Étude de l'ancrage du niveau de Fermi dans les jonctions de GaAs/électrolyte aqueux et non aqueux

Fermi level pinning at GaAs/aqueous and non aqueous electrolyte junctions

¹ Département des Sciences et Technologie, École Normale Supérieure d'Abidjan, BP. 10, Abidjan 08, Côte d'Ivoire
² Laboratoire de Physique des Liquides et Électrochimie, UPR 15 du CNRS, Associé à l'Université Pierre et Marie Curie Paris VI, 4 place Jussieu, 75252 Paris cedex 05, France

Résumé

Dans cet article, l'ancrage du niveau de Fermi dans les jonctions semiconducteur/électrolyte est étudié à partir de la détermination du potentiel de bandes plates. Le semiconducteur est l'arséniure de gallium (n et p) qui est mis en contact respectivement avec un milieu aqueux contenant un hétéropolyanion comme système oxydo-réducteur, le 18-tungsto-diphosphate P₂W₁₈O₆₂^6-, et avec deux milieux non aqueux : l'acétonitrile (ACN) et le carbonate de propylène (CP) contenant divers couples redox. Les résultats sont d'abord analysés suivant le modèle proposé classiquement pour les jonctions semiconducteur/métal, puis à l'aide d'un modèle développé spécifiquement dans le cas de l'interface semiconducteur/électrolyte, prenant en compte le couplage entre réaction de corrosion et réaction redox. En milieu ACN, la surface du semiconducteur s'équilibre principalement avec le système redox (FLP total), et seulement partiellement en milieu H₂O ou CP, au profit des interactions avec le milieu électrolytique.

Abstract

In this paper, flatband potential measurements are used to study the Fermi Level Pinning (FLP) at the n or p-GaAs/aqueous and non aqueous electrolyte interface. The semiconductor is put in contact with an aqueous solution containing the 18-tungsto-diphosphate P₂W₁₈O₆₂^6- heteropolyanion as a redox system and with two non aqueous solutions: acetonitrile (ACN) and propylene carbonate (CP) in the presence of various redox couples. Our results are firstly analyzed according to the classical model proposed for solid-state semiconductor/metal junctions. A more specific model accounting for the coupling between corrosion and redox reactions at the semiconductor/electrolyte interface is developped. The semiconductor surface equilibrates mainly with the redox species in ACN solutions (total FLP), and only weakly in H₂O or CP solutions, because of the pre-eminence of the semiconductor/solvent interactions.