Ионика твердого тела. Том 1 - Иванов-Шиц А.К.
ISBN 5-288-02746-3
Скачать (прямая ссылка):
В частности, распад соединения может происходить из-за его испарения.
Рассмотрим для примера ячейку типа А с бинарным соединением MX (где X -
летучий компонент, образующий газ Х2). Пусть ячейка помещена в объем,
заполненный газом, и парциальное давление газа Х2 в нем составляет .
После достижения равновесия между образцом и газовой средой к ячейке
прикладывается разность потенциалов F, что приводит к изменению
химических потенциалов Цм и \хх в образце. В результате на границе с
блокирующим электродом нарушается условие равновесия по компоненту X в
СИП и газовой фазе. Если парциальное давление газа в газовом пространстве
около блокирующего электрода ниже, чем непосредственно на межфазной
границе, то через ячейку будет протекать ток. Именно такая ситуация
реализуется в условиях постоянной прокачки инертного газа через установку
с исследуемым образцом. При этом вследствие электролиза в ячейке типа А
будет протекать постоянный ток, связанный с разложением (испарением) СИП,
т.е. нарушаются условия блокировки ионов и тем самым применимости
полученных уравнений.
Мизусаки с соавторами специально исследовал указанный эффект
экспериментально [7-10] и показал, что при использовании инертных
электродов из графита (пористого материала) необходимо применять
измерительную ячейку особой конструкции, чтобы инертный электрод был
полностью изолирован от окружающей среды. При этом на границе МХ|С
устанавливается равновесное значение РХг, соответствующее приложенному
напряжению.
В целом использование различного типа ячеек слабо отражается на общей
форме ВАХ. Вместе с тем при обработке экспериментальных результатов по
формулам (5), (б) могут получаться заметно искаженные количественные
значения характеристических параметров электронных носителей. На рис.
Ш.13.2 показаны результаты исследования йодистого серебра; видно, что
использование ячеек обычной конструкции приводит к результатам, не
подчиняющимся уравнению (5) (электронный ток не зависит от размеров
образца, кривай 7), в то время как при применении измерительной ячейки
особой конструкции наблюдаемся, как и следовало ожидать, зависимостьот L.
151
lg/ei, мкА ¦ см
V,B
Рис. JIJ.J3.2 ВАХЭХЯ Agja-AgI|C (поданным [7]).
/ - ячейка обычной конструкции I =* 2,7 и 6,0 мм, 2-4 - ячейки
специальной конструкции, L " 3,3 мм (2, 3) и 6,5 мм (4). Кружки - L - 2J
мм, квадратики - L =* 6 мм.
В ряде экспериментов обнаружены качественные отклонения от ВАХ,
описываемых уравнениями (5), (6), что может быть связано с неполным
блокированием ионного тока на электродах.
13.2. Кинетический режим протекания электронных токов
До снх пор считалось, что скорость результирующего процесса переноса
электрического заряда определяется диффузией электронных носителей в
объеме СИП, Однако в определенных условиях лимитирующей стадией процесса
протекания тока может оказаться не транспорт носителей в объеме
проводника, а перенос заряда через границу раздела. Известно, что ВАХ в
этом случае дается выражением, по своей структуре сходным с уравнением
(5) (для простоты ниже ограничимся случаем существования только
электронных носителей):
J, =/<*>[ 1 -ехр(-еК/И)]. (7)
152
Различие состоит в значении /с0) зависящей от характера движения
носителей непосредственно вблизи границы раздела. По смыслу величина в
(7) аналогична току обмена в электрохимических системах, а не предельному
диффузионному току, как je$ в (5). Для можно получить явные
математические выражения в предельных случаях "тонкого" запирающего слоя
(диодная теория) и "толстого" слоя.
Согласно диодной теории ток электронов из полупроводника ограничен их
током эмиссии в металл, В случае "тонкого" запирающего слоя (размеры слоя
меньше длины свободного пробега электрона) получается, что Д<> совпадает
с током термоэмиссии
Л = А7*ехр(-?У*7).
Здесь А - 47Utt0eA2/(27iti)* (где т0 - масса свободного электрона), Ев -
контактная разность потенциалов- Численно величина А, называемая
постоянной Ричардсона, равна 120 А/см2-К2 (реально она может несколько
отличаться от приведенного значения из-за пренебрежения при выводе
эффектом туннелирования, отличием эффективной массы от и рядом других
факторов),
В соответствии с моделью "толстого" слоя (когда его размеры значительно
больше длины свободного пробега) ток электронов лимитируется скоростью их
переноса через обедненный слой, который формируется в области
пространственного заряда вблизи границы раздела. Для сравнительно высоких
напряжений (У>>кТ/е)определяется следующим выражением:
7 е о = euJVcEexp(-eE&/kT), (8)
где Е - максимальное значение напряженности электрического поля на
границе х = 0, причем Е зависит от К
Для рассматриваемого кинетического режима протекания тока в ячейке типа А
использование формулы (7) возможно, когда второй контакт - "омический", В
частности, обратимый по отношению к переносящим ток ионам контакт можно
считать омическим, если равновесие на нем не нарушается и при прохождении
