Генерация хемо-ЭДС в наноразмерных структурах с p–n-переходами на основе SiC
Изучена генерация хемо-ЭДС в результате преобразования химической энергии, выделяющейся на поверхности полупроводниковых структур (наноразмерные p–n-переходы на основе SiC), в электрическую энергию. Преобразование энергии происходит за счет генерации электронно-дырочных пар в полупроводнике в экзот...
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2013
|
| Назва видання: | Доповіді НАН України |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85743 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Генерация хемо-ЭДС в наноразмерных структурах с p–n-переходами на основе SiC / В.В. Стыров, С.В. Симченко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 5. — С. 80–86. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-85743 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-857432025-02-23T20:04:03Z Генерация хемо-ЭДС в наноразмерных структурах с p–n-переходами на основе SiC Генерацiя хемо-ЕРС в нанорозмiрних структурах з p–n-переходами на основi SiC Generation of chemo-EMF in nanosized structures with p–n junctions based on SiC Стыров, В.В. Симченко, С.В. Фізика Изучена генерация хемо-ЭДС в результате преобразования химической энергии, выделяющейся на поверхности полупроводниковых структур (наноразмерные p–n-переходы на основе SiC), в электрическую энергию. Преобразование энергии происходит за счет генерации электронно-дырочных пар в полупроводнике в экзотермических химических актах (адсорбция и рекомбинация атомов H+H, H+O, O+O) и последующего разделения компонентов электронно-дырочных пар электрическим полем p–n-перехода. Лицевой p-слой структуры на основе SiC был нанометровой толщины (~30 нм). Хемо-ЭДС в разомкнутой цепи достигала 3 мВ, а хемоток короткого замыкания — 320 нА. Вивчено генерацiю хемо-ЕРС у результатi перетворення хiмiчної енергiї, яка видiляється на поверхнi напiвпровiдникових структур (нанорозмiрнi p–n-переходи на основi SiC), в електричну енергiю. Перетворення енергiї вiдбувається за рахунок генерацiї електронно-дiркових пар у напiвпровiднику в екзотермiчних хiмiчних актах (адсорбцiї та рекомбiнацiї атомiв H+H, H+O, O+O) i наступного роздiлення електронно-дiркових пар електричним полем p–n-переходу. Лицьовий р-шар структури на основi SiC був нанометрової товщини (~30 нм). Хемо-ЕРС у розiмкнутому колi досягала 3 мВ, а хемострум короткого замикання — 320 нА. Generation of chemo-EMF as a result of the chemical energy conversion deposited on the surface of a semiconductor structure (nanosized p–n junctions based on SiC) into electricity is studied. Energy transformation occurs due to the creation of electron-hole (e–h) pairs in a semiconductor in the course of chemical events (adsorption and recombination of atoms H + H, H + O, O + O) and the subsequent separation of the e–h pairs by the electric field of the junction. The face p-layer of the SiC structure was of a nanometer thickness (~30 nm). The chemo-EMF in the open circuit achieved 3 mV, and the short circuit chemocurrent — 320 nA. Авторы выражают благодарность проф. О.Т. Сергееву за предоставление образцов и фирме “Ингаз” за поставку особо чистых газов. 2013 Article Генерация хемо-ЭДС в наноразмерных структурах с p–n-переходами на основе SiC / В.В. Стыров, С.В. Симченко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 5. — С. 80–86. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85743 537.9 ru Доповіді НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Фізика Фізика |
| spellingShingle |
Фізика Фізика Стыров, В.В. Симченко, С.В. Генерация хемо-ЭДС в наноразмерных структурах с p–n-переходами на основе SiC Доповіді НАН України |
| description |
Изучена генерация хемо-ЭДС в результате преобразования химической энергии, выделяющейся на поверхности полупроводниковых структур (наноразмерные p–n-переходы на
основе SiC), в электрическую энергию. Преобразование энергии происходит за счет генерации электронно-дырочных пар в полупроводнике в экзотермических химических актах
(адсорбция и рекомбинация атомов H+H, H+O, O+O) и последующего разделения компонентов электронно-дырочных пар электрическим полем p–n-перехода. Лицевой p-слой структуры на основе SiC был нанометровой толщины (~30 нм). Хемо-ЭДС в разомкнутой цепи достигала 3 мВ, а хемоток короткого замыкания — 320 нА. |
| format |
Article |
| author |
Стыров, В.В. Симченко, С.В. |
| author_facet |
Стыров, В.В. Симченко, С.В. |
| author_sort |
Стыров, В.В. |
| title |
Генерация хемо-ЭДС в наноразмерных структурах с p–n-переходами на основе SiC |
| title_short |
Генерация хемо-ЭДС в наноразмерных структурах с p–n-переходами на основе SiC |
| title_full |
Генерация хемо-ЭДС в наноразмерных структурах с p–n-переходами на основе SiC |
| title_fullStr |
Генерация хемо-ЭДС в наноразмерных структурах с p–n-переходами на основе SiC |
| title_full_unstemmed |
Генерация хемо-ЭДС в наноразмерных структурах с p–n-переходами на основе SiC |
| title_sort |
генерация хемо-эдс в наноразмерных структурах с p–n-переходами на основе sic |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2013 |
| topic_facet |
Фізика |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85743 |
| citation_txt |
Генерация хемо-ЭДС в наноразмерных структурах с p–n-переходами на основе SiC / В.В. Стыров, С.В. Симченко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 5. — С. 80–86. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT styrovvv generaciâhemoédsvnanorazmernyhstrukturahspnperehodaminaosnovesic AT simčenkosv generaciâhemoédsvnanorazmernyhstrukturahspnperehodaminaosnovesic AT styrovvv generaciâhemoersvnanorozmirnihstrukturahzpnperehodaminaosnovisic AT simčenkosv generaciâhemoersvnanorozmirnihstrukturahzpnperehodaminaosnovisic AT styrovvv generationofchemoemfinnanosizedstructureswithpnjunctionsbasedonsic AT simčenkosv generationofchemoemfinnanosizedstructureswithpnjunctionsbasedonsic |
| first_indexed |
2025-11-24T23:27:59Z |
| last_indexed |
2025-11-24T23:27:59Z |
| _version_ |
1849716249210126336 |
| fulltext |
УДК 537.9
В.В. Стыров, С. В. Симченко
Генерация хемо-ЭДС в наноразмерных структурах
с p–n-переходами на основе SiC
(Представлено академиком НАН Украины А. Г. Наумовцем)
Изучена генерация хемо-ЭДС в результате преобразования химической энергии, выделя-
ющейся на поверхности полупроводниковых структур (наноразмерные p–n-переходы на
основе SiC), в электрическую энергию. Преобразование энергии происходит за счет гене-
рации электронно-дырочных пар в полупроводнике в экзотермических химических актах
(адсорбция и рекомбинация атомов H+H, H+O, O+O) и последующего разделения ком-
понентов электронно-дырочных пар электрическим полем p–n-перехода. Лицевой p-слой
структуры на основе SiC был нанометровой толщины (∼30 нм). Хемо-ЭДС в разомкну-
той цепи достигала 3 мВ, а хемоток короткого замыкания — 320 нА.
Проблема новых возобновляемых источников энергии становится все более актуальной
в связи с истощением традиционных энергетических ресурсов (уголь, газ, торф, нефть).
Продолжаются поиски новых способов получения (превращения) энергии. Один из них
связан с открытием генерации “горячих” электронов в металлической пленке, входящей
в состав диода Шоттки, на поверхности которой протекает каталитическая реакция [1].
При нанометровой толщине пленки (обычно < 20 нм) горячие электроны с энергией 1–3 эВ
баллистически, т. е. без потери энергии, достигают барьера Шоттки, преодолевают его за
счет своей кинетической энергии и, входя в полупроводник, образуют электрический ток
во внешней цепи. Перспективы практического использования этого явления для превраще-
ния химической энергии в электрическую пока не ясны из-за малой эффективности пре-
образования химической энергии в энергию горячих электронов (10−3–10−5 электронов на
химический акт) [1, 2].
Нами развивается альтернативное направление прямого превращения химической энер-
гии в электрический ток, основанное на применении полупроводниковых p–n-переходов [3].
На возможность применения полупроводников для решения этой задачи мы указывали
еще в работе [4], а недавно — в [5]. При протекании экзотермической химической реакции
на “лицевой” поверхности полупроводниковой структуры, обычно планарной, в последней
генерируются электронно-дырочные пары за счет освобождающейся химической энергии.
Пары диффундируют к области p–n-перехода, и компоненты пары разделяются его элект-
рическим полем, образуя электрический ток (chemicurrent) и хемо-ЭДС. Явление вполне
аналогично по механизму генерации фото-ЭДС и получило название хемо-ЭДС (префикс
хемо-, как и фото-, подчеркивает нетермическое происхождение явления).
Ранее исследованная перспективная система H–Ge [5] обладает тем недостатком, что
имеется большое рассогласование между теплотой химической реакции (энергия диссоциа-
ции Н2 в газовой фазе Dg равна 4,48 эВ) и шириной запрещенной зоны Ge (Eg = 0,67 эВ),
так что значительная часть освобождающейся химической энергии бесполезно превращает-
ся в тепло. Представляет интерес исследовать системы газ — твердое тело с более благо-
приятным соотношением между Dg и Eg, в частности широкозонные полупроводники.
© В. В. Стыров, С.В. Симченко, 2013
80 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №5
Объектом нашего исследования был выбран карбид кремния (6H–SiC) с Eg = 3,05 эВ [6],
а в качестве химических реакций использованы реакции радикалов: H + H, H+ O, O + O,
CH3 + H.
Образец полупроводниковой структуры на основе 6Н–SiC был получен нанесением мето-
дом сублимации слоя p-типа нанометровой толщины (∼30 нм), легированного алюминием,
на подложку SiC n-типа (легирована азотом). Образец имел форму квадрата со сторо-
ной 5 мм, нижний n-слой которого толщиной 200 мкм снабжен омическим контактом. На
верхний слой термическим напылением в вакууме наносили омический контакт из нихро-
ма в форме квадрата со стороной 1 мм. Омичность контакта проверяли по измерениям
фото-ЭДС.
Образец помещали в вакуумную камеру, откачиваемую магниторазрядным насосом (ос-
таточное давление составляло ∼ 5 · 10
−4 Па), где крепили на резистивном микронагревате-
ле. Атомы Н, О и радикалы СН3 получали путем диссоциации молекулярных газов Н2, О2,
и СН4 соответственно (чистота газов — 99,9%) с помощью ВЧ разряда (40 МГц) в трубке
Вуда. Область разряда была удалена от образца на расстояние ∼ 30 см, что не позво-
ляло проникать к образцу быстро рекомбинирующим заряженным частицам. С образцом
взаимодействовали лишь нейтральные частицы (атомы H, O и т. п.). Рассеянное излучение
разряда поглощалось “черным” рогом Вуда. Отсутствие подсветки образца ультрафиоле-
том из разряда контролировалось по отсутствию свечения люминофора, помещаемого на
место образца. Концентрацию атомов в газовой фазе у образца (и, следовательно, поток
атомов на образец) определяли изотермическим прецизионным проволочным платиновым
микрокалориметром. Измерения проводили в температурном интервале 300–380 К. Состоя-
ние поверхности контролировали масс-спектрометрически (масс-спектрометр МХ-7304) по
составу десорбирующихся газов.
Для измерения хемо-ЭДС и хемотоков нами разработана измерительная система, состоя-
щая из блока усиления сигналов и блока регистрации. Усилительный блок сконструирован
на базе инструментального усилителя AD620, а также двух последующих усилительных
каскадов и активного фильтра (каскады и фильтр построены с использованием операцион-
ных усилителей OP-07). Блок регистрации собран на микропроцессоре C8051F342, имею-
щем встроенный аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и поддержку протокола USB
(MIPS-48, частота F — от 0 до 48 МГц, память Flash — 64 кБ, память RAM — 5,25 кБ). Мак-
симальный коэффициент усиления по напряжению составлял 10
6, по току — 10
7. В случае
необходимости для лучшего шумоподавления предусмотрена возможность использования
встроенного активного фильтра Бесселя 5-го порядка с варьируемыми частотами среза (10,
25, 50 Гц). Усиленный сигнал поступал на блок регистрации, подключенный к компьютеру.
Сигнал отображался на мониторе компьютера в режиме реального времени и одновременно
записывался в файл на жестком диске с возможностью его дальнейшей обработки и ана-
лиза.
Измерительная схема благодаря своей чувствительности позволяла оценить роль меша-
ющих факторов при регистрации хемо-ЭДС, в частности, учесть возможный вклад тер-
мо-ЭДС вследствие разогрева лицевого слоя структуры теплотой реакции.
С этой целью были проведены специальные измерения ЭДС, когда разогрев лицевого
слоя осуществлялся в отсутствие реакции путем резкой подачи на образец потока горячего
воздуха (с помощью технического фена), что имитировало начало поступления на поверх-
ность теплового потока от химической реакции. Одновременно регистрировались в кинети-
ческом режиме температура поверхности (дистанционным ИК болометром Cason CA380 c
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №5 81
Рис. 1. Кинетика хемо-ЭДС при рекомбинации атомов водорода на структуре SiC с p–n-переходом (T =
= 300 К, j ≈ 10
22 м−2
· с−1). Стрелками указаны моменты “включения” (↓) и “выключения” (↑) атомов
водорода
лазерным указателем точки измерения, чувствительность 0,1 ◦С) и величины генерируемой
термо-ЭДС. Сигнал термо-ЭДС лежал в микровольтовой области (640 мкВ) и составлял
примерно 2 мкВ на градус.
В условиях реакции подъем температуры поверхности регистрировался по показаниям
микротермопары (ИК болометр не мог быть применен из-за оптических свойств выходного
окна экспериментальной установки) и не превышал 2,4–2,6 ◦С. SiC обладает рекордной
для полупроводников теплопроводностью, что обеспечивало минимальные температурные
градиенты, и сигнал термо-ЭДС на фоне хемо-ЭДС не мог, с учетом вышеизложенного,
превышать нескольких мкВ.
Выявлено, кроме того, что полярность термо-ЭДС была противоположна полярности
хемо-ЭДС, при этом наблюдалось запаздывание сигнала термо-ЭДС по отношению к хе-
мо-ЭДС. В то же время фото-ЭДС в изучаемой структуре (облучение “активной” фронталь-
ной поверхности образца излучением синего светодиода Еdison EUVPL-3, λмакс = 407 нм)
имела ту же полярность, что и хемо-ЭДС. Указанные экспериментальные факты позво-
ляют однозначно идентифицировать ЭДС, наблюдаемую в ходе исследуемой реакции, как
хемо-ЭДС, аналогичную фото-ЭДС и отличающуюся от последней только источником энер-
гии, передаваемой полупроводнику для генерации (e–h) пар.
На рис. 1 представлена характерная кинетическая кривая хемонапряжения холостого
хода (хемо-ЭДС), измеренная при “включении” атомов водорода над хорошо оттрениро-
ванным образцом (поверхность не содержит адсорбированных атомов Н). С этого момента
начинается взаимодействие атомов с поверхностью S по схеме
H+H+ S
q1
1
H + HS
q2
2
H2 + S. (I)
Первая адсорбционная стадия характеризуется теплотой адсорбции q1, а вторая, соб-
ственно рекомбинационная, — теплотой q2 (q1 + q2 = Dg = 4,48 эВ, теплота диссоциации
молекулы Н2 в газовой фазе).
В соответствии с этой схемой начальную “вспышку” на кинетической кривой следует
связать с электронным возбуждением кристалла в ходе адсорбции атомов на поверхности
(стадия 1) за счет теплоты хемосорбции q1. На свободных центрах в момент времени t = 0
интенсивность хемосорбции максимальна и затухает по мере их адсорбционного заполнения.
Одновременно возрастает интенсивность рекомбинационной стадии 2. Величина хемо-ЭДС
82 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №5
в функции времени отражает скорость адсорбции атомов в каждый момент времени. “Ад-
сорбционное” хемонапряжение должно было бы полностью исчезнуть при завершении ад-
сорбции, т. е. достижении стационарного состояния атомных адсорбционно-десорбционных
процессов на поверхности. Этого, однако, не происходит из-за наличия рекомбинацион-
ной стадии 2 в вышеприведенной схеме. Эта стадия освобождает поверхностные центры
для новых актов адсорбции атомов. В результате процесс адсорбции атомов продолжается
и существует стационарно до тех пор, пока на поверхности идет реакция рекомбинации.
Благодаря этому наблюдается стационарная адсорбционная хемо-ЭДС (см. рис. 1). Сама
рекомбинационная стадия 2, по-видимому, не активна в генерации (e–h) пары из-за де-
фицита энергии: q2 = Dg − q1 6 4,48 − 3,05 = 1,43 эВ, т. е. q2 6 Eg, что недостаточно
для генерации (e–h) пары в рекомбинационном акте. Мы здесь не рассматриваем возмож-
ные двухступенчатые (или многоступенчатые) процессы образования (e–h) пары за счет
энергии q2 с участием глубоких центров в SiC, так как такие процессы менее вероятны,
чем одноступенчатые. С точки зрения преобразования химической энергии в электриче-
скую принципиальным является сам факт генерации неравновесной электронно-дырочной
пары в полупроводнике в ходе поверхностной гетерогенной реакции безотносительно к то-
му, в какой стадии рождается (e–h) пара. Вышеописанные эксперименты по наблюдению
хемо-ЭДС (хемотоков) в p–n-структуре на основе SiC однозначно свидетельствуют о том,
что в рассматриваемых нами процессах аккомодация химической энергии полупроводни-
ком действительно происходит с рождением в последнем (e–h) пар. Ранее из данных по
хемилюминесценции SiC в атомарном водороде мы оценили величину q1 (q1 > 2,6 эВ [7]).
Наблюдаемый здесь эффект хемо-ЭДС позволяет уточнить эту величину, которая во вся-
ком случае больше 3 эВ (Eg = 3,05 эВ).
При взаимодействии на поверхности структуры атомов кислорода О и смеси атомов
O+H также генерировалась хемо-ЭДС (рис. 2). При этом хемо-ЭДС (напряжение холосто-
го хода) в атомарном кислороде достигало в первоначальной “вспышке” 3 мВ (см. рис. 2, а),
а хемоток (ток короткого замыкания) — 320 нА. В продуктах диссоциации метана (СН4)
в ВЧ разряде хемо-ЭДС и хемоток имели несколько меньшие по величине значения, чем
в случае реакций H+H и H+O (рис. 3). На основании сходства температурных зависимо-
стей хемо-ЭДС для реакций атомов О и смеси H+O, с одной стороны, и атомов H и смеси
CH3 + H, с другой (см. рис. 3), можно сделать предварительный вывод о том, что в смеси
H+O наиболее активным компонентом является атомарный кислород, а в смеси CH3+H —
атомарный водород. Об этом же свидетельствует сравнение графиков, характеризующих
зависимость изучаемых эффектов от концентраций (потоков) активных компонентов в га-
зовой фазе (рис. 4; кривые “H+O” и “O” практически совпадают). Графики, построенные
по методу наименьших квадратов, линейны в области исследованных величин потоков j,
что удобно при использовании структуры в качестве сенсора атомарных частиц.
Отметим, что при взаимодействии атомов О и особенно смеси атомов H + O с иссле-
дуемой структурой на начальном участке кинетики (обычно в интервале времени до 5 с)
наблюдалось сложное кинетическое поведение, носящее иногда характер колебательного
процесса (см. рис. 2, б, в). В отдельных случаях (в зависимости от предыстории поверхно-
сти) колебания имели стохастический характер на продолжительном временном интервале
(см. рис. 2, в). Природа колебательных процессов требует дополнительного исследования.
На основании полученных данных можно оценить некоторые численные параметры хе-
мовозбуждения. Для хемотока короткого замыкания имеем Iкз = χηejαS, где η — вероят-
ность образования пары e+h в химическом акте; χ — вероятность того, что неравновесный
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №5 83
Рис. 2. Вид кинетики хемо-ЭДС в кислородсодержащих атомарных газах:
а — атомы О, T = 350 К, j ≈ 10
22 м−2
·с−1; б — атомы H+O, T = 300 К, суммарный поток j ≈ 10
22 м−2
·с−1;
в — атомы H+O, T = 320 К, j ≈ 10
22 м−2
· с−1
Рис. 3. Зависимость хемо-ЭДС от температуры для различных возбуждающих сред (указаны над кривыми)
при j ≈ 10
22 м−2
· с−1 (суммарный поток). В случае продуктов диссоциации СН4 поток не известен
электрон достигнет p–n-перехода; e — элементарный заряд; j — плотность потока атомов;
α — вероятность того, что при ударе о поверхность произойдет химический акт (в нашем
случае адсорбция атома); S — рабочая площадь поверхности образца. Принимая для ато-
марного кислорода α ∼ 10
−3 [8, 9], получаем для атомов кислорода при хемотоке 320 нА
χη ≈ 10
−2 (j ≈ 10
22 м−2
· с−1 и S = 25 · 10
−6 м2). Если почти все пары достигают облас-
84 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №5
Рис. 4. Зависимость хемо-ЭДС от потока налетающих атомов при T = 300 К. Нижний предел измерений
соответствует j ≈ 8 · 10
19 м−2
· с−1
ти p–n-перехода (χ = 1), что вполне вероятно для лицевого слоя нанометровой толщины,
то такую же величину ∼10
−2 имеет вероятность образования пары e + h в химическом
акте. В настоящее время наиболее признанным механизмом передачи химической энергии
электронам твердого тела является механизм многоквантового колебательно-электронного
перехода [10]. Согласно этому механизму электронные возбуждения в твердом теле возни-
кают в результате диполь-дипольного (в общем случае мультиполь-мультипольного) взаи-
модействия между колеблющейся на высоких колебательных уровнях вновь образованной
химической связью (ангармонический осциллятор), сосредоточившей освобожденную хими-
ческую энергию, и электроном кристалла. Полученная оценка величины η не противоречит
данному механизму [10].
При нанометровой толщине лицевого слоя неравновесные носители тока, возбужденные
в химической реакции, могут преодолевать его даже баллистически, и этим, по-видимому,
объясняется достаточно высокая эффективность поступления во внешнюю цепь неравно-
весных неосновных носителей тока (χη ≈ 10
−2).
Данная SiC структура исследована впервые, и ее параметры (уровень легирования, со-
противление n- и p-слоев и т. д.), вероятно, далеки от оптимальных. Но уже сейчас мож-
но сказать, что она пригодна для преобразования “химических” сигналов в электрические
(в частности, в химических сенсорах). Подобные структуры позволяют изучать физичес-
кими методами ход гетерогенных каталитических реакций, в том числе быстропротекаю-
щих, и следить за неадиабатическими процессами энергообмена между “тяжелой” (ядерной)
и “легкой” (электронной) подсистемами участников реакции, что важно для понимания ме-
ханизмов катализа.
Авторы выражают благодарность проф. О.Т. Сергееву за предоставление образцов и фирме
“Ингаз” за поставку особо чистых газов.
1. Georgen B., Nienhaus H., Weinberg W.H., McFarland E. Chemically induced electronic excitations at
metal surfaces // Science. – 2001. – 294. – P. 2521–2523.
2. Zuppero A. et al. Pre-equilibrium chemical reaction energy converter // Pat. US 4667088. – Publ. 11.05.2003.
3. Kabansky A.Y., Styrov V.V. A new means of chemical energy conversion by semiconductor // Advanced
Materials for Energy Conversion II / Eds. D. Chandra, R.G. Bautista, L. Shlapbach. – Charlotte, USA:
Publ. TMS, 2004. – P. 43–52.
4. Кабанский А. Е., Стыров В. В., Тюрин Ю.И. О возможности прямого преобразования химической
энергии в электрическую на полупроводниках // Письма в ЖТФ. – 1979. – 5, № 14. – С. 833–836.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №5 85
5. Стыров В.В., Симченко С.В. Высокоэффективная генерация электронно-дырочных пар на селено-
вом p−n-переходе под действием атомарного водорода // Письма в ЖЭТФ. – 2012. – 96. – № 5–6. –
С. 343–346.
6. Иванов П.А., Челноков В.Е. Полупроводниковый карбид кремния – технология и приборы // Физика
и техника полупроводников. – 1995. – 29. – № 11. – С. 1921. – 1943.
7. Styrov V.V., Tyutyunnikov V. I., Sergeev O.T. et al. Chemical reaction of atomic hydrogen at SiC surface
and heterogeneous chemiluminescence // J. Phys. and Chem. Solids. – 2005. – 66. – P. 513–520.
8. Gerasimova O., Protsenko S., Borisov S. Molecular dynamics simulation of atomic oxygen/silicon carbide
surface interaction // Book of abstracts 25th Intern. Symp. on Rarefied Gas Dynamics, St.-Petersburg,
July 21–28, 2006. – St.-Petersburg, 2006. – P. 128.
9. Zhong Z. T., Wang D.W., Fan Y., Li C. F. The passivating effect of Si(100) – As surface and the adsorption
of oxygen // J. Vac. Sci. and Technol. B. – 1989. – 7, issue 5. – P. 584555–584561.
10. Тюрин Ю.И. Возбуждение поверхности твердого тела атомами тепловых энергий // Поверхность.
Физика, химия, механика. – 1986. – № 9. – С. 115–125.
Поступило в редакцию 21.01.2013Институт нанотехнологий
и физической инженерии, Бердянск
Бердянский государственный
педагогический университет
В.В. Стиров, С.В. Сiмченко
Генерацiя хемо-ЕРС в нанорозмiрних структурах з p–n-переходами
на основi SiC
Вивчено генерацiю хемо-ЕРС у результатi перетворення хiмiчної енергiї, яка видiляється
на поверхнi напiвпровiдникових структур (нанорозмiрнi p–n-переходи на основi SiC), в еле-
ктричну енергiю. Перетворення енергiї вiдбувається за рахунок генерацiї електронно-дiр-
кових пар у напiвпровiднику в екзотермiчних хiмiчних актах (адсорбцiї та рекомбiнацiї
атомiв H+H, H+O, O+O) i наступного роздiлення електронно-дiркових пар електричним
полем p–n-переходу. Лицьовий р-шар структури на основi SiC був нанометрової товщини
(∼30 нм). Хемо-ЕРС у розiмкнутому колi досягала 3 мВ, а хемострум короткого замика-
ння — 320 нА.
V.V. Styrov, S.V. Simchenko
Generation of chemo-EMF in nanosized structures with p–n junctions
based on SiC
Generation of chemo-EMF as a result of the chemical energy conversion deposited on the surface
of a semiconductor structure (nanosized p–n junctions based on SiC) into electricity is studied.
Energy transformation occurs due to the creation of electron-hole (e–h) pairs in a semiconductor
in the course of chemical events (adsorption and recombination of atoms H + H, H + O, O + O)
and the subsequent separation of the e–h pairs by the electric field of the junction. The face p-layer
of the SiC structure was of a nanometer thickness (∼30 nm). The chemo-EMF in the open circuit
achieved 3 mV, and the short circuit chemocurrent — 320 nA.
86 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №5
|