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摘要
本文研究了n、p-、n+和p+硅在高频溶液中溶解和电致抛光过程中的阻抗响应。特征的电容阻抗和感应阻抗被视为电势和掺杂剂浓度的函数。对于n和p+硅，电极响应主要由亥姆霍兹层的电势下降，在较高的电位下，对氧化物层的响应。特征性阻抗响应与Tafel的溶解和氧化物的形成有关。对于接近开路电位的p硅，从空间电荷层可以看到对阻抗响应的额外贡献。对于n个硅，阻抗响应主要是通过空间电荷层的势下降。
介绍
在过去的几年中，硅在高频溶液中的阳极溶解受到了相当大的关注，因为观察到在低过电位下，在电抛光开始之前，硅以溶解的方式产生多孔层。由于多孔硅层的化学活性，其主要应用于集成电路中的介电隔离。本文研究了硅在高频溶液中溶解的阻抗响应作为电极电位的函数。
实验
所有实验均在室温下进行，对n型样品进行的22次实验均在黑暗中进行，以避免光电流的影响。测试前，每个样品在甲醇中脱脂，并用蒸馏水(18MΩcm)冲洗。
实验均使用了150cm3的聚四氟隆细胞。对例仪为铂类纱布，参比电极为饱和热量质电极。参考电极通过填充聚合物纤维的聚丙烯木质素毛细管分离出细胞。溶液由49重量%（无）心衰和去离子水制备。对于本文报告的工作，我们使用了1%（-0.5M）或0.1%（-0.05M）的HF溶液。
结果和讨论
图2显示了n个硅电极在电位下对应的复平面阻抗图。测量频率以Hz表示。所有样品的阻抗数据显示电容和感应行为依赖于掺杂剂浓度和溶液的浓度。氮硅电极的阻抗代表了两个电容回路最简单的情况。
硅的阻抗响应表现出三个特征的电容环。在低电位下，接近开路电位时，观察到一个单环，如图所示4a，在-0.4伏。这个环也可以在高频和更正的电位上看到，如图所示。4b-d，与该环路相关的电容约为20nFcm-2。p-Si的电容数据表明，从阴极电位到约-0.1V(SCE)中，可以观察到相对恒定的空间电荷电容为10-20nFcm-2，此时电容随电位的增加而急剧增加。因此，更高的频率环可以归因于硅中的空间电荷层。
图5显示了电致抛光区p-、n+和p+样品在1V时的阻抗响应，可以看出所有样品的阻抗响应都是相似的。阻抗图如图所示。5在1V时显示两个电容回路，是电致抛光区域的典型响应，其中直流电流逐渐增加到约10mA/cm2。高频回路与双层电容相关，低频回路与来自氧化物层的响应相关。从时间常数和电阻分量估计，与该阻抗相关的电容约为2mfcm-2，与这些样品的0.2到1V之间的电位无关。
图2 1%高频溶液中n个硅的复平面阻抗图。电极电位如图所示 1
图4 1%高频溶液中对硅的复平面阻抗图。电极电位如图所示 3
溶液和电抛光
在电流势曲线中，n+、p+和p-样品在接近峰值势时的阻抗响应与在许多金属上观察到的主动被动跃迁相似。在与电流峰值对应的势下，cultent势曲线的斜率为零，阻抗响应由与高频双层相关的电容回路组成，然后由低频率的纯电容响应组成。在电位与电流峰值为正时，电流电位曲线呈负斜率，阻抗响应的第二回路表现为负电阻，对于硅的情况，可以观察到非常相似的行为，随着电位进一步增加进入电致抛光状态，硅的电流-电位曲线通常显示电流逐渐增加，相应的阻抗图。由于电流-电位曲线的正斜率，显示了第二个具有正阻抗的电容环。电流密度取决于溶解氧化物的高频浓度，对于硅的情况，比通常观察到的小被动电流大得多。
结论
根据Tafel的行为，n和p+硅的阳极溶解发生在低过电位下。在这个势范围内，阻抗响应的特征是一个电容环和一个感应阻抗。电容环与亥姆霍兹层的势下降有关，感应阻抗表明溶解机制涉及至少一个中间体的形成。与Tafel行为的偏差与由于氧化物形成的起始而引起的第二个电容环的出现有关。在更正的电位下，在临界电流以上，电动抛光发生与完全形成一个氧化物层，阻抗响应的特征是两个电容回路。
p-硅在Tafel范围内表现出两个电容回路，其中高频回路与空间电荷层有关。在更正的电位下，空间电荷层的响应消失，阻抗响应随电势的演化与n+和p+硅相似。n硅不表现出Tafel行为，阻抗响应表现出一个电容回路，这是由空间电荷层的电位下降造成的。在更正的电位下，一个额外的阻抗贡献似乎与氧化物形成的启动有关。
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