Расчет потенциального барьера на границах кристаллитов в поли− и нанокристаллических полупроводниках

The distribution of potential and parameters of potential barrier in semiconductor crystallite was calculated numerically. The calculation was carried out in spherical crystallite with evenly distributed donors and surface states. The calculation assumed that the surface charge is screened by both ionized donors and free electrons, the contribution of which cannot be neglected in semiconductors with high concentration of free electrons. The height of potential barrier is shown to nonmonotonically depend on the concentration of donors. The dependence of height of potential barrier on the concentration of donors may be divided into two part. One part of dependence describes the fully depleted crystallite and the second part describes the party depleted crystallite. On the first part the height of potential barrier increases with the donor concentration but on the second part the height of potential barrier decreases. The height of the potential barrier increases with increasing of concentration of surface states. The possibility of existing of potential barriers is estimated in nano− and polycrystalline metal oxide semiconductors used as sensitive layers of gas sensors. It is concluded that if the radius of crystal grains in metal oxide semiconductors does not exceed 10 nm, the explanation of the sensitivity of the sensor to gas by using a commonly barrier model seems unlikely. It is demonstrated that shape of crystallite and the contribution of free electrons to screening of surface charge have to be taken into account to calculation of width of potential barrier.Проведен численный расчет распределения потенциала и параметров потенциального барьера для электронов в полупроводниковом кристаллите. Расчет выполнен в кристаллите сферической формы с равномерно распределенными поверхностными состояниями и равномерно распределенными донорами. При расчете учтено, что экранировка поверхностного заряда происходит на ионизованных донорах, а также на свободных электронах, экранировкой на которых нельзя пренебрегать в полупроводниках с высокой концентрацией свободных электронов. Показано, что высота потенциального барьера немонотонно зависит от концентрации доноров в кристаллите. При этом на зависимости высоты потенциального барьера от концентрации доноров можно выделить два участка, соответствующих случаям полного и частичного истощения кристаллита. На первом участке высота потенциального барьера возрастает с ростом концентрации доноров, а на втором — падает. Установлено, что высота потенциального барьера возрастает при увеличении концентрации поверхностных состояний. Оценена возможность появления поверхностных потенциальных барьеров в нано− и поликристаллических металлооксидных полупроводниках, применяемых в качестве чувствительного слоя газовых сенсоров. Сделан вывод о том, что в случае, когда радиус кристаллитов в металлооксидных полупроводниках не превышает 10 нм, объяснение чувствительности сенсора к газу с помощью часто используемой барьерной модели представляется маловероятным. Продемонстрирована необходимость учета формы кристаллита и экранирования поверхностного заряда свободными носителями для расчета ширины потенциального барьера

Effect of thermal annealing on an anisotropy of electroconductivity and photoconductivity of nanostructured silicon

An effect of thermal oxidation on the conductivity of porous silicon layers prepared by electrochemical etching of single-crystal silicon wafers with (110) orientation of the surface are investigated. The thermal oxidation is found to influence on the conductivity of porous silicon measured along various crystal directions in different ways. The obtained results are explained by the model of charge carriers transfer considering the presence of potential barriers on the boundaries of connecting silicon nanocrystals