполнены. Положение уровня Ферми определяется числом электронов в твердом теле и распределением энергетических состояний, которые они могут заполнять. Идентичность уровня Ферми с электрохимическим потенциалом электронов всегда служит полезным напоминанием о его роли в химическом равновесии всех дефектов твердого тела, включая электроны. Уровни дефектов могут располагаться в любом участке запрещенной зоны; на рис. 44 показано положение уровней некоторых примесей, содержащихся в германии. [39]
Итак, существует всего два определенных потенциала: электростатический потенциал V вакуума или почти пустого пространства у самой поверхности фазы и термодинамический электрохимический потенциалу заряженного компонента i. Каждая из этих величин содержит произвольную постоянную - условное нулевое значение, от которого отсчитывается потенциал; но разности, как электростатических, так и электрохимических потенциалов между двумя фазами не содержат этой неопределенности. Термоэлектронная работа выхода -, - работа вывода электрона с наивысшего энергетического уровня внутри фазы в состояние покоя за самой границей фазы - также является определенной величиной. V и /) дается уравнением (3.1), в котором [ г. выражает электрохимический потенциал электронов, удаленных от всяких других зарядов. Внутренний электрический потенциал о, равно как и все прочие величины, относящиеся к электрической части потенциала внутри фазы, содержащей уплотненное вещество, являются неопределенными, так же, как и разности этих величин для двух фаз различного состава. [40]
Хорошей электронной проводимостью обладают пассивирующие слои на железе, никеле, хроме и на некоторых других металлах, а также очень тонкие слои на благородных металлах. Феттер 43 44 показал ( прежде всего теоретически), что на пассивирующем слое, характеризуемом скачками потенциалов на фазовых границах металл / окисел и окисел / электролит, несмотря на падение потенциала внутри слоя, при достаточно хорошей электронной проводимости могут устанавливаться обратимые окислительно-восстановительные потенциалы, определяемые концентрациями окислителей и восстановителей. Если между металлом и электролитом имеется пассивирующий слой, то при электронном равновесии между металлом и электролитом электрохимический потенциал электронов т ] е должен быть постоянным также во всем пассивирующем слое и равным потенциалу электронов в металле и в электролите, содержащем окислительно-восстановительную систему. При этом характер распределения электрического потенциала ф на пути от металла к электролиту не имеет значения. [41]
 |
Энергетические зоны в металлах ( 1, полупроводниках ( 2 и диэлектриках ( 3 ( Uf-уровень Ферми.| Энергетическая диаграмма границы раздела частично кристаллического. [42] |
Электроны могут обладать лишь строго определенными ( разрешенными) значениями энергии, интервалы ( диапазоны) которых группируются на соответствующих диаграммах в разрешенные зоны, полностью заполняющие объем фазы только в случае металлических проводников. Уже для полупроводников между разрешенными находится запрещенная зона, ширина которой соответствует энергии, минимально необходимой для электронного перехода на более высокий уровень, т.е. для перехода из валентной зоны в зону проводимости. В этом случае первая из названных зон заполнена полностью. Однако для диэлектриков, к которым принадлежит большинство полимеров, характерна большая по сравнению с полупроводниками ширина запрещенной зоны ( не менее 0 32 - 0 48 аДж), среднестатистическая граница заполнения которой определяется уровнем Ферми, т.е. электрохимическим потенциалом электронов в твердом теле. Такая теоретическая картина иллюстрируется рис. 83, на котором заштрихованные участки соответствуют заполнению электронами всех уровней. [43]
 |
Схемы вольта-цепей, включающих два металла ( а, металл и раствор электролита ( С, два раствора электролита ( в. [44] |
Эта цепь составлена из незаряженных металлов М и М, приведенных в контакт друг с другом и находящихся в непроводящей и химически не взаимодействующей с металлами газовой среде. Взаимная диффузия ионов металлов протекает с весьма малой скоростью; поэтому межфазовую границу можно считать проницаемой только для электронов. После приведения металлов в контакт происходит самопроизвольный направленный переход электронов из фазы с более высоким значением ре в другую фазу. Такой процесс продолжается до тех пор, пока значения рв в обеих фазах не станут одинаковыми, после чего установится равновесие и межфазный обмен электронами будет происходить с одинаковой скоростью в обоих направлениях. При этом металл с более высоким исходным значением ре приобретет избыточный положительный, а второй металл - избыточный отрицательный заряд, так что их внешние потенциалы будут отличаться от нуля. Возникнет вольтова разность потенциалов лУв, что является в данном случае следствием исходного различия электрохимических потенциалов электронов в составляющих вольта-цепь металлах. [45]
Страницы: 1 2 3