A Mott-Schottky analysis of mesoporous silicon in aqueous electrolyte solution by electrochemical impedance spectroscopy

介电谱 材料科学 介孔材料 多孔硅 电解质 水溶液 纳米技术 化学工程 电极 电化学 光电子学 化学 物理化学 有机化学 催化作用 工程类
作者
Manuel Brinker,Patrick Huber
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier BV]
卷期号:483: 144038-144038 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2024.144038
摘要

Nanoporosity in silicon leads to completely new functionalities of this mainstream semiconductor. In recent years, it has been shown that filling the pores with aqueous electrolytes, in addition opens a particularly wide field for modifying and achieving active control of these functionalities, e.g., for electrochemo-mechanical actuation and tunable photonics, or for the design of on-chip supercapacitors. However, a mechanistic understanding of these new features has been hampered by the lack of a detailed characterization of the electrochemical behavior of mesoporous silicon in aqueous electrolytes. Here, the capacitive, potential-controlled charging of the electrical double layer in a mesoporous silicon electrode (pore diameter 7nm) imbibed with perchloric acid solution is studied by electrochemical impedance spectroscopy. Thorough measurements with detailed explanations of the observed phenomena lead to a comprehensive understanding of the capacitive properties of porous silicon. An analysis based on the Mott-Schottky equation enables the determination of essential parameters such as the flat band potential, the carrier concentration and the width of the space charge region. A comparison with bulk silicon shows that the flat band potential in particular is significantly altered by the introduction of nanopores, as it shifts from 1.4±0.1V to 1.9±0.2V.

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