时间延迟作为阳极硅电溶解中振荡的起源

硅是最重要的半导体电极，在光电化学和传感器技术中有着广泛应用。然而，其电化学过程表现出许多尚未被充分理解的现象，包括硅电极阳极溶解过程中的振荡。在本文中，我们提出了一个基于物理化学步骤的数学模型，该模型能够捕捉这些振荡，并使得对底层机制的透彻理解成为可能。该模型描述了氧化层的形成与溶解，并确定了氧化物的组成以及垂直于电极方向的静电势。当满足以下条件时，振荡就会发生：1. 刻蚀速度随氧化层中的缺陷增加而增加；2. 缺陷数量随硅-氧化物界面处电场强度的增加而减少；3. 氧化物的产生与刻蚀之间存在足够的时间延迟。数值模拟很好地复现了实验结果，包括振荡幅度和周期对电位的依赖性，以及在循环伏安法中观察到的滞后行为。基于这些结果，我们推导出一个简化的时间延迟微分方程模型。通过线性稳定性分析，我们证实了时间延迟对于振荡性氧化层动力学的关键作用。该模型的基本步骤是通用的，并且与描述金属电极上钝化膜生长和溶解的点缺陷模型一致。因此，它很可能适用于各种振荡性阳极金属或半导体溶解反应。