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通過(guò)電位學(xué)和電位步測(cè)量，研究了氫氧化鉀溶液中（100）和（111）電極的電化學(xué)氧化和鈍化過(guò)程。在不同的表面之間觀察到顯著的差異，對(duì)n型和p型電極的結(jié)果進(jìn)行比較，得出堿性溶液中硅的電化學(xué)氧化必須由化學(xué)反應(yīng)觸發(fā)，溫度對(duì)（111）表面電流勢(shì)和電流時(shí)間結(jié)果的強(qiáng)烈影響支持了化學(xué)活化的重要性，在n型（111）電極上進(jìn)行的光電流實(shí)驗(yàn)表明，氧化物成核對(duì)無(wú)源層的生長(zhǎng)具有重要意義，提出了一種結(jié)合表面化學(xué)和電化學(xué)的機(jī)理來(lái)解釋陽(yáng)極氧化過(guò)程中明顯的各向異性。
我們實(shí)驗(yàn)的起點(diǎn)是一個(gè)4英寸的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)在表面形成對(duì)齊的掩模圖案，并通過(guò)掩模的窗口在5.0M氫氧化鉀內(nèi)各向異性蝕刻硅，形成明確的（111）面，由于硅的（111）面的化學(xué)蝕刻率遠(yuǎn)低于其他面，因此形成了1、2個(gè)v形溝槽，露出了（111）的側(cè)壁（見(jiàn)圖1）。
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圖?1
通過(guò)這種方法，我們從一個(gè)（100）表面開(kāi)始，當(dāng)溝槽完全形成時(shí)，有一個(gè)（111）表面,
用光學(xué)顯微鏡觀察其圖案,然后，第二個(gè)包含矩形窗口的掩模沿著方向與邊緣對(duì)齊，精度為0.05°（見(jiàn)圖1）,該圖案隨后被用于蝕刻v形凹槽,將掩蔽晶片切成20×20mm2的樣品中。根據(jù)光學(xué)顯微鏡和系統(tǒng)的幾何形狀（見(jiàn)圖1），可以計(jì)算出完全形成的凹槽的（111）表面積,A電極和B電極的厚度分別為55和40mm2,在（100）面實(shí)驗(yàn)中，使用未掩蔽的丁樣品，表面積為39mm2,所有樣品的背面都有一個(gè)歐姆接觸點(diǎn)，并通過(guò)Vitono型環(huán)安裝在Kel-F支架上的一個(gè)銅塊上。
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圖?2
圖2的a和b部分分別顯示了p型和n型硅的恒定正電位掃描速率下測(cè)量的結(jié)果,在這兩種情況下，各向異性蝕刻前的初始掃描都顯示了一個(gè)具有較低電位的單峰，這是（100）表面的特征,7、21、22陽(yáng)極電流是由于硅的氧化；在峰值電位以下，半導(dǎo)體溶解，而鈍化發(fā)生在較高的電位下。隨后，在各向異性蝕刻過(guò)程中，定期測(cè)量伏安圖,在這兩種情況下，隨著（111）側(cè)壁的暴露,（100）峰都會(huì)減小，第二個(gè)峰會(huì)以更多的正電位發(fā)展。
最后，當(dāng)凹槽完全形成時(shí)，只剩下與（111）表面對(duì)應(yīng)的峰,我們所看到的是從（100）到（111）表面的逐漸過(guò)渡。隨著v形槽的完全形成，（100）峰值電流趨于零，（111）峰值水平下降。圖中為測(cè)量電流而非電流密度，溝槽形成過(guò)程中各晶面的表面積不斷變化。從我們的結(jié)果可以清楚地看出，在這些條件下，硅的陽(yáng)極氧化的開(kāi)始發(fā)生在（111）電極的一個(gè)更正的電位處。這也適用于鈍化，即電流的突然下降超過(guò)最大值。
對(duì)于p型硅Up傾向于以更高的掃描速率趨平化，而對(duì)于n型硅Up繼續(xù)增加到最高的掃描速率,（在0.1-75mV/s范圍內(nèi)，可觀察到超過(guò)3V的位移?。﹏型和p型Si（111）電極的伏安圖具有較強(qiáng)的掃描速率依賴性，這表明動(dòng)力學(xué)效應(yīng)限制了陽(yáng)極電流。應(yīng)該通過(guò)測(cè)量從開(kāi)路值(Uoc)到無(wú)源范圍內(nèi)的電位的電位步驟所產(chǎn)生的電流來(lái)揭示電極的緩慢激活,在不同溫度下的測(cè)量中，電流密度是電位從開(kāi)路突變到0.00V后隨時(shí)間的函數(shù)，所有瞬變均逐漸增加到最大值，隨后下降；后者是由于電極鈍化，盡管有很強(qiáng)的正電勢(shì)，但初始電流在所有溫度下的初始值都很低，這種緩慢的電流激活受到溫度的強(qiáng)烈影響，達(dá)到最大電流的時(shí)間從40°C時(shí)的近80秒減少到70°C時(shí)的8秒。
由光產(chǎn)生的電子-孔對(duì)，由電極的空間電荷層分開(kāi)，到達(dá)表面的孔穴會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體的氧化，脈沖過(guò)程中光電流的減少是由于鈍化所致，當(dāng)燈關(guān)閉時(shí)，電流突然下降，然后緩慢放松到穩(wěn)定狀態(tài)水平。當(dāng)我們考慮到溫度對(duì)電勢(shì)步測(cè)量中觀察到的感應(yīng)時(shí)間的影響時(shí)，在圖中看到的強(qiáng)溫度依賴性可能并不令人驚訝。這兩個(gè)結(jié)果都表明了電化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)活化的重要作用。
在Si（100）和Si（111）電極的陽(yáng)極氧化動(dòng)力學(xué)上存在顯著差異，在5.0M氫氧化鉀溶液中，n型和p型Si（100）的伏安圖僅略微依賴于高達(dá)100mV/s的潛在掃描速率，另一方面，Si-（111）對(duì)掃描速率有明顯的依賴性，而對(duì)n型材料的影響更強(qiáng)。結(jié)論表明，負(fù)責(zé)氧化的陽(yáng)極電流是由電子注入導(dǎo)帶引起的。
因此，在（111）電極上的電化學(xué)反應(yīng)的緩慢動(dòng)力學(xué)歸因于（111）表面的化學(xué)穩(wěn)定性，從n型Si（111）的電流瞬態(tài)測(cè)量中可以清楚地看出，表面的化學(xué)激活是電流流動(dòng)的先決條件，不同溫度下的電位動(dòng)力學(xué)測(cè)量和電勢(shì)步長(zhǎng)測(cè)量和光電流測(cè)量證實(shí)了這一假設(shè)，一個(gè)涉及耦合化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)的示意圖模型可以解釋硅陽(yáng)極氧化過(guò)程中的這種各向異性，該模型還可以解釋為什么鈍化（111）電極需要相當(dāng)少的電荷。