掃碼添加微信，獲取更多半導體相關資料
本文根據(jù)測量的OCP和平帶電壓，構建了氫氧化鉀水溶液中n-St的定量能帶圖，建立了同一電解質(zhì)中p-St的能帶圖，進行了輸入電壓特性的測量來驗證這些能帶圖，硅在陽極偏置下的鈍化作用歸因于氧化物膜的形成，氧化產(chǎn)物的氧化速率和擴散速率之間的競爭決定了陽極氧化是蝕刻過程還是鈍化過程。研究了重摻雜硅的蝕停止，原因是高載流子濃度下氧化膜的生長速率提高。
采用（I00）方向的商業(yè)n和pSt。n-St的電阻率為6~i~-cm，p-St的電阻率為15~20~-cm。這些樣品在沸騰的三氯乙烷、丙酮和甲醇中依次脫脂，用去離子水沖洗后，將樣品浸入HF/H20溶液中，以去除天然的氧化物，將共銅合金粘貼在樣品和銅板之間，為電化學測量提供良好的接觸，將樣品和銅板固定在聚四氟乙烯樣品支架中，其中硅的暴露面積為0.072cm2，在2M氫氧化鉀溶液中浸泡前，將樣品浸入HF/H20溶液中幾分鐘，然后用去離子水沖洗。
在樣品達到平衡后，用恒電位器將n-St的電位控制在比OCP稍多的陽極電位上，記錄了穩(wěn)定的電流，稱為暗電流，然后打開光，陽極電流突然變化，達到一個穩(wěn)定的值，稱為光電流。當能帶彎曲時，在n-St中存在一個電場，將光化電子和空穴分開，這些光生孔對陽極電流的貢獻是光電流的磁化率(hi)，對于n-St，光產(chǎn)生的電子和空穴重組的機會增強了，因此，當施加的陽極偏置接近平帶電壓時，光電流的敏感性減小，在平帶電壓下，由于電場的消失，光電流磁化率應為零。
在黑暗中，系統(tǒng)的I-V曲線沒有明顯的變化，n-和p-St的鈍化峰的幅度相似，n和p-St鈍化峰的電位分別為-0.92和-0.71V，鈍化峰的鈍化峰為圓形，鈍化峰為尖銳，在鈍化峰之外，n-St的陽極電流從2.3V略有增加到10V，對于p-St，陽極電流大幅增加，在3.7和8.7V處有兩個峰，在陰極偏置條件下，陰極電流隨n-St的陰極偏置幾乎呈線性增加，而p-St的陰極電流飽和度為-25~A/cm2。
?
圖1
圖中的插圖1給出了在OCP附近的I-V曲線的詳細視圖。在鈍化峰之前，I-V特性對n-Si/KOH表現(xiàn)出線性的歐姆接觸行為，對p-St/氫氧化鉀表現(xiàn)出整正的肖特基接觸行為,光照對I-V曲線的影響如圖所示,在光照下，n-St的陽極電流和p-St的陰極電流的I-V曲線有顯著變化,對于n-St，超過-0.92V的鈍化電位(PP)的陽極電流增加，在3.7V和8.7V的光照下出現(xiàn)兩個峰,光照下n-St的陽極電流與黑暗中p-St的陽極電流表現(xiàn)相同,對于照明下的p-St，陰極電流不飽和，并隨陰極偏置的增加而增大。
在這個耗盡區(qū)域內(nèi)的電子空穴對可以分離，并有助于光電流磁化率,由于損耗區(qū)域的寬度隨偏置的增大而增大，光電流敏感率隨陽極偏置的增加而增大,由于(i)陽極磁化率太弱，無法檢測到p-St的平帶電壓，且(i)大于鈍化電位，無法測量p-St的平帶電壓,因此，在陽極偏置達到平帶電壓之前，p-St的表面被鈍化。
不同的堿烴電解質(zhì)中OH-/H~O的費米水平不同,氫氧化鉀中n-St的OCP值與其他堿性電解質(zhì)中的OCP值不同,因此在2M氫氧化鉀中，OH-/H20的費米水平應該不同于其他堿性電解質(zhì)，如氨。
我們假設平衡時的電位降落在半導體上，平衡時n-St的能帶彎曲可以從OCP和平帶偏置電壓的知識來確定,在平衡狀態(tài)下和平帶偏置狀態(tài)下，n-St的能帶圖,從測量的平帶電壓-1.04V和OCP，-1.25V，在平衡時，n-St的能帶在界面處向下彎曲0.21eV,因此，n-St的表面隨電子一起積累,這種大多數(shù)載體的積累導致了n-St和氫氧化鉀之間的歐姆接觸的形成。
通過測量OCP來構建2M氫氧化鉀中p-St的能帶圖,2M氫氧化鉀中p-Si在平衡狀態(tài)和平帶偏置時的能帶圖,得到的平帶電壓為-0.44V,在平衡狀態(tài)下，氫氧化鉀中的p-Si的能帶向下彎曲了0.49eV，即在界面附近形成了一個勢壘,圖中能帶彎曲qbs的大小,說明p-St的表面還沒有處于強反轉(zhuǎn)狀態(tài)。
通過測量OCP和平帶電壓，建立了2M氫氧化鉀中n-Si的能帶圖,采用光電流磁化率法測定了氫氧化鉀中n-Si的拉帶電壓為-1.04V,根據(jù)氫氧化鉀中對n-Si和p-Si的電子親和力相等的假設，構造了p-Si的能帶圖,在平衡狀態(tài)下，n和pSi的能帶在界面附近向下彎曲,對于nsi，在界面上存在一個堆積層,而對于p-Si，在界面附近存在一個勢壘和一個耗盡區(qū),這導致n-Si具有歐姆接觸I-V特征，p-Si具有肖特基接觸I-V特征,在鈍化峰之前，觀察到n-Si的線性I-V關系，以及p-Si的整流特性,這些特性與氫氧化鉀水溶液中硅的能帶圖相一致。
當施加陽極值大于PP的偏置時，結構從Si/電解質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)镾i/氧化物/電解質(zhì),正硅和psi的陽極電流歸因于氧化膜的電化學形成,正硅反轉(zhuǎn)層和正硅堆積層中的孔有助于氧化物膜的形成,利用能帶圖可以清楚地解釋這些空穴的形成,照明對n-Si和p-Si的OCP和I-V曲線的影響也可以通過能帶模型來理解,利用能帶圖可以解釋氫氧化鉀中硅的刻蝕機理和載流子輸運現(xiàn)象,氧化速率與氧化產(chǎn)物擴散速率之間的競爭決定了陽極氧化是蝕刻過程還是鈍化過程,重摻雜Si的蝕刻停止機制歸因于高載流子濃度下氧化膜生長速率的提高